ES2233860T3 - Dispositivo y procedimiento para mezclar un solido con un liquido. - Google Patents
Dispositivo y procedimiento para mezclar un solido con un liquido.Info
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Abstract
Dispositivo (10) para mezclar un sólido (13) pulveriforme o granuloso con un líquido (32), con - al menos un equipo de aportación del sólido (14), - al menos un equipo de aportación del líquido (37, 38, 40), - una cámara de aceleración (42), en la que el líquido (32) aportado es sometido a un movimiento de giro y acelerado hasta una velocidad predeterminada, - una cámara de aportación del sólido (16), en la que las partículas de sólido (13) aportadas son sometidas a un movimiento de giro, - una cámara de mezcla (76) para mezclar las partículas de sólido (13) con el líquido (32) para formar una suspensión manteniendo el movimiento de giro previamente generado y - una cámara compresora (78), en la que la suspensión que gira es acelerada de tal manera que en una zona de entrada (82) de la cámara compresora (78) resulta un efecto de aspiración que elimina el aire, al menos en gran parte, del montón de sólido (13) aportado.
Description
Dispositivo y procedimiento para mezclar un
sólido con un líquido.
La invención se refiere a un dispositivo para
mezclar un sólido pulveriforme o granulado con un líquido. Un
dispositivo de mezcla como el indicado es conocido por la DE 196 29
945 C2. Además, se refiere la invención a un procedimiento para
mezclar un sólido con un líquido.
Al mezclar una sustancia seca con un líquido es
esencial, para obtener una suspensión homogénea, que la superficies
de las partículas sólidas sean mojadas por completo por el líquido.
El mojado completo de las partículas de polvo por el líquido queda
obstaculizado no obstante cuando la sustancia seca a introducir en
el líquido existe en forma de un montón de polvo o bien un
aglomerado formado por las partículas primarias del polvo. En un
caso así se mezcla muy rápidamente con el líquido la superficie
libre del montón de polvo o del aglomerado, ralentizándose no
obstante a continuación considerablemente el proceso de mojado,
puesto que el aire incluido en los capilares del montón de polvo o
del aglomerado de polvo evita la penetración del líquido en los
capilares. Para solucionar este problema, los dispositivos de mezcla
conocidos, en los que el sólido se aporta en forma de un montón de
polvo o bien contiene aglomerados formados por las partículas
primarias del polvo, presentan usualmente equipos para aportar
fuerzas de cizalla a la suspensión sólido/líquido. Mediante estos
esfuerzos de cizalla se separan entre sí las partículas unidas unas
con otras del montón de polvo y se deshacen los aglomerados de polvo
con lo que resulta posible el mojado de las nuevas superficies
libres formadas.
En el dispositivo de mezcla conocido por la DE
196 29 945 C2, en una cámara de mezcla en la que se realiza la
mezcla del sólido con el líquido está dispuesto un rotor, en el que
a lo largo de un eje de rotor A están fijadas múltiples aletas de
mezcla configuradas a modo de hélice. Mediante las fuerzas de
cizalla aportadas a la suspensión por las aletas de mezcla y que son
función de la velocidad de giro del rotor, se deshacen los
aglomerados que permanecen en el solido, con lo que resulta posible
una mezcla intensiva del líquido con la sustancia sólida. Este
dispositivo de mezcla conocido tiene el inconveniente de que para
aportar las fuerzas de cizalla necesarias, en particular cuando se
utilizan fluidos de alta viscosidad o cuando se trata de
suspensiones con una elevada proporción de sólido, es necesario un
elevado gasto de energía.
Por la DE 12 72 894 se conoce un dispositivo para
mezclar una sustancia pulveriforme con un líquido. La carcasa de
este dispositivo de mezcla presenta para ello una entrada de canal
cilíndrica para el polvo. En este canal de entrada, un cono de
trabajo ocupado por aletas de mezcla y que presenta tuberías de
entrada de líquido, se ocupa de la introducción de ambos componentes
en la cámara de dispersión. La cámara de dispersión está formada por
una carcasa y un tronco de cono que gira en esta carcasa. Tanto el
tronco de cono como también el cono de derivación con sus aletas de
mezcla, son accionados en cada caso por accionamientos dispuestos
separadamente en la parte del estator del dispositivo de mezcla. La
superficie interior con forma de cono de la carcasa forma con el
rotor en forma de cono una cámara con forma de tronco de cono. Al
final de esta cámara se asientan álabes, que se ocupan de
transportar la mezcla en dirección hacia una tubería de salida.
De la DE 10 67 720 se deduce un dispositivo para
mezclar a fondo masas cerámicas. El dispositivo empleado para ello
posee un embudo de llenado, que está conectado con un tornillo
sinfín que transporta la sustancia cerámica, dado el caso deshecha
previamente, a un canal de paso de la sustancia. Este canal de paso
de la sustancia se estrecha hacia la salida debido a las diferentes
configuraciones del cono entre la carcasa y la superficie rotatoria
del cono del rotor.
La invención tiene como tarea básica poner a
disposición un dispositivo y un procedimiento para mezclar una
sustancia sólida pulveriforme o granulada con un líquido, mediante
los cuales se fomente el mojado de las partículas de polvo con el
líquido.
Este tarea se resuelve en el marco de la
invención mediante un dispositivo según la reivindicación 1 y un
procedimiento según la reivindicación 17. En el dispositivo
correspondiente a la invención y en el procedimiento correspondiente
a la invención, se introduce un sólido a mezclar con un líquido
mediante un equipo de aportación de sólido en una cámara de
aportación del sólido, donde las partículas de sólido son sometidas
a un movimiento de giro. El líquido se lleva por parte de al menos
de un equipo de aportación de líquido a una cámara de aceleración.
Al respecto, el líquido aportado por el equipo de aportación de
líquido puede estar compuesto de uno o varios componentes y el
líquido puede también contener ya una cierta componente de sólido.
