ES2280243T3 - Guia de flujo de agua para granuladora. - Google Patents

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Abstract

Una granuladora (12) bajo agua que comprende una placa (14) de matriz con unos orificios (16) de extrusión que terminan en una cara (18) de la matriz, un cubo (34) rotativo y accionado para cuchillas cortadoras soportado en relación opuesta a dicha cara (18), unas cuchillas cortadoras (37) montadas sobre dicho cubo (34) para cuchillas y que se mueven en un plano generalmente paralelo y estrechamente adyacente a dicha cara (18) de la matriz para cortar en gránulos unos filamentos de material extruídos a través de dichos orificios (16), una caja (20) de agua que encierra a dicha cara (18) de la matriz, al cubo (34) de las cuchillas cortadoras y a las cuchillas cortadoras (37), incluyendo dicha caja (20) de agua una entrada (24) para el flujo de agua que penetra en la caja (20) de agua y una salida (26) para la descarga de una lechada de agua y de gránulos arrastrados por el agua; caracterizada porque una guía (10) de flujo de agua, separada, está situada en dicha caja (20) de agua para dirigir el flujo de agua y gránulos a través de dicha caja (20) de agua.

Description

Guía de flujo de agua para granuladora.
La invención está relacionada con una granuladora bajo agua según la primera parte de la reivindicación principal.
Las granuladoras bajo agua son bien conocidas e incluyen una placa de matriz con múltiples orificios a través de los cuales se extruyen filamentos de polímero fundido, con los orificios terminando en una cara de la placa de matriz. Un cortador rotativo motorizado, que incluye un cubo cortador montado sobre un eje con una pluralidad de cuchillas soportadas por el cubo cortador, está asociado a la cara de la matriz para cizallar en gránulos los filamentos extruídos de polímero a medida que el polímero es extruído saliendo por la cara de la matriz. Una caja de agua encierra la cara de la matriz, el cubo cortador y la cuchilla, para formar una cámara de corte a través de la cual fluye agua para enfriar y rigidizar los filamentos de polímero extruídos, permitiendo así que las cuchillas cortadoras cizallen mejor en gránulos los filamentos extruídos. El flujo de agua a través de la cámara de corte definida por la caja de agua también transporta una lechada de agua y gránulos cizallados a través de la salida de la caja de agua hasta un escurridor y/o un secador de gránulos. Las citadas granuladoras bajo agua están descritas en las Patentes Estadounidenses relacionadas entre las que se incluyen las Patentes Estadounidenses Nº 4.123.207, 4.251.198, 4.621.996, 4.728.276 y 5.059.103, todas ellas en posesión del cesionario de esta invención. Las Patentes Estadounidenses adicionales que están relacionadas con granuladoras son las siguientes:
3.207.818 4.245.972 4.978.289
3.341.892 4.300.877 5.215.763
3.353.213 4.846.644
3.862.285 4.943.218
La Patente Estadounidense Nº 3.341.892 ilustra unos conjuntos de cubo cortador que dirigen un flujo de agua hacia el área de corte de la placa de matriz. Sin embargo, el agua entra a través del eje de la granuladora y es dirigida a través del cubo cortador, con el agua sirviendo de ayuda a la granulación. El agua no está a presión en la cámara de corte y se depende de la gravedad para introducir realmente los gránulos en una corriente de agua para transportar los gránulos hasta la porción inferior de la cámara de corte por donde salen los gránulos. Esta patente también ilustra un conjunto de boquilla de pulverización de estilo flauta que introduce una pulverización de agua dirigida a las cuchillas de corte cuyo propósito es ayudar a lo que se llama granulación por placa de matriz "de cara caliente".
La Patente Estadounidense Nº 3.862.285 ilustra un sistema de refrigeración para la producción de láminas de plástico que incorpora un diseño de guía de flujo. La Patente Estadounidense Nº 4.245.972 ilustra el uso de un control de flujo que está diseñado realmente para mantener el agua alejada de los gránulos cortados hasta que la fuerza centrífuga y la gravedad transporten los gránulos hasta un anillo de agua formado dentro del cuenco (formado en 14 y 10 de la patente).
