ES2218514T3 - Separador de ciclon adecuado para caudales de fluido variables. - Google Patents

Abstract

Separador de ciclón adecuado para caudales de fluido variables, para la separación de partículas sólidas esparcidas en un fluido, que comprende un recipiente cerrado (2) superiormente cerrado por una tapa (5) provista de una entrada (A) para el fluido que incluye las partículas sólidas y una salida (B) para el fluido depurado de las partículas sólidas, el recipiente (2) teniendo una pared troncocónica que converge en una dirección descendente, en un extremo angosto de la cual hay una descarga (4) que puede ser conectada a un contenedor (7) en el cual se recolectan las partículas sólidas, y arriba del cual está situado un conducto de salida (55) para la salida del fluido del recipiente (2); caracterizado por el hecho que comprende: un conducto de reciclado (60) para poner el conducto de salida (55) en comunicación con la entrada (A) del fluido; una válvula de tres vías (61) conectada en su entrada (61a) al conducto de salida (55) y conectada en sus salidas (61b y 61c) al conducto de reciclado (60) y a la salida (B), la cual válvula de tres vías (61) está provista de un obturador (62) mandado por una presión ejercida por el fluido que sale del conducto de salida (55), el cual obturador (62) bloquea una conexión entre el conducto de salida (55) y el conducto de reciclado (60) cuando la presión alcanza un primer valor predeterminado; una válvula unidireccional (63) que tiene un obturador (64) y que está ubicada en la salida (B) después de la válvula de tres vías (61), la cual válvula unidireccional (63) está normalmente cerrada y es mandada por la presión ejercida por el fluido que sale del conducto de salida (55), la cual válvula unidireccional (63) conecta el conducto de salida (55) con la salida (B) cuando la presión ejercida por el fluido alcanza un segundo valor predeterminado, el cual segundo valor predeterminado es superior al primer valor predeterminado.

Description

Separador de ciclón adecuado para caudales de fluido variables.

Específica pero no exclusivamente, la presente invención se aplica de manera útil para separar partículas sólidas de fluidos de descarga en equipos dentales.

Como bien se sabe, durante una intervención los sistemas dentales de aspiración remueven fluidos de la boca del paciente. Esos fluidos incluyen una parte gaseosa (generalmente aire), una parte líquida (generalmente agua, sangre y otros líquidos que se usan en equipos dentales) y una parte sólida en forma de partículas (generalmente la amalgama usada para el empaste). Los fluidos aspirados contienen varias sustancias contaminantes, tales como por ejemplo partículas sólidas de amalgama. En los equipos dentales la producción de fluidos contaminantes puede llegar a ser muy considerable, si bien generalmente discontinua. Esos fluidos, antes de ser descargados en alcantarillas, deben ser liberados de las sustancias contaminantes.

La técnica conocida prevé la separación de las partículas sólidas de los fluidos por medio de un separador de ciclón que explota la fuerza centrífuga desarrollada por creación de un rápido vórtice en el flujo del fluido en el cual están suspendidas las partículas sólidas.

Esos separadores de ciclón incluyen un recipiente que tiene una entrada para el fluido y una salida superior para el fluido del cual se han removido las partículas sólidas.

El recipiente del separador tiene una configuración troncocónica que converge hacia abajo, en cuya parte angosta hay una descarga que se puede conectar a un contenedor donde se pueden recolectar las partículas sólidas.

Esos separadores, de construcción extremadamente simple, trabajan sin ningún motor externo y exclusivamente por la creación de una fuerza centrífuga impartida sobre las partículas a separar mediante el movimiento del fluido. Las partículas a separar son lanzadas contra las paredes del recipiente y bajan hacia el fondo del separador mientras el fluido sube por el vórtice secundario creado en la parte central del separador y sale de la parte superior del separador.

El grado de separación de las partículas depende mucho del caudal del fluido que atraviesa la centrífuga. Con bajos caudales, esos separadores no están en condiciones de garantizar un suficiente nivel de separación de las partículas sólidas que, especialmente para el uso en equipos dentales, debe ser al menos del 95% del total de las partículas contenidas en el fluido.