En la cámara de aceleración el líquido es sometido a un movimiento
de giro y acelerado hasta una velocidad predeterminada. A
continuación fluye el líquido hasta una cámara de mezcla donde se
mezcla con las partículas de sólido, manteniéndose el movimiento de
giro antes generado. Desde la cámara de mezcla se lleva la
suspensión sólido/líquido a una cámara compresora, en la que se
acelera la suspensión que gira.
Debido a la mayor velocidad del flujo de la
suspensión en la cámara compresora y a la correspondiente reducción
de la presión estática, aparece en la zona de entrada de la cámara
compresora un efecto de aspiración, con lo que es aspirado el aire
que se encuentra en los capilares del montón de sólido o del
aglomerado de polvo. De esta manera se elimina, al menos en su mayor
parte, el aire del montón de sólido aportado antes de la entrada en
la cámara compresora y se fomenta el mojado de las partículas de
polvo con el líquido en la cámara de mezcla.
Además, debido a la mayor velocidad del flujo de
la suspensión, se forma en la cámara compresora una elevada presión
dinámica. Como consecuencia, ya no penetra el líquido debido a los
esfuerzos capilares en los capilares del montón de sólido o del
aglomerado de polvo de los que se ha eliminado el aire, sino que se
prensa bajo presión en los capilares. Así puede lograrse también un
mojado muy rápido y completo de las partículas de polvo con el
líquido, incluso sin aplicar fuerzas de cizalla a la suspensión
sólido/líquido. El dispositivo correspondiente a la invención puede
utilizarse en la fabricación de suspensiones formadas por sólidos y
líquidos para la gama desde la baja hasta la elevada viscosidad.
Según un perfeccionamiento de la invención, el
equipo de aportación del sólido incluye un equipo de transporte por
impulsos para aportar el sólido e impermeabilizar la cámara de
aportación del sólido respecto a la atmósfera de alrededor. Cuando
la cámara de aportación del sólido está impermeabilizada respecto a
la atmósfera de alrededor mediante un equipo de transporte por
impulsos, se genera mediante el efecto de aspiración en la zona de
entrada de la cámara compresora una depresión en la cámara de
aportación del sólido. De esta manera, se elimina el aire en amplia
medida de las partículas de sólido aportadas ya en la cámara de
aportación del sólido, con lo que se fomenta el mojado con el
líquido en la cámara de mezcla. Además, se expande el aire que se
encuentra en los capilares del aglomerado de polvo aportado, con lo
que el aglomerado se deshace al menos en parte y con ello aumenta la
superficie de polvo libre accesible para un mojado muy rápido.
Además, el aire que fluye hacia la zona de entrada de la cámara
compresora transporta las partículas de polvo hacia la cámara de
mezcla, donde se ponen a disposición para su mezcla con el líquido.
Equipos de transporte por impulsos adecuados son por ejemplo un
transportador de doble cámara, un distribuidor por rueda celular o
un sistema con dos válvulas de bola y una cámara intermedia.
Para someter al líquido en la cámara de
aceleración a un movimiento de giro y para acelerarlo, incluye el
equipo de aportación de líquido preferentemente al menos una tobera
de entrada, dispuesta tangencialmente respecto a la dirección del
flujo del líquido en la cámara de aceleración y que está inclinada
en la dirección del flujo. Mediante la tobera de entrada, de las que
al menos hay una, puede aportarse un líquido puro compuesto por uno
o varios componentes o bien un líquido que ya contiene una
determinada proporción de sólido. Preferentemente se prevén cuatro a
seis toberas de entrada. Además, para reforzar el efecto de
aceleración puede existir un dispositivo para someter a presión el
líquido a aportar. Dispositivos adecuados son por ejemplo una bomba
o una caldera de presión de viento.
Preferentemente la cámara de aceleración tiene
una sección esencialmente con forma de anillo circular y está
separada mediante una pared separadora de la cámara de aportación
del sólido. En esta forma constructiva preferente del dispositivo de
mezcla correspondiente a la invención, pueden estar dispuestos la
cámara de aceleración y la cámara de aportación del sólido en el
interior de una carcasa cilíndrica, rodeando la cámara de
aceleración a la cámara de aportación del sólido. Esta disposición
permite una configuración compacta del dispositivo de mezcla.
En una superficie orientada hacia la cámara de
aceleración de la pared separadora y/o una superficie orientada a la
cámara aceleradora de una pared exterior que delimita al menos
parcialmente la cámara aceleradora, pueden estar configurados
canales de flujo que discurren con forma de espiral e inclinados en
la dirección del flujo. Estos canales de flujo estabilizan el
movimiento de giro del líquido y pueden estar formados bien mediante
escotaduras configuradas en la pared separadora y/o la pared
exterior o bien mediante nervios alojados en la pared separadora y/o
la pared exterior.
En una forma constructiva preferente del
dispositivo de mezcla correspondiente a la invención, la pared
separadora y/o la pared exterior que delimita al menos parcialmente
la cámara de aceleración y/o una pared exterior que delimita al
menos parcialmente la cámara de mezcla, pueden girar. La disposición
de las citadas paredes de forma que puedan girar permite el
mantenimiento de la velocidad de giro del líquido en la cámara de
aceleración y/o de la suspensión en la cámara de mezcla, ya que se
evita un frenado del movimiento de giro debido a la resistencia
superficial de las paredes. Tales paredes giratorias son ventajosas
especialmente cuando se tratan líquidos de elevada viscosidad o de
viscosidad estructural.
Ventajosamente, la pared separadora puede
deslizarse axialmente entre la cámara de aceleración y la cámara de
aportación del sólido. Mediante un deslizamiento axial de la pared
separadora (el llamado autoajuste de mampara) pueden variarse los
tramos de fluencia del liquido o bien la suspensión en la cámara de
aceleración o bien en la cámara de mezcla en función de la
viscosidad y del comportamiento de fluencia del líquido o bien de la
suspensión, para evitar por ejemplo una rotura del flujo. Cuando
tiene lugar un deslizamiento de la pared separadora en la dirección
hacia la cámara compresora, aumenta el tramo de fluencia del líquido
en la cámara de aceleración, mientras el tramo de fluencia de la
suspensión en la cámara de mezcla se reduce. Cuando tiene lugar un
deslizamiento de la pared separadora en la dirección opuesta, se
reduce el tramo de fluencia del líquido en la cámara de aceleración,
mientras aumenta el tramo de fluencia de la suspensión en la cámara
de mezcla.