La Patente Estadounidense Nº 4.300.877 usa el cubo cortador como un componente integral del control de flujo que podría resultar en una contaminación del plástico y provocar tediosas situaciones de limpieza para el personal operativo. La Patente Estadounidense Nº 4. 846.644 ilustra lo que se denomina "refrigerante" de alta velocidad y es esencialmente una granuladora de anillo de agua en cierto modo similar a la estructura descrita en la Patente Estadounidense Nº 4.300.877 y que no usa agua para encapsular/transportar los gránulos a medida que son cortados.
La Patente Estadounidense Nº 3.207.818 ilustra un procedimiento de corte en el cual la densidad del polímero juega un papel importante en el funcionamiento. La "cámara" no tiene dispositivos específicos para el guiado del flujo de agua (o medio de proceso). La guía de flujo de esta invención opera independientemente de cualquier consideración sobre la densidad.
La Patente Estadounidense Nº 4.978.288 ilustra una granuladora de anillo de agua en la cual el agua está de nuevo aislada del proceso de granulación hasta mucho después de que se haya producido el corte y la Patente Estadounidense Nº 5.215.763 también ilustra una granuladora de anillo de agua.
Aunque las patentes anteriormente relacionadas describen diversas estructuras asociadas a las granuladoras bajo agua, la invención descrita en la presente solicitud utiliza el flujo controlado de agua no sólo para ayudar a cortar o cizallar los gránulos, sino también para enfriar y aislar los gránulos inmediatamente después de que se haya producido el corte. El tipo de granulación conocido por "cara caliente", según se muestra en la Patente Estadounidense Nº 3.341.892, usa una pulverización de asistencia y no es una granulación bajo agua según se utiliza en la presente invención. La granulación bajo agua según la presente invención utiliza el agua a presión para encapsular y aislar los gránulos y además usa el agua a presión para transportar los gránulos alejándolos del cubo cortador.
La granuladora bajo agua perfeccionada según la invención está definida por la combinación de características de la reivindicación 1. En las siguientes sub-reivindicaciones se definen realizaciones preferidas de la invención.
La guía de flujo de agua de la presente invención produce un flujo de agua a presión, guiado con precisión, para permitir la granulación bajo agua de polímeros de casi cualquier diámetro, incluso microgránulos, es decir, gránulos formados a partir de filamentos de polímero extruídos a través de unos orificios con un diámetro igual o inferior a 1,275 milímetros (0,050 pulgadas), así como polímeros con una amplia gama de características de densidad y reológicas. La guía de flujo dentro de la granuladora bajo agua depende de la presión y del flujo de agua en lugar de la gravedad, tal como se usa en las granuladoras de anillo de agua, y el agua a presión transporta realmente los gránulos desde el momento en que son cortados hasta que son introducidos en una estructura de secado.
La guía de flujo de agua de la presente invención está colocada dentro de la cámara de corte definida por la caja de agua de una granuladora bajo agua con objeto de guiar selectivamente el agua a presión que pasa a través de la caja de agua. Se ha descubierto que al guiar selectivamente el agua a presión en la cámara de corte, el agua puede enfriar más eficazmente los filamentos de polímero extruídos para refrigerar y rigidizar los filamentos, permitiendo así que las cuchillas de corte corten o cizallen más eficaz y limpiamente los filamentos extruídos para formar gránulos. Guiando selectivamente el agua a presión con la guía de flujo de agua de esta invención es posible también aumentar la eficacia del flujo de agua a presión a través de la caja de agua para transportar los gránulos cizallados desde la cámara de corte hasta la salida de la caja de agua y después hasta un escurridor de gránulos y/o un secador de gránulos.
Adicionalmente, la guía de flujo de esta invención permite organizar el flujo de agua a presión hacia y alrededor de la cortadora, dentro de la cámara de corte. Esto conduce a una reducción, o incluso a la eliminación de la cavitación que se produce cuando el agua no puede alcanzar el área central del cubo cortador y de la placa de matriz, reduciendo o eliminando así los racimos o aglomerados de gránulos que se forman en la cámara de corte, especialmente cuando se fabrican microgránulos. Al reducir o eliminar los racimos o aglomerados de gránulos, se reducen significativamente las costosas paradas de los equipos, las necesidades de operarios y el tiempo para limpiar y volver a arrancar. Adicionalmente se reduce el gasto de materiales de polímero, todo lo cual aumenta la productividad de la granuladora. Además, si se producen aglomeraciones y taponamientos en la cámara de corte, el aglomerado o el taponamiento del interior de la cámara de corte son más fáciles de limpiar y retirar por el operario porque ya no existe una gran cámara de corte abierta que haya que llenar con un polímero fundido pero solidificándose. Adicionalmente, la reducción de la cavitación permite a la granuladora producir gránulos de buena calidad, bien cizallados, a mayores velocidades y/o con más cuchillas de corte, permitiendo así alcanzar mayores ritmos de producción, en libras por hora o kilogramos por hora, lo cual resulta en una mayor capacidad para una granuladora del mismo tamaño.