Para eliminar la desventaja descrita con anterioridad, la técnica conocida prevé un separador de ciclón, descrito en la patente de invención EP 0.557.251, de la misma Solicitante. En este separador, la eficiencia y rendimiento de la separación son aumentadas gracias al uso de una bomba centrífuga cuya pala, situada dentro del recipiente y arriba de la parte troncocónica, puede girar de manera de aumentar la velocidad del agua independientemente del caudal, y así realizar una primera separación de las partículas por centrifugación. El uso de una bomba centrífuga, que le permite al separador funcionar sea como un separador centrífugo, sea como un separador de ciclón, de todos modos, lleva aparejada una considerable complicación en su construcción y, por ende, resulta ser costoso.

Además, para pasar del funcionamiento como "centrífuga" al de "ciclón", el separador descrito arriba requiere el uso de una válvula solenoide mandada por una señal eléctrica proveniente del externo del separador, que cierre o abra la salida del separador mediante un mando que es independiente de las condiciones operativas del separador. Esto crea otra complicación constructiva y, por otro lado, que el separador dependa del funcionamiento del dispositivo externo.

En la patente de invención europea EP 99830011.5 de la misma Solicitante, la técnica conocida también prevé otra solución, que tiene una disposición y configuración especial de los orificios de entrada y salida del fluido situados en el separador. Este separador, constructivamente es muy simple, aumenta la eficiencia de la separación, pero no puede funcionar con caudales muy bajos. Otra solución que consiste en volver a introducir una parte de los componentes más densos dentro de la cámara de separación a través de una línea de reciclado, está descrita en la patente de invención US 5.108.608 A.

El objetivo principal de la presente invención es el de obviar las desventajas mencionadas con anterioridad de la técnica conocida proporcionando un separador de ciclón que sea constructivamente muy simple y económico y que al mismo tiempo pueda proporcionar un alto grado de separación, independientemente del caudal del fluido que llega al separador.

Una ventaja del dispositivo es que para que el mismo funcione no necesita de un motor auxiliar o señales de mando provenientes del externo del mismo dispositivo.

Otra ventaja del dispositivo es que se puede limpiar y conservar mediante trabajos muy sencillos y fáciles de realizar.

Esos objetivos y aún otros se logran mediante el objeto de la invención tal como está caracterizado por las reivindicaciones que están más adelante.

Otras características y ventajas de la presente invención se pondrán aún más de manifiesto a partir de la descripción detallada que sigue de una realización preferida pero no limitativa exhibida a título puramente ejemplificador en las figuras de los dibujos anexos, en los cuales:

- la figura 1 es una sección esquemática en elevación vertical del separador de la invención;

- la figura 2 es una sección en elevación vertical en escala amplificada de la tapa del separador;

- la figura 3 es una vista desde arriba, con algunas partes omitidas para mostrar mejor otras, de la tapa del separador.

Con referencia a las figuras de los dibujos, el numeral 1 denota en su totalidad un separador de ciclón de partículas sólidas esparcidas en un fluido que se usa especialmente para la separación de las partículas sólidas suspendidas en fluidos de descarga provenientes de un equipo dental, del tipo conocido y no exhibido. En esos sistemas se genera una producción de fluidos que contienen aire, agua, sangre, amalgama, productos químicos, etc., que deben ser descargados a las alcantarillas en el respeto de las leyes contra la contaminación que regulan que ciertas sustancias, incluidas la amalgama y elementos similares, no pueden ser descargadas en las alcantarillas. En el equipo mencionado con anterioridad la producción de fluidos contaminantes es más bien abundante si bien discontinua. El separador de la presente invención tiene el objetivo de liberar los fluidos de esas partículas contaminantes, independientemente del caudal del fluido que llega al separador.

El separador (1) comprende un recipiente (2) que está conectado a una entrada (A) para recibir el fluido en el cual están suspendidas las partículas sólidas a separar, y también comprende una salida superior (B) para descargar el fluido sin las partículas sólidas. El recipiente (2), que puede estar hecho por ejemplo de un material plástico, está provisto de una pared troncocónica (2) que converge en la dirección descendente, en cuyo cuello angosto hay una descarga (4). La descarga está en comunicación con un contenedor de recolección (7) inferior en el cual se acumulan las partículas sólidas separadas del fluido.