En una forma constructiva preferente del
dispositivo de mezcla correspondiente a la invención, existe un
rotor, que ventajosamente presenta un primer, un segundo y un tercer
tramo de rotor, siendo el primer tramo de rotor un tramo del rotor
orientado hacia el equipo de aportación del sólido, dispuesto en la
cámara de aportación del sólido. Además, el primer tramo del rotor
puede estar dotado de una cabeza de tratamiento previo, que deshace
a grandes rasgos el aglomerado sólido aportado y lo acelera en un
movimiento de giro. Esta cabeza de tratamiento previo puede estar
configurada en forma de un tornillo sinfín de molienda. El primer
tramo de rotor con el tornillo sinfín de molienda puede estar unido
mediante uniones por tornillos o por conector con el segundo tramo
del rotor, de manera que el mismo puede estar sometido a rotación
con el mismo accionamiento que los demás tramos de rotor. Como
alternativa al respecto, puede también preverse un accionamiento
separado para el primer y el segundo tramo de rotor. El rotor puede
funcionar con una velocidad de giro de 1500 - 2500 rpm y
preferentemente con una velocidad de giro de unas 1500 rpm y
extenderse desde una zona de entrada del dispositivo de mezcla hasta
su zona de salida.
Preferentemente la(s) pared(es)
separadora(s) que puede(n) girar y/o la pared exterior
que delimita al menos parcialmente la cámara de aceleración y/o la
pared exterior que delimita al menos parcialmente la cámara de
mezcla, están unidas con el rotor. Mediante una disposición así
pueden mantenerse las partículas de sólido en la cámara de
aportación del sólido y el líquido en la cámara de aceleración y/o
la suspensión en la cámara de mezcla en movimientos de giro
síncronos entre sí.
El segundo tramo de rotor puede al menos
extenderse parcialmente por la cámara de aportación del sólido y
estar dotado de cuchillas de pulverización. Mediante las cuchillas
de pulverización se pulverizan finamente las partículas de polvo
aportadas, con lo que aumenta la superficie libre de polvo accesible
para un mojado muy rápido. Además, se aceleran en un movimiento de
giro las partículas de sólido mediante la rotación de las cuchillas
de pulverización.
En una forma constructiva preferente del
dispositivo de mezcla correspondiente a la invención, presenta la
cámara compresora una sección con forma de intersticio anular, y
queda delimitada por un tramo configurado con forma de tronco de
cono de una pared exterior y el tercer tramo de rotor configurado
con forma de tronco de cono al menos en la zona de la cámara
compresora. Mediante este perfeccionamiento de la cámara compresora
y del rotor se logra de manera sencilla la aceleración de la
suspensión sólido/líquido que fluye a través de la cámara
compresora. Además pueden aportarse, a través del tercer tramo del
rotor configurado con forma de tronco de cono, fuerzas de cizalla a
la suspensión, con lo que mejora la homogeneidad de la suspensión.
El rotor puede incluir también varios tramos con forma de tronco de
cono, que pueden presentar en cada caso distintos ángulos cónicos.
Como alternativa al respecto, el rotor puede tener también una forma
similar a una pera con superficies abombadas. Cuando el rotor se
extiende desde la zona de entrada del dispositivo de mezcla hasta su
zona de salida, puede formarse entre el rotor y una carcasa del
dispositivo de mezcla, un intersticio que se estrecha entre la zona
de entrada y la zona de salida del dispositivo de mezcla,
discurriendo una pared interior de la carcasa y la correspondiente
superficie del tronco de cono del rotor preferentemente en un ángulo
agudo de 3º a 8º entre sí.
Preferentemente incluye el dispositivo de mezcla
correspondiente a la invención un primer equipo de detección para la
detección de la velocidad de flujo del líquido en la cámara de
aceleración y/o un segundo equipo de detección para la detección de
la velocidad del flujo de la suspensión en la cámara compresora, así
como un primer equipo de regulación para regular la velocidad de
giro del rotor en función de la velocidad o velocidades del flujo
detectadas. La detección de la velocidad del flujo del líquido en la
cámara de aceleración y la correspondiente regulación de la
velocidad del rotor permite coordinar el movimiento de giro de las
partículas de sólido en la cámara de aportación del sólido con el
movimiento de giro del líquido en la cámara de aceleración. Mediante
la medición de la velocidad del flujo de la suspensión en la cámara
compresora y la correspondiente regulación de la velocidad del
rotor, puede vigilarse y regularse la velocidad del flujo de la
suspensión en la cámara compresora, con lo que puede quedar
asegurado que la suspensión se acelera en la cámara compresora hasta
una velocidad suficientemente alta como para asegurar un
funcionamiento adecuado del dispositivo de mezcla.
El equipo regulador regula la velocidad de giro
del rotor ventajosamente de tal manera que la misma se corresponde
con la velocidad del flujo del líquido en la cámara de aceleración.
De esta manera las partículas de sólido que se encuentran en la
cámara de aportación del sólido pueden someterse a un movimiento de
giro síncrono con el movimiento de giro del líquido en la cámara de
aceleración, con lo que en la cámara de mezcla se forma un flujo
laminar. Además, puede evitarse un "esparcimiento" del líquido
en la transición desde la cámara de aceleración hasta la cámara de
mezcla, con lo que se evita la formación de depósitos o
incrustaciones en las paredes del dispositivo de mezcla debido a
líquidos que se sequen rápidamente. La aportación de una capa
separadora, como por ejemplo un recubrimiento de teflón sobre las
paredes, ya no es por lo tanto forzosamente necesaria.
En el tercer tramo del rotor están dispuestos,
ventajosamente, equipos de transporte con forma de nervios. La
utilización de tales equipos de transporte es ventajosa
especialmente en el tratamiento de suspensiones de baja viscosidad,
puesto que las mismas dan lugar a un aumento de la resistencia de
arranque y con ello a una aceleración más elevada y una mejor
homogeneidad de la suspensión en la cámara compresora.
