ES2267488T3 - Valvula de homogeneizacion. - Google Patents
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Abstract
Válvula de homogeneización que comprende: un asiento (3) y un obturador (4) que tienen superficie recíprocamente enfrentadas, las cuales se separan para definir una abertura de salida de la válvula (2); un conducto de entrada (1) del producto a homogeneizar y una zona de salida (5) del producto ya homogeneizado, el conducto de entrada (1) estando ubicado antes de la abertura de salida (2) de la válvula mientras que la zona de salida (5) estando ubicada después de la misma abertura; el asiento (3) y el obturador (4) estando enfrentados entre sí en correspondencia de una superficie anular, dentro de la cual superficie anular desembocan los extremos (6a) de una pluralidad de conductos (6), cada uno de los cuales conductos (6) está conectado con el conducto de entrada (1); la abertura de salida (2) de la válvula extendiéndose a lo largo de una circunferencia externa (3a) y de una circunferencia interna (2b) de la superficie anular; el asiento (3) y el obturador (4) de la válvula definiendo, ambos, una cavidad (7), dentro de la cual desemboca la abertura de salida (2) que se extiende a lo largo de la circunferencia interna (2b); la abertura de salida (2) estando conectada a la zona de salida (5) del producto homogeneizado por medio de una pluralidad de orificios (8); caracterizada por el hecho que comprende una protuberancia (9) dispuesta dentro de la cavidad (7) en una posición concéntrica con respecto a la circunferencia interna (2b) y que interseca un plano que contiene a la circunferencia interna (2b).
Description
Válvula de homogeneización.
La presente invención se refiere a una válvula
de homogeneización, la cual se puede utilizar de manera útil pero no
exclusiva para homogeneizar leche.
Desde hace tiempo se conocen muy bien
homogeneizadores, los cuales se utilizan para homogeneizar
emulsiones y suspensiones. De manera muy concisa se puede decir que
se componen de una bomba que obliga el producto que se está tratando
a pasar a través de una estrecha abertura de paso de una válvula de
homogeneización. La operación de homogeneización de un producto, por
ejemplo leche, esencialmente consiste en subdividir de manera fina
las células grasas y su dispersión homogénea a través de toda la
masa del líquido.
El obturador de la válvula, que tiende a cerrar
la válvula y a bloquear el paso del producto a través de la misma
válvula, se somete a alta presión.
Por consiguiente, para que el producto en
correspondencia de la entrada de la válvula pueda superar la presión
que tiende a cerrar la válvula se lo somete a alta presión.
Como bien se sabe, la homogeneización del
producto es una consecuencia de varias causas, entre las cuales la
aceleración y el paso del producto a través de la estrecha abertura
de la válvula, un impacto contra un anillo especial situado en
correspondencia de la salida de la válvula, cavitación de burbujas,
con una consiguiente liberación de vibraciones a alta frecuencia y
turbulencia en el fluido, determinada en correspondencia de la
salida de la válvula debido a la rápida caída de presión y de
velocidad a las cuales se somete el producto.
Entre otros factores, la eficiencia de una
válvula de homogeneización está condicionada por la geometría de la
misma válvula, que debe permitir un caudal suficiente de producto
así como también altos valores de aceleración y una caída de
presión para que el producto que transita por la misma sea tratado
correctamente. Por otro lado, el obturador no debe ser sometido a
exageradas fuerzas que podrían conducir a problemas concernientes a
dificultad de regulación de la válvula y a su posible
inestabilidad.
Un ejemplo de una válvula de homogeneización del
tipo conocido está representado por la válvula exhibida en la
figura 1. En esta válvula el producto, que entra bajo presión en
correspondencia de la parte denominada "I", es obligado a
pasar a través de la abertura de la válvula, es decir la corona
anular situada entre el asiento (S) y el obturador (O) de la
válvula. La magnitud de la abertura de la válvula es extremadamente
pequeña; el producto, por ende, para atravesar la abertura de la
válvula es sometido a una fuerte aceleración, después de lo cual
hay un brusco cambio de presión y un alto impacto a alta velocidad
contra un anillo (A) en correspondencia de la salida de la abertura
de paso de la válvula. Esos son los factores que llevan a la
homogeneización del producto.
En este tipo de válvula, de construcción
relativamente sencilla, hace falta adoptar un compromiso de
proyecto, con un cálculo hecho en función de la presión de entrada
del producto. Por un lado está la necesidad de tener un diámetro
(y, por ende, una longitud de la circunferencia externa, es decir la
abertura de paso de salida) que sea suficiente para permitir un
buen caudal del líquido, mientras que por otro lado es necesario
limitar tanto la fuerza que se libera sobre el obturador de la
válvula como el ancho de la corona circular de la abertura de paso
de salida. La eficiencia general de la válvula, por lo tanto, es muy
limitada.