El recipiente (2) está cerrado superiormente mediante una tapa (5) hecha por ejemplo de material plástico, que se puede acoplar de manera amovible al recipiente (2), por ejemplo usando tornillos de fijación. En la realización preferida, la tapa (5) está asociada a la entrada (A) y a la salida (B).

La tapa (5) lateralmente exhibe una primera boca (8) que proporciona la entrada (A) para recibir el fluido proveniente del equipo dental en la dirección indicada por una flecha (F). En esta realización la primera boca (8) está constituida por un tubo cilíndrico de eje horizontal conectado solidariamente a la tapa (5).

Un extremo del tubo, que comprende la entrada (A) y que sobresale lateralmente de la tapa (5), se puede conectar a medios para transportar el fluido con las partículas sólidas a separar. El extremo opuesto del tubo está unido al material de la tapa (5) y se comunica, a través de un conducto de eje vertical (9) obtenido en la tapa (5), con una subyacente cámara anular (10) obtenida en la tapa (5) y no en contacto con la parte externa. La cámara (10) está separada de la cavidad interna del recipiente (2) por medio de una pared inferior (11) de la tapa (5) que delimita superiormente la cavidad.

La cámara (10) obtenida en la tapa (5), y por lo tanto la entrada (A) del fluido, se comunica con la parte interior del recipiente (2) a través de orificios (12), hechos en la pared inferior (11) de la tapa (5), que preferentemente exhiben un eje oblicuo dirigido tangencialmente con respecto al eje vertical de la pared troncocónica (3).

La estructura de la pared inferior (11) descrita con anterioridad sirve para fraccionar el flujo total del fluido que llega vía la entrada principal (A) en una pluralidad de pequeños chorros que se inyectan tangencialmente en la zona troncocónica del recipiente (2).

La tapa (5) externamente comprende una parte lateral con brida (52) que soporta medios, del tipo conocido y no exhibidos, para el acoplamiento removible con una correspondiente parte con brida del subyacente recipiente (2), y una parte inferior cilíndrica (53) que sirve para la introducción (y remoción) en una correspondiente cavidad (2) situada inmediatamente arriba de la pared troncocónica (3). Entre la parte cilíndrica (53) de la tapa (5) y la parte cilíndrica del recipiente (2) se han colocado juntas, que en el ejemplo ilustrado comprenden una junta anular (6).

La tapa (5) además exhibe un cuerpo tubular (54) de eje vertical que sobresale inferiormente y cuya cavidad interna, que es coaxial a la pared troncocónica (3) del recipiente (2), define un conducto de salida (55) para el fluido proveniente del recipiente (2), el cual conducto de salida es atravesado en una dirección hacia arriba por el fluido, ya libre de las partículas más pesadas, que sale del recipiente (2).

Lo anterior es común a la técnica conocida descrita en la antes citada patente de invención europea EP 99830011.5; cabe resaltar, sin embargo, que las características del separador de la invención, tal como se describirá a continuación, también se pueden aplicar a un separador que exhibe un sistema de entrada de fluido (por ejemplo sin la pared inferior (11) o que tenga orificios de entrada dispuestos de manera diferente) así como también a un sistema de acoplamiento entre la parte superior y el recipiente, diferentes de aquellos descritos.

El separador de la presente invención comprende un conducto de reciclado (60) que, tal como se explicará más en detalles a continuación, pone el conducto de salida (55) en comunicación con la entrada del fluido (A). En las figuras de los dibujos anexos el conducto de reciclado (60) está ilustrado esquemáticamente. El conducto de reciclado (60) está conectado antes de la bomba, no ilustrada, que introduce el fluido dentro del separador; esto es para impedir que la bomba bombee fluido a través del conducto de reciclado (60).

La tapa (5) internamente exhibe una válvula de tres vías (61), cuya entrada (61a) está conectada al conducto de salida (55), y cuyas salidas (61b y 61c) están conectadas al conducto de reciclado (60) y a la salida (B).