Ventajosamente discurren los equipos de transporte en la zona de la
cámara compresora en un ángulo de 15º a 45º respecto al eje del
rotor. Para adaptar el consumo de energía a la viscosidad de la
suspensión a tratar, así como para continuar mejorando la
homogeneidad de la suspensión en la cámara compresora, los equipos
de transporte pueden estar dotados en cada caso de agujeros. Los
equipos de transporte pueden extenderse también por toda la longitud
axial del rotor. Para la mejora del comportamiento de los materiales
secos en la admisión, los elementos de transporte están entonces
inclinados en la zona de la cámara de aportación del sólido
ventajosamente en un ángulo de 15º a 45º respecto al eje del rotor
en la dirección de giro y presentan allí una altura mayor que en la
cámara compresora. De esta manera, y con independencia de si el
intersticio anular formado entre el rotor y la carcasa se estrecha
en la dirección de la zona de salida del equipo de mezcla, puede
mantenerse constante la distancia entre los equipos de transporte y
una pared interior de la carcasa.
En una forma constructiva preferente del
dispositivo de mezcla correspondiente a la invención, el rotor puede
deslizarse axialmente. Mediante un deslizamiento axial del rotor
puede variarse la sección de la cámara compresora y con ello las
fuerzas de cizalla aportadas a la suspensión en la cámara compresora
en función de la viscosidad de la suspensión a tratar. Además, y
debido a la posibilidad de deslizar axialmente el rotor, puede
actuarse para evitar un daño del dispositivo de mezcla debido a los
cuerpos extraños contenidos en los sólidos.
El dispositivo de mezcla correspondiente a la
invención puede además incluir un tercer equipo de detección para la
detección de la presión que reina en la cámara de aportación del
sólido y un segundo equipo de regulación para regular la o las
velocidad(es) del equipo de aportación del sólido y/o del
equipo de aportación del líquido. Un sistema así sirve a la
seguridad del dispositivo de mezcla frente a inundación, ya que el
mismo por ejemplo permite, cuando tiene lugar un aumento de presión
en la cámara de aportación del sólido debido a una saturación del
líquido con el sólido aportado, la correspondiente adaptación de la
o las velocidad(es) del equipo de aportación del sólido y/o
del equipo de aportación del líquido. De ello resulta también una
interrupción de la aportación del sólido como protección frente a la
marcha en seco.
Según un perfeccionamiento preferente del
procedimiento correspondiente a la invención, el flujo superficial
del líquido es en la cámara de mezcla esencialmente igual a la
superficie específica de las partículas de sólido aportadas a la
cámara de mezcla.
Preferentemente la velocidad vertical del flujo
de la suspensión en la cámara de mezcla es de al menos
1-2 m/s, con lo que se obtiene un intercambio de
superficies de al menos 1-2 m^{2}/s.
A continuación, se describen más en detalle en
base a las figuras esquemáticas adjuntas distintas formas
constructivas del dispositivo de mezcla correspondiente a la
invención. Se muestra en:
fig. 1 una representación esquemática de un
primer ejemplo de ejecución del dispositivo de mezcla
correspondiente a la invención;
fig. 2 un detalle del ejemplo de ejecución
mostrado en la figura 1 del dispositivo de mezcla correspondiente a
la invención;
fig. 3 un detalle de un segundo ejemplo de
ejecución del dispositivo de mezcla correspondiente a la
invención;
fig. 4 un detalle de un tercer ejemplo de
ejecución del dispositivo de mezcla correspondiente a la
invención;
fig. 5 un detalle de un cuarto ejemplo de
ejecución del dispositivo de mezcla correspondiente a la
invención;
fig. 6 un detalle de un quinto ejemplo de
ejecución del dispositivo de mezcla correspondiente a la
invención;
fig. 7 una vista en sección del rotor del
dispositivo de mezcla mostrado en la figura 6; y
fig. 8 una vista en planta sobre el rotor
representado en la figura 7.
La figura 1 muestra un dispositivo denominado en
general con 10 para mezclar un sólido con un líquido. El dispositivo
incluye un recipiente colector 12 con un montón de sólido 13, que es
aportado mediante un equipo de transporte por impulsos 14 a una
cámara de aportación de sólido 16.
El equipo de transporte por impulsos 14 presenta
una primera válvula de bola 18, que está sincronizada mediante una
transmisión por cadena 20 con una segunda válvula de bola 22 y que
es accionado por un motor de accionamiento 24. Entra la primera y la
segunda válvula de bola 18, 22 se encuentra una cámara intermedia
26. Cuando la primera válvula de bola 18 se encuentra en su posición
de abierta, la cámara intermedia 26 es alimentada con el montón de
sólido 13 contenido en el recipiente colector 12, mientras que la
segunda válvula de bola 22 impermeabiliza la cámara de aportación
del sólido 16 respecto a la atmósfera del entorno. A continuación,
tal como se representa en el dibujo, se abre la segunda válvula de
bola 22 con lo que el montón de sólido 13 que se encuentra en la
cámara intermedia 26 se vacía en la cámara de aportación del sólido
16. La primera válvula de bola 18 se encuentra entonces en su
posición de
cierre.
cierre.
Para la regulación de la velocidad de
dosificación del equipo de transporte por impulsos 14 existe un
equipo de medición de presión 28, para la detección de la presión en
la cámara de aportación del sólido 16, así como un equipo de
regulación 30, que regula la potencia del motor de accionamiento 24
en función de la presión detectada por el equipo de medición de
presión 28. Cuando aumenta la presión en la cámara de aportación del
sólido 16, el equipo de regulación 30 regula la potencia del motor
de accionamiento 24 de tal manera que se reduce la velocidad de
dosificación del equipo de transporte por impulsos 14. Además, el
equipo de regulación 30 puede unirse mediante una tubería de unión
no representada en la figura con la bomba 38 y regular la velocidad
de dosificación del líquido 32 aportado a la cámara de aceleración
42 en función de la presión en la cámara de aportación del sólido 16
detectada por el equipo de medición de presión 28.