Adicionalmente, se considera que la guía de flujo de la presente invención permite a la granuladora funcionar con menos carga, y por ello con menos amperios absorbidos por el motor, lo cual, a su vez, permite a la granuladora funcionar más eficientemente con menos necesidades de energía. Además, al utilizar el agua más eficientemente con la guía de flujo de la presente invención, se requiere menos flujo de agua para la granuladora. Un menor flujo de agua significa bombas más pequeñas y/o menos consumo de energía en las bombas.
La guía de flujo de agua de esta invención está orientada en la cámara de corte, entre la entrada de agua y la salida de lechada de agua y gránulos de la caja de agua, que están dispuestas típicamente con una relación diametralmente opuesta, tal como una entrada de agua en el fondo de la cámara de corte y la salida de la lechada de agua y gránulos en lo alto. La guía de flujo de agua dirige eficazmente el agua de refrigeración a presión hacia la cara de la matriz y los filamentos de polímero que están siendo extruídos por la cara de la matriz. Dirigiendo el flujo de agua hacia la cara de la matriz, se ha descubierto que el agua enfría y rigidiza más eficientemente los filamentos de polímero con objeto de que las cuchillas rotativas de corte puedan cizallar los filamentos de polímero extruídos con un corte diametralmente recto. Además, la eficaz dirección del flujo de agua a presión asociado con la cara de la matriz arrastrará más eficazmente en el flujo de agua los gránulos cizallados, transportando así más eficientemente la lechada de agua y gránulos hasta la salida de la caja de agua, lo cual permite introducir la lechada en un escurridor de gránulos o un secador de gránulos.
La guía de flujo de agua está montada estacionariamente dentro de la cámara de corte, preferiblemente en el frente de la granuladora. La guía de flujo tiene la forma de un elemento tubular cilíndrico sujeto a la granuladora con una relación generalmente concéntrica al eje rotativo de la granuladora, preferiblemente con el cuerpo de la guía llenando la mayor parte del volumen de la cámara de corte. El extremo libre del elemento tubular de la guía termina preferiblemente junto al cubo cortador rotativo y las cuchillas de corte montadas en el mismo.
En una primera realización de la invención, la guía de flujo de agua es un elemento tubular generalmente cilíndrico con la superficie externa del mismo dispuesta adyacente a la superficie interna generalmente cilíndrica de la caja de agua, preferiblemente con un huelgo muy pequeño entre ambas. El elemento tubular incluye un orificio axial generalmente cilíndrico que está situado por encima y rodeando al eje del cubo rotativo de corte, formando un espacio anular entre ambos. La superficie exterior cilíndrica de la guía de flujo de agua incluye unos rebajes extendidos axialmente y diametralmente opuestos, con un rebaje alineado con la entrada de agua y el otro rebaje alineado con la salida de lechada de la caja de agua. Un extremo de cada uno de los rebajes axiales está separado de los extremos de la superficie cilíndrica y coincide con la entrada de agua y la salida de lechada, respectivamente. El otro extremo de cada uno de los rebajes axiales se abre a un extremo libre de la guía de flujo de agua que termina junto al cubo cortador y las cuchillas cortadoras.