La válvula (61) está provista de un obturador (62) que es mandado por la presión ejercida por el fluido que sale del conducto de salida (55). El obturador (62) intercepta la conexión entre el conducto de salida (55) y el conducto de reciclado (60) cuando la presión ejercida por el fluido que sale del conducto de salida (55) alcanza un primer valor predeterminado. La entrada (61a) está conectada directamente al conducto de salida (55), y la salida (61b) está conectada directamente al conducto de reciclado (60); la conexión entre la salida (61c) de la válvula (61) y la salida (B) del fluido se logra a través de una válvula unidireccional (63), normalmente cerrada, que está situada apenas antes de la salida (B) y después de la válvula de tres vías (61). La válvula unidireccional (63) está provista de un obturador (64) que se abre cuando la presión ejercida por el fluido alcanza un segundo valor predeterminado que es mayor que el primer valor predeterminado.

La tapa (5) presenta una primera cámara (71) que constituye el cuerpo de la válvula de tres vías (61). Dentro de la primera cámara (71) un flotador calibrado se puede mover en una dirección axial, y éste constituye el obturador (62) de la válvula (61). El flotador calibrado tiene una forma cilíndrica y dos extremos troncocónicos; está hecho de metal. El flotador es accionado directamente por el fluido que sale del conducto de salida (55) y, como consecuencia de la acción del fluido, puede asumir tres posiciones diferentes.

En una primera posición, el flotador cierra la entrada (61a) de la válvula (61): esta posición es asumida debido a la fuerza de gravedad cuando no hay flujo de fluido proveniente del conducto de salida (55). Una segunda posición, en la cual el flotador abre sea la entrada (61a), sea las salidas (61b y 61c) de la válvula (61), es asumida cuando el flujo de fluido proveniente del conducto de salida (55) ejerce sobre el flotador una presión menor que el primer valor de presión predeterminado. Una tercera posición, en la cual el flotador abre sea la entrada (61a), sea la salida (61c) de la válvula (61) cerrando al mismo tiempo su salida (61b), la cual salida (61b) está conectada al conducto de reciclado (60), es asumida cuando el flujo de fluido proveniente del conducto de salida (55) ejerce sobre el flotador una presión igual o superior al primer valor predeterminado.

En particular, la primera cámara (71) comprende un alojamiento canalizado (72) que está conectado directamente a la entrada (61a) y a la salida (61b) de la válvula (61), dentro del cual se puede mover el obturador (62), de manera no hermética; la primera cámara, además, comprende una cámara anular (73) que está dispuesta alrededor del alojamiento canalizado (72) y está siempre conectada con la parte interior del alojamiento canalizado (72) y con la salida (61c) de la válvula de tres vías (61). Con esta disposición el fluido, una vez entrado en la válvula (61), puede circular siempre libremente dentro de la válvula, independientemente de la posición del flotador. La tapa (5) además comprende una segunda cámara (81), que constituye el cuerpo de la válvula unidireccional (63), la cual está situada al lado de la primera cámara (71) y está conectada a la misma a través de la salida (61c) de la válvula de tres vías (61). El obturador (64) de la válvula (63) se puede mover dentro de la segunda cámara (81); el obturador (64) normalmente asume una primera posición, en la cual cierra la válvula (63); esta posición es mantenida por un elemento elástico calibrado (82) mientras la presión del fluido que llega del conducto de salida (55) y en particular de la válvula (61) está por debajo del segundo valor predeterminado. El obturador (64) asume una segunda posición, en la cual la válvula (63) está abierta, mientras la presión del fluido que llega del conducto de salida (55), y en particular de la válvula (61), es igual o superior al segundo valor predeterminado.

En la pared interna de la segunda cámara (81) hay guías sobresalientes (83), las cuales guías (83) están destinadas a guiar el deslizamiento del obturador (64) sin impedir el paso del fluido; una vez abierta la válvula (63), el fluido puede pasar libremente por los costados del obturador (64) en la corona determinada entre el obturador y la pared interna de la segunda cámara (81) gracias a la presencia de las guías (83) que sobresalen hacia adentro de la segunda cámara (81).

A continuación se brinda la descripción del funcionamiento del separador.

Es importante tener presente el hecho que la separación de las partículas sólidas se logra mediante los vórtices de ciclón creados en el separador únicamente cuando el caudal de fluido es alto; para bajos caudales, el vórtice secundario tiende a arrastrar las partículas sólidas en dirección ascendente hacia la salida del recipiente (2).