Un líquido 32 a mezclar con el montón de sólido
13 se encuentra en un recipiente 34, en el que mediante una tubería
de dosificación 36 se introducen uno o varios componentes líquidos.
Corriente abajo del recipiente 34, está dispuesta en una tubería de
entrada 37 una bomba 38, que transporta el líquido 32 bajo presión
desde el recipiente 34 hasta una tobera de entrada 40.
Tal como se observa en la figura 2, fluye el
líquido 32 desde la tobera de entrada 40 hasta una cámara de
aceleración 42. La tobera de entrada 40 está dispuesta
tangencialmente respecto a una pared de la carcasa 44 y con ello
tangencialmente respecto a la dirección del flujo del líquido 32 en
la cámara de aceleración 42 e inclinada en la dirección del flujo.
La cámara de aceleración 42 presenta una sección con forma de anillo
circular y queda delimitada por la pared de la carcasa 44, así como
por una pared separadora 46 que puede deslizarse axialmente, que
separa la cámara de aceleración 42 de la cámara de aportación del
sólido 16. En una superficie 48 orientada hacia la cámara de
aceleración 42 de la pared separadora 46 y una superficie 50
orientada hacia la cámara de aceleración 42 de la pared de la
carcasa 44, están dispuestas escotaduras 52 que discurren inclinadas
en forma de espiral y en la dirección del flujo, que forman en cada
caso canales de flujo para un líquido 32 sometido a un movimiento de
giro.
U2 rotor 54 que puede deslizarse a lo largo de un
eje de rotor A presenta un primer, un segundo y un tercer tramo de
rotor 56, 58, 60, estando orientado el primer tramo de rotor 56
hacia el equipo de transporte por impulsos 14 y estando dispuesto en
la cámara de aportación del sólido 16. Además, el primer tramo del
rotor 56 está dotado de una cabeza de tratamiento previo 62. El
segundo tramo de rotor 58 está dispuesto igualmente en la cámara de
aportación del sólido 16 y presenta varias cuchillas de
pulverización 64 que se extienden perpendicularmente respecto al eje
del rotor A. En el tercer tramo del rotor 60, configurado con forma
de tronco de cono, están fijados múltiples nervios de transporte 66,
dotados en parte de agujeros 68. Tal como se representa en la figura
1, el rotor 54 es accionado por un motor de accionamiento del rotor
70. El deslizamiento axial del rotor 54 se realiza mediante una
bomba hidráulica 74 unida con un émbolo 72.
Corriente abajo de la cámara de aceleración 42,
se encuentra una cámara de mezcla 76, así como una cámara compresora
78. La cámara compresora 78 tiene una sección con forma de
intersticio anular y queda delimitada por un tramo 80 configurado
con forma de tronco de cono de la pared de la carcasa 44 y el tercer
tramo de rotor 60 configurado con forma de tronco de cono.
Mediante la introducción del líquido 32 cargado
con presión a través de la tobera de entrada 40 dispuesta
tangencialmente respecto a la pared de la carcasa 44 e inclinada en
la dirección del flujo, es sometido el líquido 32 en la cámara de
aceleración 42 a un movimiento de giro y acelerado hasta una
velocidad predeterminada. Los sólidos 13 aportados por el equipo de
transporte por impulsos 14 son sometidos igualmente a un movimiento
de giro por el rotor 54 en la cámara de aportación del sólido 16,
deshaciéndose primeramente los aglomerados de polvo existentes en
los sólidos 13 mediante la cabeza del tratamiento previo 62 grosso
modo y siendo molidos finamente a continuación por las cuchillas de
pulverización 64. Mediante un equipo de medición de la velocidad del
flujo no representado en el dibujo, se capta la velocidad del
liquido 32 en la cámara de aceleración 42. Un equipo de regulación
igualmente no representado, regula la velocidad de giro del rotor 54
de tal manera que la misma se corresponde con la velocidad del
liquido 32 en la cámara de aceleración 42. De esta forma son
sometidos el liquido 32 en la cámara de aceleración 42 y los sólidos
13 en la cámara de aportación del sólido 16 a movimientos de giro
síncronos entre sí, con lo que en la cámara de mezcla 76 se forma un
flujo laminar.
Desde la cámara de aceleración 42 fluye el
líquido con una velocidad de giro uniforme hasta la cámara de mezcla
76, donde el mismo se mezcla con las partículas de sólido 13,
estando las partículas de sólido 13 en forma de aglomerados
finamente pulverizados, pero no como partículas primarias. Las
partículas de polvo 13 son transportadas debido a las fuerzas
centrífugas que aparecen como consecuencia del movimiento de giro en
la dirección de la capa de líquido que fluye a lo largo de la pared
de la carcasa 44. Debido a la resistencia superficial de la pared de
la carcasa 44, se forman torbellinos profundos en la capa de
líquido, mediante los cuales también son transportadas las capas de
líquido que fluyen directamente a lo largo de pared de la carcasa 44
en dirección hacia la superficie del flujo de líquido dirigida hacia
la cámara de aportación del sólido 16, donde se dispone de las
mismas para la mezcla con las partículas de sólido 13 aportadas.
Mediante un desplazamiento axial de la pared separadora 46 (el
llamado autoajuste de mampara), pueden variarse los tramos de
fluencia del líquido 32 en la cámara de aceleración 42, así como de
la suspensión en la cámara de mezcla 76 en función de la viscosidad
y del comportamiento en fluencia del líquido 32 y de la suspensión,
respectivamente, para evitar por ejemplo una interrupción del
flujo.