Para aumentar la eficiencia de las válvulas se
han propuesto varias soluciones. Por ejemplo, en la válvula
descrita en la patente de invención US 4.352.573 hay varias
aberturas de paso de salida, situadas una arriba de la otra; en la
válvula exhibida en la patente de invención EP 0.810.025, por otro
lado, hay una abertura de paso de salida de longitud considerable y
ancho pequeño, obtenidos con una entrada tangencial del producto y
que tiene una construcción del obturador de la válvula que permite
una compensación parcial de las fuerzas allí liberadas. Además de
las mayores dimensiones con respecto a las válvulas normales, estos
tipos de válvulas constructivamente son bastante complejas y
presentan algunas dificultades de regulación.
El documento US 1.551.672 publica un aparato
para la homogeneización de líquidos que comprende en combinación un
inyector de homogeneización, un órgano enfrentado al inyector, una
luz entre el inyector y dicho órgano, un hueco central y ranuras
anulares en las superficies del inyector y en el órgano opuesto que
está de frente a la luz, que están subdivididas de manera que el
líquido bajo presión pueda salir de una pluralidad de luces de
homogeneización, que están en relación recíproca fija, hacia el
espacio de salida del aparato. En este aparato el producto que sale
a través de la luz y fluye dentro del hueco central impacta
recíprocamente dentro del hueco central.
El objetivo principal de la presente invención
es el de poner a disposición una válvula de homogeneización que sea
constructivamente bastante simple y al mismo tiempo que brinde una
alta eficiencia operativa de acuerdo con la reivindicación 1.
Una ventaja de la presente invención es que
proporciona una válvula que tiene aproximadamente el mismo tamaño
que las válvulas tradicionales y que, por ende, se puede usar en
reemplazo de las válvulas pertenecientes a la técnica conocida
instaladas en homogeneizadores.
Esos objetivos y ventajas y aún otros se logran
en su totalidad mediante la presente invención, tal como está
caracterizada 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
exclusiva de la invención, exhibida a título puramente
ejemplificador y no limitativo mediante las figuras de los dibujos
anexos, en los cuales:
- la figura 1 muestra un corte transversal en
elevación vertical de una válvula de homogeneización del tipo
conocido;
- la figura 2 es un corte transversal en
elevación vertical de la válvula de homogeneización según la
presente invención;
- la figura 3 es una vista detallada, con
algunas partes mostradas en corte transversal y con el tamaño de la
abertura de la válvula mostrado tal como es efectivamente, de
algunas partes ensambladas para realizar la válvula de la presente
invención.
La válvula de homogeneización de la presente
invención, que se usa en homogeneizadores del tipo conocido y no
exhibidos en las figuras de los dibujos, exhibe un conducto de
entrada (1) del producto a homogeneizar y una zona de salida (5)
del producto homogeneizado, las cuales entrada y salida están antes
y después, respectivamente, de la abertura de salida (2) de la
válvula. La válvula comprende un asiento (3), fijado al cuerpo de la
válvula (11), sobre el cual se fuerza un obturador (4) a una
presión predeterminada, de manera que cuando se bombea el fluido
presurizado a homogeneizar a través de la válvula y presiona contra
el obturador, se defina la abertura de salida (2) de la válvula. Al
igual que lo que sucede en as válvulas del tipo conocido, la
distancia entre las superficies enfrentadas del asiento y del
obturador, es decir el ancho de la abertura de salida de la
válvula, queda determinada por la condición de equilibrio entre las
fuerzas que actúan sobre el obturador.
El asiento (3) y el obturador (4) de la válvula
se enfrentan entre sí en correspondencia de una superficie anular a
lo largo de una circunferencia externa (2a) y una circunferencia
interna (2b) de las cuales se desarrolla la abertura de salida (2)
de la válvula.
Dentro del asiento (3) hay una pluralidad de
conductos (6), cada uno de los cuales conductos (6) está conectado
mediante un extremo al conducto de entrada (1) del fluido a
homogeneizar. Los otros extremos (6a) de los conductos desembocan
en la parte central entre las circunferencias interna y externa de
la superficie anular, donde se enfrentan entre sí el asiento (3) y
el obturador de la válvula (4); los extremos (6a) de los conductos
(6) están dispuestos angularmente equidistanciados.
El asiento (3) y el obturador (4) de la válvula
también definen, dentro de los mismos, una cavidad (7) dentro de la
cual desemboca la abertura de salida de la válvula (2) (que se
desarrolla a lo largo de la circunferencia interna (2b) de la
superficie anular); esta cavidad (7) está conectada a la zona de
salida del producto homogeneizado (5) por medio de una pluralidad
de orificios (8) hechos en el obturador (4) de la válvula. Los
extremos de salida (8a) de los orificios desembocan en la
superficie lateral externa del obturador (4) la cual superficie se
extiende a lo largo de la circunferencia externa del obturador (4)
en una zona que está cerca de la abertura de salida (2) de la
válvula.
A menudo dentro de la cavidad (7) hay una
protuberancia (9), la cual está solidariamente vinculada al asiento
(3) de la válvula, la cual está situada concéntrica a la
circunferencia interna (2b) y está dispuesta de manera de
intersecar el plano que incluye a la circunferencia interna
(2b).