El fluido que entra en la entrada (A) del recipiente (2), es subdividido en varios chorros que salen tangencialmente desde las varias bocas (13) y crean los vórtices de ciclón que provocan la separación de las partículas sólidas del fluido, las cuales partículas sólidas son empujadas hacia fuera, o sea hacia las paredes internas del recipiente (2), y caen dentro de la cámara de recolección (7). El fluido, carente de las partículas sólidas, sale de la parte superior del recipiente (2) a través del conducto de salida (55) y se dirige hacia la válvula de tres vías (61) que, según el caudal del fluido, es decir la presión ejercida por el fluido que sale del conducto de salida (55), produce diferentes resultados.

Cuando el caudal es de una magnitud modesta, una condición en la cual la separación de las partículas sólidas no es de calidad suficiente, la presión que el fluido que sale del conducto de salida (55) ejerce sobre el obturador (62) (el flotador calibrado) de la válvula (61) es suficiente para levantar el obturador (62), permitiendo así la salida del fluido desde el conducto de salida (55) hacia la parte interior del cuerpo de la válvula (61), pero no es suficiente para empujar el cuerpo de la válvula para cerrar la primera salida (61b) de la válvula (61). El obturador (62), por lo tanto, está en su segunda posición (o, más exactamente, en una de sus posibles segundas posiciones). Esta situación persiste hasta que el caudal del fluido alcanza un nivel tal de ejercer una presión sobre el obturador (62) igual o superior al primer valor predeterminado; este primer valor predeterminado obviamente es determinado por el peso y tamaño del flotador que constituye el obturador de la válvula (61).

Una vez lograda la situación anterior, el fluido entra en la válvula (61), sale de la salida (61c) de la válvula pero no puede ir más allá porque la válvula unidireccional (63) está cerrada (esta válvula (63) se abre sólo cuando la presión ejercida por el fluido alcanza el segundo valor predeterminado, el cual es superior al primer valor predeterminado), por consiguiente el fluido sale de la salida (61b) atravesando el siempre abierto conducto de reciclado (60), es nuevamente introducido dentro del separador, y de esta manera contribuye a aumentar el caudal que entra dentro del separador. Esto sigue hasta que el caudal alcanza el nivel requerido.

Cuando el flujo de fluido que circula en el separador alcanza el justo nivel de presión para garantizar la correcta separación de las partículas sólidas, lo que significa una presión sobre el obturador (62) igual al primer valor predeterminado, entonces el obturador (62) es empujado hacia su tercera posición, en la cual el obturador (62) cierra la salida (61b) de la válvula (61).

En esta condición de funcionamiento el fluido entra dentro de la válvula (61), no pudiendo salir de la salida (61b) de la válvula puesto que la válvula (61) está cerrada por el obturador (62) y, en cambio, sale de la salida (61c). A tal punto la presión ejercida por el fluido aumenta hasta el segundo valor predeterminado, definido por la calibración del elemento elástico (82), produciendo así que la válvula (63) se abra permitiendo que el fluido se descargue a través de la salida (B) del separador.

El funcionamiento del separador descrito arriba, por ende, permite que el fluido sea descargado sólo cuando el caudal del fluido es suficiente para garantizar una separación efectiva de las partículas sólidas. Esto es totalmente automático y depende sólo del flujo del fluido a través del separador.

Además, la construcción especial de los elementos funcionales del separador, y en particular de las válvulas (61 y 63), permite un funcionamiento seguro del separador y una gran facilidad de calibración del separador. El ajuste de calibración depende únicamente del peso y del tamaño del flotador (obturador) de la válvula (61) y de la calibración del resorte de la válvula (63). Asimismo, las válvulas están hechas de manera de poder trabajar sin elementos de hermeticidad de arrastre que podrían provocar dificultades tanto de construcción como de funcionamiento.

El separador, obviamente, se puede usar con sistemas de entrada de fluido muy diferentes a los descritos; y las válvulas (61 y 63) pueden ser de construcción diferente a la descrita aquí.