Desde la cámara de mezcla 76 fluye la suspensión
sólido/líquido hasta la cámara compresora 78, donde la misma se
acelera mediante el tercer tramo de rotor 60 configurado con forma
de tronco de cono. Debido al aumento de la velocidad del flujo de la
suspensión en la cámara compresora 78, se forma en una zona de
entrada 82 de la cámara compresora 78 un efecto de aspiración
(efecto de bomba inyectora), por causa de la reducción de la presión
estática debido a la elevación de la velocidad de flujo, con lo que
el aire que se encuentra en los capilares de los aglomerados de
polvo fino 13 es aspirado. Puesto que el equipo de transporte por
impulsos 14 además impermeabiliza la cámara de aportación del sólido
16 respecto a la atmósfera de alrededor, se forma en la cámara de
aportación del sólido 16 una depresión, con lo que en las partículas
de sólido 13 aportadas ya se elimina el aire en la cámara de
aportación del sólido 16. De esta manera se fomenta el mojado de las
partículas de polvo 13 deaireadas con el líquido 32 en la cámara de
mezcla 76, con lo que las partículas de polvo 13 están ya muy
mojadas con el líquido al entrar en la cámara compresora 78.
Mediante un equipo de medición de la velocidad del flujo no
representado en el dibujo, se detecta la velocidad de la suspensión
en la cámara compresora 78. Un equipo de regulación igualmente no
representado regula la velocidad de giro del rotor 54, con lo que
queda asegurado que la suspensión se acelera en la cámara compresora
78 hasta una velocidad suficientemente alta para asegurar un
funcionamiento adecuado del dispositivo de mezcla 10 y para evitar,
mediante el ajuste de la velocidad relativa respecto a cero, un
salpicado o rociado.
Debido a la depresión en la cámara de aportación
del sólido 16, se expande el aire que se encuentra en los capilares
de los aglomerados de polvo 13 aportados, con lo que los aglomerados
13 se destruyen al menos parcialmente. Además, el aire que fluye
hacia la zona de entrada 82 de la cámara compresora 78 transporta
las partículas de polvo 13 en la cámara de mezcla 76, donde las
mismas se sumergen, debido a las fuerzas centrífugas, en el tramo de
fluencia laminar.
En la cámara compresora 78 reina, debido al
aumento de la velocidad del flujo de la suspensión, una elevada
presión dinámica. Debido a esto, el líquido es prensado en la cámara
compresora 78 bajo presión dentro de los capilares deaireados de los
aglomerados de polvo. Además, se aplican en la cámara compresora 78
a través del tramo de rotor con forma de tronco de cono 60 fuerzas
de cizalla a la suspensión, con lo que aumenta la homogeneidad de la
suspensión. Mediante el deslizamiento axial del rotor 54, pueden
variarse la sección de la cámara compresora 78 y con ello las
fuerzas de cizalla aplicadas a la suspensión en la cámara compresora
78 en función de la viscosidad de la suspensión a tratar.
Tal como puede deducirse de la figura 1, fluye la
suspensión desde la cámara compresora 78 hasta una primera tubería
de salida 84. Para generar, incluso para bajas resistencias de la
tubería y suspensiones de baja viscosidad, la presión necesaria en
la cámara compresora 78 para el mojado completo de las partículas de
polvo 13, existe en la primera tubería de salida 84 un regulador de
presión 86. A partir de la primera tubería de salida 84, puede
vaciarse la suspensión en una segunda tubería de salida 88, en la
que existe otro regulador de presión 90 para el mantenimiento de una
presión constante. No obstante, existe también la posibilidad de
conducir la suspensión hasta el recipiente 34 y desde allí
devolverla en el circuito a la cámara de aceleración 42.
En la figura 3 se representa un detalle de una
forma de ejecución alternativa del dispositivo de mezcla 10, en el
que el rotor 54 presenta un cuarto tramo de rotor 92. El cuarto
tramo de rotor 92 está compuesto por un primer tramo parcial 94 que
se extiende en paralelo al eje del rotor A, así como un segundo
tramo de rotor 96 que se extiende en un ángulo de unos 60º respecto
al eje del rotor A. En función de la posición de la pared separadora
46 deslizable axialmente, forma el primer tramo parcial 94 una pared
exterior que puede girar, que delimita la cámara de mezcla 76 por
completo y la cámara de aceleración 42, al menos parcialmente,
mediante la cual pueden mantenerse la velocidad de giro del líquido
32 en la cámara de aceleración 42 y/o de la suspensión en la cámara
de mezcla 76. Para permitir un paso sin obstáculos de la suspensión
desde la cámara de mezcla 76 hasta la cámara compresora 78, el
segundo tramo parcial 96 está dotado de una abertura de paso de la
suspensión 98.
En el siguiente ejemplo de ejecución mostrado en
la figura 4 del dispositivo de mezcla 10, la pared separadora 46,
así como una pared 100 dispuesta en paralelo a la pared de la
carcasa 44, están unidas con un quinto tramo de rotor 102 que se
extiende en perpendicular al eje del rotor A. La pared 100 se
extiende a lo largo de la cámara de aceleración 42 e igualmente a lo
largo de un tramo importante de la cámara de mezcla 76.
Contrariamente a lo que sucede en los ejemplos de ejecución
mostrados en las figuras 1 a 3, en el dispositivo de mezcla 10
representado en la figura 4 no es posible un deslizamiento axial de
la pared separadora 46. Para un paso sin obstáculos de las
partículas de sólido 13, el quinto tramo de rotor 102 está dotado de
una abertura de paso del sólido 104, mientras la pared 100 presenta
una abertura de entrada del líquido 106 para la entrada sin
obstáculos del líquido 32 en la cámara de aceleración 42. Mediante
la disposición giratoria de la pared 100 y de la pared separadora
46, puede acelerarse el líquido 32 en la cámara de aceleración 42 de
manera especialmente efectiva y mantenerse la velocidad de giro de
la suspensión en la cámara de mezcla 76, con lo que el dispositivo
de mezcla 10 es en particular adecuado para el tratamiento de
líquidos y suspensiones de alta viscosidad o de viscosidad
estructural.