Por lo tanto, el flujo de agua es dirigido axialmente desde la entrada de agua hacia la cara de la matriz, y el flujo de agua y gránulos es dirigido axialmente desde la cara de la matriz y el cubo cortador hacia la salida de la lechada. El agua fluye desde el rebaje axial coincidiendo con la entrada de agua a través de la cara de la matriz para conseguir un contacto de intercambio térmico más efectivo con los filamentos de polímero que son extruídos por la cara de la matriz para enfriar y rigidizar más eficientemente los filamentos de polímero extraídos, lo cual permite a los filamentos extruídos ser cizallados más eficazmente en gránulos por las cuchillas cortadoras. El agua y los gránulos cizallados son descargados después a lo largo del rebaje axial coincidente con la salida de la caja de agua como una lechada de gránulos y agua. La lechada entra por el extremo abierto del rebaje axial coincidente con la salida y se desplaza axialmente por el rebaje y por la superficie exterior de la guía de flujo de agua, saliendo después a través de la salida de la caja de agua.
En una segunda realización de la invención, la guía de flujo de agua también comprende un elemento tubular generalmente cilíndrico con una pared exterior dimensionada, de nuevo preferiblemente, para que sea sólo ligeramente menor que la pared interna de la caja de agua para proporcionar un huelgo muy pequeño entre las superficies adyacentes. Sin embargo, el elemento tubular de esta realización tiene una abertura radial que forma una extensión radial tubular de la entrada de agua a presión que termina en el espacio anular interno definido por el orificio axial cilíndrico separado concéntricamente del eje cortador de la granuladora. Un extremo abierto del orificio axial cilíndrico termina con una relación separada, pero adyacente, con respecto al cubo cortador y las cuchillas cortadoras para permitir que el agua a presión entrante sea descargada por el extremo abierto del orificio cilíndrico hacia el cubo cortador, las cuchillas cortadoras y la cara de la matriz. El flujo de agua a presión en el espacio anular comprendido entre el eje y la pared interior cilíndrica del orificio axial barre los gránulos de este área para mantenerla libre de gránulos y puede servir para prolongar la esperanza de vida de los retenes del eje de la granuladora. Esta realización de la guía de flujo de agua también incluye una superficie cilíndrica externa que tiene un rebaje axial alineado con la salida de la caja de agua similar al correspondiente rebaje de la primera realización. Un extremo del rebaje axial coincide con la salida. El rebaje extendido axialmente incluye un extremo abierto que termina junto al cubo cortador para proporcionar un paso de flujo para la lechada de agua y gránulos descargada de la granuladora.
En una tercera realización de la invención, la guía de flujo de agua incluye de nuevo el elemento cilíndrico generalmente tubular según se ha descrito en las realizaciones primera y segunda. El elemento cilíndrico tiene también un par de rebajes diametralmente opuestos alineados y coincidentes con la entrada y la salida de agua a presión de la caja de agua de un modo similar a los rebajes descritos en la primera realización. Sin embargo, en esta realización, el extremo libre de la guía de flujo de agua está inclinado o biselado de manera que la porción inferior del lado derecho del extremo libre de la guía de flujo de agua está menos separado de la cara de la matriz que la porción superior del lado derecho. El lado izquierdo del extremo libre está inclinado en oposición. Por lo tanto, el agua que penetra en la caja de agua y pasa a través del rebaje axial hacia la cara de la matriz encuentra menos resistencia al flujo cuando penetra en un área volumétrica mayor entre la porción inferior del extremo libre de la guía de flujo de agua y la cara de la matriz. La inclinación o bisel y la rotación antihoraria del cubo cortador y de los cortadores a una velocidad de rotación relativamente elevada proporcionan menor resistencia al flujo de agua hacia el lado izquierdo de la guía de flujo de agua antes de llegar al área en la cual el cubo cortador y las cuchillas cortadoras están girando, evitando así la tendencia a que la mayor parte del flujo de agua se produzca a través de una mitad de la guía de flujo de agua y del cubo cortador y de las cuchillas cortadoras. El lado derecho de la guía de flujo de agua es más restrictivo al flujo de agua inmediatamente después de que pase a través del área de entrada del agua. Mientras el cubo cortador rotativo y las cuchillas cortadoras están girando y cortando gránulos de plástico, la masa total del flujo consistente en agua y gránulos va aumentando. El área de flujo libre adicional en la guía de flujo de agua acomoda los gránulos que van añadiéndose a la corriente de flujo de agua a medida que son cizallados de los filamentos de polímero en la cara de la matriz.