Claims (7)

1. Separador de ciclón adecuado para caudales de fluido variables, para la separación de partículas sólidas esparcidas en un fluido, que comprende un recipiente cerrado (2) superiormente cerrado por una tapa (5) provista de una entrada (A) para el fluido que incluye las partículas sólidas y una salida (B) para el fluido depurado de las partículas sólidas, el recipiente (2) teniendo una pared troncocónica que converge en una dirección descendente, en un extremo angosto de la cual hay una descarga (4) que puede ser conectada a un contenedor (7) en el cual se recolectan las partículas sólidas, y arriba del cual está situado un conducto de salida (55) para la salida del fluido del recipiente (2); caracterizado por el hecho que comprende: un conducto de reciclado (60) para poner el conducto de salida (55) en comunicación con la entrada (A) del fluido; una válvula de tres vías (61) conectada en su entrada (61a) al conducto de salida (55) y conectada en sus salidas (61b y 61c) al conducto de reciclado (60) y a la salida (B), la cual válvula de tres vías (61) está provista de un obturador (62) mandado por una presión ejercida por el fluido que sale del conducto de salida (55), el cual obturador (62) bloquea una conexión entre el conducto de salida (55) y el conducto de reciclado (60) cuando la presión alcanza un primer valor predeterminado; una válvula unidireccional (63) que tiene un obturador (64) y que está ubicada en la salida (B) después de la válvula de tres vías (61), la cual válvula unidireccional (63) está normalmente cerrada y es mandada por la presión ejercida por el fluido que sale del conducto de salida (55), la cual válvula unidireccional (63) conecta el conducto de salida (55) con la salida (B) cuando la presión ejercida por el fluido alcanza un segundo valor predeterminado, el cual segundo valor predeterminado es superior al primer valor predeterminado.

2. Separador según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que el obturador (62) de la válvula de tres vías (61) y el obturador (64) de la válvula unidireccional (63) son accionados directamente por el fluido que sale del conducto de salida (55).

3. Separador según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho que la tapa (5) comprende una primera cámara (71) que constituye el cuerpo de la válvula de tres vías (61), en cuyo interior se puede deslizar un flotador calibrado en una dirección axial, el cual flotador constituye el obturador (62) de la válvula (61) y el cual puede asumir: una primera posición en la cual el obturador (62) cierra la entrada (61a) de la válvula de tres vías (61), cuando no hay flujo de fluido de entrada proveniente del conducto de salida (55); una pluralidad de segundas posiciones, en las cuales el obturador (62) abre tanto la entrada (61a) como las salidas (61b y 61c) de la válvula de tres vías (61), cuando el flujo de fluido que llega del conducto de salida (55) ejerce sobre el obturador (62) una presión que es menor que la primera presión predeterminada; una tercera posición, en la cual el obturador (62) abre la entrada (61a) y la salida (61c) conectada a la salida (B) de la válvula de tres vías (61) y cierra la salida (61b) de la válvula de tres vías (61) conectada al conducto de reciclado (60) cuando el flujo de fluido que llega del conducto de salida (55) ejerce sobre el obturador (62) una presión que es superior a la primera presión predeterminada.

4. Separador según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho que el flotador calibrado que constituye el obturador (62) es un cilindro metálico que tiene dos extremos troncocónicos.

5. Separador según la reivindicación 3, caracterizado por el hecho que la primera cámara (71) comprende: un alojamiento canalizado (72), conectado directamente a la entrada (61a) y a la salida (61b) de la válvula de tres vías (61), dentro del cual se puede deslizar el obturador (62) de la válvula de tres vías sin necesidad de un elemento de hermeticidad; una cámara anular (73) que está siempre conectada con una parte interna del alojamiento canalizado (72) y con la salida (61c) de la válvula de tres vías (61).

6. Separador según la reivindicación 2, caracterizado por el hecho que la tapa (5) comprende una segunda cámara (81), que constituye el cuerpo de la válvula unidireccional (63), en cuyo interior el obturador (64) de la válvula unidireccional (63) se puede deslizar y asumir: una primera posición en la cual el obturador (64) cierra la válvula unidireccional (63), la cual primera posición es mantenida por un elemento elástico calibrado (82) hasta que la presión del caudal que llega del conducto de salida (55) es inferior al segundo valor predeterminado; una segunda posición, en la cual el operador (64) abre la válvula unidireccional (63), cuando la presión del caudal que proviene del conducto de salida (55) sube por encima del segundo valor predeterminado.

7. Separador según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho que hay guías sobresalientes (83) en una pared interna de la segunda cámara (81), las cuales guías sobresalientes (83) guían el deslizamiento del obturador (64) sin impedir el paso del fluido.