El ejemplo de ejecución mostrado en la figura 5
del dispositivo de mezcla 10, presenta un tramo 108 que puede girar
de la pared de la carcasa 44, que se extiende en cada caso sobre
zonas parciales de la cámara de aceleración 42, así como de la
cámara de mezcla 76. Tampoco en este ejemplo de ejecución es posible
un deslizamiento axial de la pared separadora 46. El accionamiento
del tramo 108 que puede girar de la pared de la carcasa 44 puede
estar acoplado con el accionamiento del rotor 70. No obstante,
también es posible prever un accionamiento separado del
accionamiento del rotor 70 para el tramo que puede girar 108 de la
pared de la carcasa 44.
El ejemplo de ejecución mostrado en la figura 6
del dispositivo de mezcla 10, presenta una cámara de aportación del
sólido 16 y un hueco de carga 110 con una abertura de entrada con
forma de embudo. El hueco de carga 10 se asienta en una tapa 112 de
una carcasa 114 del dispositivo de mezcla 10 y está atornillado con
ésta. En un fondo 116 de la carcasa 114 está prevista una salida de
material 118 dispuesta radialmente, a través de la cual fluye hacia
fuera la sustancia de mezcla generada en la cámara compresora
78.
El rotor 54 del dispositivo de mezcla 10 se
diferencia de los rotores mostrados en las figuras 1 a 5 en que no
incluye un primer tramo de rotor dotado de una cabeza de tratamiento
previo ni tampoco un tramo de rotor dotado de cuchillas de
pulverización. En lugar de esto, el rotor 54 está configurado con
forma de tronco de cono, con lo que la cámara compresora 78 con
forma de intersticio anular está delimitada por una pared interior
120 de la tapa 112 y una superficie con forma de tronco de cono de
una zona parcial central 122 del rotor 54. La pared interior 120 de
la tapa 112 y la superficie con forma de tronco de cono del rotor
54, discurren en la zona parcial 122 bajo un ángulo de 5º, con lo
que el intersticio anular que forma la cámara compresora 78 se
estrecha desde la zona de entrada 82 de la cámara compresora 78 en
dirección a la salida del material 118. Al respecto, permanece
constante la distancia entre los equipos de transporte 66, que están
realizados en la zona de la cámara compresora 78 como nervios, y la
pared interior 120 de la tapa 112. En una zona de salida 128
presenta el rotor 54 el máximo diámetro. Los tramos de los equipos
de transporte 66 dispuestos en la zona de salida 128 del rotor 54,
generan así un flujo centrífugo mayor en relación con la cámara de
mezcla 76 y apoyan una evacuación libre de residuos.
Con su zona parcial superior 124, sobresale el
rotor 54 en la cámara de aportación del sólido 16 hasta el extremo
inferior del hueco de carga 110. Aquí se extienden los nervios de
transporte 66 hasta muy junto a una pared 136 del hueco de carga
110. Cuando gira el rotor 54 unido mediante un eje 126 con un
accionamiento, los nervios de transporte 66 que transportan en la
dirección del eje del rotor A hasta la salida del material 118,
evitan la penetración de líquido en la cámara interior del hueco de
carga 110. Para la mejora del efecto de admisión, los nervios de
transporte 66 están inclinados en el extremo del rotor 54 orientado
hacia la cámara de aportación del sólido 16 en unos 45º en la
dirección de giro.
Similarmente a en las formas de ejecución
mostradas en las figuras 1 a 5, se realiza la aportación del líquido
mediante toberas de entrada 40, alojadas en un saliente 134 de la
tapa 112. Las toberas de entrada 40 se encuentran enfrente de un
extremo de la pared 136 del hueco de carga 110 orientado hacia la
cámara del compresor 78. Debido a la disposición tangencial
inclinada en la dirección del flujo de las toberas de entrada 40,
fluye el líquido a lo largo de la pared 136 del hueco de carga 110 a
lo largo de una línea espiral en la dirección de la cámara de mezcla
76. La aportación del líquido puede realizarse a través de una o
varias toberas de entrada 40 distribuidas por el saliente 134,
pudiéndose también aplicar caso necesario, distintos aditivos
líquidos.
Para reducir el calor de proceso generado que se
transmitiría a la sustancia de mezcla, se prevén en la tapa 112 y en
el suelo 116 cámaras de refrigeración 130, 132. El refrigerante que
fluye a través de estas cámaras 130, 132 se ocupa durante el proceso
de dispersión que tiene lugar bajo una presión considerable en la
cámara compresora 78 y en la zona de salida 128, de una
refrigeración de la sustancia de mezcla.
La disposición mostrada en las figuras 7 y 8 del
rotor 54 utilizado en el dispositivo de mezcla según la figura 6,
muestra la disposición de los equipos de transporte 66 con forma de
nervios. En la forma constructiva aquí mostrada del rotor 54, están
distribuidos a distancias de 45º ocho nervios de transporte 66 por
la superficie del rotor 54. La inclinación de los nervios de
transporte 66 respecto al eje del rotor A es diferente en las
distintas zonas de actuación del rotor 54. En la zona del rotor 54
con la sección más pequeña, los nervios de transporte 66 están
inclinados en 45º en la dirección del giro, y poseen su máxima
altura. En la cámara de mezcla 76, en la que el líquido se mezcla
con la sustancia seca, se extienden los nervios de transporte 66 a
lo largo del eje del rotor A. En la propia cámara compresora 78 los
nervios de transporte 66 están inclinados en 30º respecto al eje del
rotor. En la zona de salida 128 del rotor 54, discurren los nervios
de transporte 66 paralelos al eje del rotor A a lo largo de toda la
sección exterior con forma semicircular del rotor 54.
Claims (19)
1. Dispositivo (10) para mezclar un sólido (13)
pulveriforme o granuloso con un líquido (32), con
- al menos un equipo de aportación del sólido
(14),
- al menos un equipo de aportación del líquido
(37, 38, 40),
- una cámara de aceleración (42), en la que el
líquido (32) aportado es sometido a un movimiento de giro y
acelerado hasta una velocidad predeterminada,
- una cámara de aportación del sólido (16), en la
que las partículas de sólido (13) aportadas son sometidas a un
movimiento de giro,
- una cámara de mezcla (76) para mezclar las
partículas de sólido (13) con el líquido (32) para formar una
suspensión manteniendo el movimiento de giro previamente generado
y
- una cámara compresora (78), en la que la
suspensión que gira es acelerada de tal manera que en una zona de
entrada (82) de la cámara compresora (78) resulta un efecto de
aspiración que elimina el aire, al menos en gran parte, del montón
de sólido (13) aportado.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el equipo de
aportación del sólido (14) incluye un equipo de transporte por
impulsos para aportar el sólido (13) e impermeabilizar la cámara de
aportación del sólido (16) respecto a la atmósfera del entorno.