En una cuarta realización de la invención, la guía de flujo de agua incluye un elemento cilíndrico tubular construido según la tercera realización con la adición de un orificio radialmente extendido que se extiende recto hacia dentro desde la superficie interna del rebaje axial en coincidencia con la entrada de agua a presión. El extremo interior del agujero radial termina en la superficie del orificio axial del elemento tubular que está separado concéntricamente alrededor del eje cortador. Esto permite que una porción del agua a presión fluya alrededor del eje cortador con el fin de limpiar el área que rodea al eje cortador. Este flujo circular alrededor del eje cortador elimina todos los gránulos cortados que puedan tener tendencia a acumularse en ese área. El mantenimiento del área que rodea al eje cortador libre de gránulos puede prolongar la vida de los retenes del eje cortador.
En cada realización de la invención, el flujo de entrada del agua a presión es dirigido axialmente hacia la cara de la matriz, el cubo cortador y las cuchillas cortadoras para conseguir un contacto de intercambio térmico más efectivo entre el agua de refrigeración y los filamentos de polímero extruídos por la cara de la matriz para refrigerar y rigidizar los filamentos de polímero para obtener un cizallamiento más eficiente de los filamentos de polímero por las cuchillas de corte. Además, la lechada de agua y polímero plástico es desplazada más eficazmente desde el cubo cortador rotativo y las cuchillas cortadoras y descargada axialmente hacia la salida de la caja de agua.
En consecuencia, es un objetivo de la presente invención proporcionar una guía de flujo de agua colocada en la cámara de corte de una granuladora bajo agua para guiar el flujo de agua a presión desde una entrada de agua, axialmente hacia la cara de la matriz, para obtener un contacto de intercambio térmico más efectivo con los filamentos de polímero extruídos a través de la placa de la matriz, con el fin de que las cuchillas cortadoras rotativas cizallen más eficazmente en gránulos los filamentos de polímero. A continuación el flujo de lechada a presión de gránulos y agua es dirigido radialmente y axialmente desde la cara de la matriz hacia una salida de lechada de agua y gránulos para la subsiguiente separación de los gránulos y el agua y el secado de los gránulos. El flujo de agua a presión guiado selectivamente ayuda a enfriar los filamentos de polímero, a cizallar los filamentos en gránulos y a transportar los gránulos después del cizallado.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una guía de flujo de agua asociada al interior de una cámara de corte de una granuladora bajo agua para establecer un camino de flujo axial para el agua entrante desde una entrada lateral o radial del flujo para dirigir el agua hacia el cubo cortador, las cuchillas cortadoras y la cara de la matriz para provocar más eficientemente un contacto de intercambio térmico con el polímero extruído para refrigerar el rigidizar los filamentos de polímero extruídos por la cara de la matriz para cizallar de modo mas efectivo los filamentos en gránulos, con la guía de flujo estableciendo además un camino de flujo axial para la descarga de una lechada de agua a presión y gránulos hacia una salida radial o lateral de descarga de una caja de agua de una granuladora bajo agua.
Un objetivo adicional de la presente invención es proporcionar una guía de flujo de agua ubicada estacionariamente en la cámara de corte de una granuladora bajo agua en la cual la guía de flujo con el elemento tubular define unos pasos para la circulación del agua a presión entrante hacia y alrededor de la cara de la matriz, el cubo cortador y las cuchillas cortadoras para procurar un contacto eficiente de intercambio térmico con los filamentos de polímero según son extruídos y cizallados en la cara de la matriz y después apartándose axialmente de la cara de la matriz hasta una descarga para descargar más eficientemente la lechada de agua y gránulos cizallados.
Otro objetivo de la presente invención es proporcionar una guía de flujo de agua según los objetivos precedentes en la cual la guía de flujo de agua comprende un elemento generalmente tubular que incluye en la superficie externa del mismo unos rebajes axiales diametralmente opuestos que se extienden desde un extremo del elemento tubular adyacentes al cubo cortador y a las cuchillas cortadoras axialmente hasta un punto alineado con la entrada de agua y la salida de lechada de la cámara de corte.
Otro objetivo adicional de la presente invención es proporcionar una guía de flujo de agua en la cual el elemento tubular incluye un orificio axial que tiene una superficie interna separada del eje que soporta de manera motriz el cubo cortador y las cuchillas cortadoras, incluyendo el elemento tubular una extensión de entrada que comunica la entrada de agua a presión de la cámara de corte con la superficie interna del elemento tubular de manera que el agua de entrada pueda fluir axialmente alrededor del eje motriz hacia el cubo cortador y la cara de la matriz para mantener libre de gránulos el espacio comprendido entre la superficie interna de la guía y el eje.