La figura 3 muestra claramente que tanto el
asiento (3) como el obturador (4) de la válvula están dispuestos
solidarios en rotación y coaxialmente entre sí.
Aparte de una mayor eficiencia, determinada por
varios factores que se describirán a continuación, el funcionamiento
de la válvula de homogeneización es bastante similar, en términos
generales, al funcionamiento de las válvulas de homogeneización del
tipo conocido. Concisamente, el producto que llega en
correspondencia de la entrada de la válvula a alta presión levanta
el obturador de la válvula, que también está sometido a alta presión
que tiende a cerrar la válvula. Por lo tanto, el producto líquido
sale a través de la estrecha abertura de la válvula que se crea
como consecuencia de la elevación del obturador. Al igual que en las
válvulas conocidas, el caudal y la eficiencia de la válvula están
influenciadas por los equilibrios de las presiones en juego
(presión de entrada del producto - presión de cierre sobre el
obturador).
La válvula, como se ha mencionado con
anterioridad, tiene la ventaja fundamental de tener las mismas
dimensiones generales externas que aquellas de una válvula del tipo
conocido, lo cual significa que se puede reemplazar por una válvula
tradicional sin ninguna necesidad de realizar cambios estructurales
en el homogeneizador ya provisto de válvulas del tipo conocido.
Además, en una comparación directa a igualdad de
presión, la presente invención presenta un mayor caudal en la
válvula gracias a la geometría especial de la válvula, lo cual da
una longitud de la abertura de salida que es más o menos el doble
en comparación con las válvulas del tipo conocido; el ancho de la
abertura de salida, sin embargo, es prácticamente la mitad con
respecto a la técnica conocida, lo cual conduce a una caída de
presión casi instantánea del producto que transita a través de la
válvula y aun notable efecto de cavitación de burbujas en el
producto que sale de la abertura de salida de la válvula. Todas esas
ventajas se logran sin tener que aumentar la fuerza transmitida por
el producto que entra hacia el obturador (la suma de las áreas de
los extremos (6a) de los conductos (6) puede ser igual al área de la
abertura de salida de una válvula de tipo conocido).
El contacto entre el producto que sale de los
extremos de salida (8a) de los orificios (8) y el producto que sale
de la abertura de salida de la válvula que se extiende a lo largo de
la circunferencia externa (2a) produce un aumento de la turbulencia
del fluido y, por lo tanto, probablemente de la eficiencia de la
válvula. La protuberancia (9) interna de la cavidad (7), que
funciona como un anillo de impacto para el producto que sale de la
abertura de la válvula que se desarrolla a lo largo de la
circunferencia interna (2b), se podría eliminar para obtener un
impacto recíproco entre las partículas de producto que salen de la
abertura de salida de la válvula que se extiende a lo largo de la
circunferencia interna (2b). En algunos casos esos impactos entre
partículas pueden tener un mejor efecto sobre la eficiencia de la
válvula que el obtenido mediante el impacto del producto sobre la
protuberancia (9).
Claims (3)
1. Válvula de homogeneización que comprende: un
asiento (3) y un obturador (4) que tienen superficie recíprocamente
enfrentadas, las cuales se separan para definir una abertura de
salida de la válvula (2); un conducto de entrada (1) del producto a
homogeneizar y una zona de salida (5) del producto ya homogeneizado,
el conducto de entrada (1) estando ubicado antes de la abertura de
salida (2) de la válvula mientras que la zona de salida (5) estando
ubicada después de la misma abertura; el asiento (3) y el obturador
(4) estando enfrentados entre sí en correspondencia de una
superficie anular, dentro de la cual superficie anular desembocan
los extremos (6a) de una pluralidad de conductos (6), cada uno de
los cuales conductos (6) está conectado con el conducto de entrada
(1); la abertura de salida (2) de la válvula extendiéndose a lo
largo de una circunferencia externa (3a) y de una circunferencia
interna (2b) de la superficie anular; el asiento (3) y el obturador
(4) de la válvula definiendo, ambos, una cavidad (7), dentro de la
cual desemboca la abertura de salida (2) que se extiende a lo largo
de la circunferencia interna (2b); la abertura de salida (2)
estando conectada a la zona de salida (5) del producto homogeneizado
por medio de una pluralidad de orificios (8); caracterizada
por el hecho que comprende una protuberancia (9) dispuesta dentro
de la cavidad (7) en una posición concéntrica con respecto a la
circunferencia interna (2b) y que interseca un plano que contiene a
la circunferencia interna (2b).
2. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada por el hecho que la pluralidad de orificios (8)
se hallan en el obturador (4) y presentan orificios de salida (8a)
que desembocan en una superficie lateral externa del obturador (4)
en una zona que está cerca de la abertura de salida de la válvula
(2) que se extiende a lo largo de la circunferencia externa
(2a).
3. Válvula según la reivindicación 1,
caracterizada por el hecho que la pluralidad de conductos (6)
está hecha en el asiento (3) de la válvula, y los extremos (6a) de
los conductos (6) desembocan en una circunferencia central de la
superficie anular y están recíproca y angularmente
equidistanciados.
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