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque el equipo de
aportación del líquido (37, 38, 40) incluye al menos una tobera de
entrada (40), dispuesta tangencialmente respecto a la dirección del
flujo del líquido (32) en la cámara de aceleración (42) e inclinada
en la dirección del flujo, así como un dispositivo (38) para someter
a presión el líquido (32) a aportar.
4. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes,
caracterizado porque la cámara de
aceleración (42) presenta una sección esencialmente en forma de
anillo circular y que está separada mediante una pared separadora
(46) de la cámara de aportación del sólido (16).
5. Dispositivo según la reivindicación 4,
caracterizado porque en una superficie
(48) de la pared separadora (46) orientada a la cámara de
aceleración (42) y/o una superficie (50) orientada hacia la cámara
de aceleración (42) de una pared exterior (44; 92; 100) que delimita
al menos parcialmente la cámara de aceleración (42), están
configurados canales de flujo (52) que discurren con forma de
espiral e inclinados en la dirección del flujo.
6. Dispositivo según la reivindicación 4 ó 5,
caracterizado porque la pared separadora
(46) y/o la pared exterior (92; 100; 108) que delimita al menos
parcialmente la cámara de aceleración (42) y/o una pared exterior
(92; 100; 108) que delimita al menos parcialmente la cámara de
mezcla (76), pueden girar.
7. Dispositivo según una de las reivindicaciones
4 a 6,
caracterizado porque la pared separadora
(46) puede deslizarse axialmente.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes,
caracterizado porque existe un rotor con
un primer, un segundo y un tercer tramo de rotor (56, 58, 60),
siendo el primer tramo de rotor (56) un tramo del rotor (54)
orientado hacia el equipo de aportación del sólido (14), dispuesto
en la cámara de aportación del sólido (16) y dotado de una cabeza de
tratamiento previo (62).
9. Dispositivo según las reivindicaciones 6 y
8,
caracterizado porque la pared separadora
(46) que puede girar y/o la pared exterior (92; 100) que delimita al
menos parcialmente la cámara de aceleración (42) y/o la pared
exterior (92; 100) que delimita al menos parcialmente la cámara de
mezcla, está o están unida(s) con el rotor (54).
10. Dispositivo según la reivindicación 8 ó
9,
caracterizado porque el segundo tramo de
rotor (58) se extiende al menos parcialmente en la cámara de
aportación del sólido (16) y está dotado de cuchillas de
pulverización (64).
11. Dispositivo según una de las reivindicaciones
8 a 10,
caracterizado porque la cámara compresora
(78) presenta una sección con forma de intersticio anular y está
delimitada por un tramo (80) configurado con forma de tronco de cono
de una pared exterior (44) y el tercer tramo de rotor (60)
configurado con forma de tronco de cono al menos en la zona de la
cámara compresora (78).
12. Dispositivo según una de las reivindicaciones
8 a 11,
caracterizado porque incluye un primer
equipo de captación para la captación de la velocidad del flujo del
líquido (32) en la cámara de aceleración (42) y/o un segundo equipo
de captación para la captación de la velocidad del flujo de la
suspensión en la cámara compresora (78) y un primer equipo de
regulación para regular la velocidad de giro del rotor (54) en
función de la velocidad o de las velocidades de flujo
detectadas.
13. Dispositivo según la reivindicación 12,
caracterizado porque el primer equipo de
regulación regula la velocidad de giro del rotor (54) de tal manera
que se corresponde con la velocidad del flujo del líquido (32) en la
cámara de aceleración
(42).
(42).
14. Dispositivo según una de las reivindicaciones
8 a 13,
caracterizado porque en el tercer tramo
del rotor (60), están dispuestos equipos de transporte (66) con
forma de nervios dotados de agujeros (68).
15. Dispositivo según una de las reivindicaciones
8 a 14,
caracterizado porque el rotor (54) puede
deslizarse axialmente.
16. Dispositivo según una de las reivindicaciones
precedentes,
caracterizado porque incluye un tercer
equipo de captación (28) para la captación de la presión que reina
en la cámara de aportación del sólido (16) y un segundo equipo
regulador (30) para regular la velocidad o las velocidades de
dosificación del equipo de aportación del sólido (14) y/o el equipo
de aportación del líquido (37, 38, 40).
17. Procedimiento para mezclar un sólido (13)
pulveriforme o granuloso con un líquido (32), con las etapas:
- aportación del sólido (13),
- aportación del líquido (32),
- generación de un movimiento de giro del líquido
(32) aportado y aceleración del líquido (32) hasta una velocidad
predeterminada en una cámara de aceleración (42),
- generación de un movimiento de giro de las
partículas de sólido (13) aportadas en una cámara de aportación del
sólido (16),
- mezcla de las partículas de sólido (13) con el
líquido (32) para formar una suspensión manteniendo el movimiento de
giro previamente generado en una cámara de mezcla (76) y
- aceleración de la suspensión que gira en una
cámara compresora (78) de tal manera que en una zona de entrada (82)
de la cámara compresora (78) se forma un efecto de aspiración que
elimina el aire, al menos en gran parte, del montón de sólido (13)
aportado.
18. Procedimiento según la reivindicación 17,
caracterizado porque en la cámara de
mezcla (76) el flujo superficial de líquido es esencialmente igual a
la superficie específica de las partículas (13) introducidas en la
cámara de mezcla (76).
19. Procedimiento según la reivindicación 17 ó
18
caracterizado porque en la cámara de
mezcla (76) la velocidad de flujo vertical de la suspensión es de al
menos 1 - 2 m/s.
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