Otro objetivo más de la presente invención es proporcionar una guía de flujo de agua asociada con la caja de agua, la cámara de corte, el cubo de corte y las cuchillas de corte para definir un camino de flujo de agua orientado a través de la cara de la matriz para un uso más eficiente del agua en la refrigeración y la rigidización de los filamentos de polímero extruídos desde la cara de la matriz y un uso más eficiente del agua al arrastrar y transportar los gránulos cizallados de los filamentos hasta la salida de la cámara de corte.
Un objetivo más de esta invención, para ser nombrado específicamente en este documento, es proporcionar una guía de flujo de agua según los objetivos precedentes y que se adapte a las formas convencionales de fabricación, sea de construcción sencilla y fácil de usar con el fin de proporcionar un dispositivo que sea económicamente factible, duradero y de funcionamiento relativamente libre de problemas.
Estos objetivos, junto con otros objetivos y ventajas que se harán aparentes a continuación, residen en los detalles de construcción y funcionamiento según se describirá a continuación con mayor detalle y se reivindicará, haciéndose referencia a los dibujos adjuntos que forman parte del mismo, en los cuales los mismos números se refieren a las mismas piezas en todos ellos.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 es una vista en sección longitudinal y vertical de una granuladora bajo agua que tiene una realización de una guía de flujo de agua según la presente invención ubicada en la misma e ilustrando el camino del flujo de agua a través de la cámara de corte.
La Figura 2 es una vista en sección transversal y vertical tomada por la línea 2-2 de la Figura 1 ilustrando la asociación de la guía de flujo de agua con la caja de agua, el eje motriz de la granuladora, el cubo cortador, la entrada de agua y la salida de agua y lechada.
La Figura 3 es una vista en perspectiva de la guía de flujo de agua que se muestra en las Figuras 1 y 2 vista por el extremo adyacente a la placa de la matriz, el cubo cortador y las cuchillas cortadoras.
La Figura 4 es una vista en sección longitudinal y vertical de una granuladora bajo agua que tiene una segunda realización de una guía de flujo de agua según la presente invención ubicada en la misma e ilustrando el camino del flujo de agua a través de la cámara de corte.
La Figura 5 es una vista en sección transversal y vertical tomada por la línea 5-5 de la Figura 4 ilustrando la asociación de la guía de flujo de agua con la caja de agua, el eje motriz de la granuladora, el cubo cortador, la entrada de agua y la salida de agua y lechada.
La Figura 6 es una vista en perspectiva de la guía de flujo de agua que se muestra en las Figuras 4 y 5 mirando hacia el extremo adyacente a la placa de la matriz, el cubo cortador y las cuchillas cortadoras.
La Figura 7 es una vista en alzado del extremo de la guía de flujo de agua que se muestra en las Figuras 4-6 mirando hacia el extremo adyacente a la placa de la matriz, el cubo cortador y las cuchillas cortadoras.
La Figura 8 es una vista de la guía de flujo de agua que se ilustra en la Figura 7 en sección vertical tomada por la línea 8-8 de la Figura 7.
La Figura 9 es una vista en alzado del extremo de una tercera realización de una guía de flujo de agua según la presente invención mirando hacia el extremo adyacente a la placa de la matriz, el cubo cortador y las cuchillas cortadoras.
La Figura 10 es una vista de la realización de la invención ilustrada en la Figura 9 en sección vertical tomada por la línea 10-10 de la Figura 9.
La Figura 11 es una vista en alzado del extremo de una cuarta realización de una guía de flujo de agua según la presente invención mirando hacia el extremo adyacente a la placa de la matriz, el cubo cortador y las cuchillas cortadoras.
La Figura 12 es una vista de la realización de la invención ilustrada en la Figura 11 en sección vertical tomada por la línea 12-12 de la Figura 11.
Descripción de las realizaciones preferidas
Aunque se explican con detalle cuatro realizaciones preferidas de la invención, debe entenderse que la invención no está limitada en su alcance a los detalles de construcción y disposición de componentes de estas realizaciones especificas. La invención es capaz de otras realizaciones y de ser puesta en práctica o ejecutada de diversas maneras. Además, al describir las realizaciones preferidas, se recurrirá a una terminología específica por razones de claridad.
Las Figuras 1-3 ilustran una guía de flujo de agua designada generalmente por el número de referencia 10 asociada con una granuladora bajo agua designada generalmente por el número de referencia 12 tal como la descrita en la Patente Estadounidense Nº 5.059.103. La granuladora bajo agua 12 está ilustrada esquemáticamente e incluye una placa 14 de matriz que tiene una pluralidad de orificios 16 de matriz en la misma a través de los cuales se extruye un polímero fundido en filamentos que pasan a través de una cara 18 de la matriz situada sobre la superficie interior de la placa 14 de matriz. La placa 14 de matriz está conectada a una caja de agua de la granuladora designada generalmente por el número de referencia 20 que incluye una cámara de corte 22 e incluye también una entrada 24 de agua a presión y una salida 26, diametralmente opuesta, para la descarga de una lechada a presión de agua y gránulos desde la cámara de corte 22 para su transporte desde la caja 20 de agua hasta un escurridor de gránulos y/o un secador de gránulos (no representados). La granuladora 12 incluye un motor 28 con un eje 30 de salida conectado de manera motriz a un eje 32 del cubo cortador sobre el cual está montado un cubo cortador 34. El cubo cortador 34 incluye una pluralidad de brazos soporte 36 extendidos radialmente que soportan unas cuchillas cortadoras 37 recambiables que coactúan con la cara 18 de matriz para cizallar en gránulos los filamentos de polímero extruídos. Excepto por la guía 10 de flujo de agua de la presente invención, la estructura de la granuladora bajo agua puede corresponderse generalmente con la descrita en la Patente Estadounidense Nº 5.059.103 o con cualquier otra configuración y diseño conocidos.
Una granuladora bajo agua, tal como la ilustrada en la Patente Estadounidense Nº 5.059.103, utiliza agua para refrigerar y rigidizar los filamentos de polímero según son descargados desde la cara de matriz, estando determinado el tamaño de los gránulos cizallados de los filamentos de polímero extruídos por la separación de las cuchillas cortadoras y la velocidad rotacional del cubo cortador. El agua que penetra fluyendo a través de la entrada de agua no sólo refrigera y rigidiza los filamentos de polímero, sino que además transporta los gránulos cizallados como una lechada procedente de la cámara de corte que penetra en la salida.
Según se muestra mediante las flechas 51 y 53 en la Figura 1, la guía 10 de flujo de agua de la presente invención guía el agua entrante desde la entrada 24 hacia la placa 14 de matriz, de manera que se desplace a lo largo de la superficie de la cara 18 de matriz y por encima y alrededor del cubo cortador 34 rotativo y de las cuchillas cortadoras 37. Dirigiendo selectivamente este flujo de agua, los filamentos de polímero extruídos pueden ser remojados más eficientemente, refrigerando y rigidizando así con mayor efectividad los filamentos de polímero. La mejor refrigeración y rigidización permite a las cuchillas cortadoras 37 rotativas cizallar con mayor efectividad los filamentos extruídos para formar los gránulos haciendo un corte diametral sustancialmente recto a través de los filamentos de polímero. Además, la guía 10 de flujo de agua proporciona un arrastre más efectivo de los gránulos en el agua y un transporte más efectivo de la lechada de agua y gránulos a través del camino de flujo para su descarga desde la caja 20 de agua a través de la salida 26 para el subsiguiente escurrido y secado.
La guía de flujo de agua ilustrada en las Figuras 1-3 de esta invención incluye un elemento tubular 38 generalmente cilíndrico que tiene una superficie exterior 40 y un orificio axial cilíndrico, o cámara 42, que es sustancialmente concéntrico con el eje motriz 32 y lo rodea estrechamente según se ilustra en la Figura 1, formando así un espacio anular 43. El elemento tubular cilíndrico 38 incluye en un extremo del mismo un rebaje periférico 44 que se adapta y se ajusta a una proyección cilíndrica 46 que forma parte de la granuladora. El extremo opuesto 48 o extremo libre del elemento cilíndrico 38 es plano, con un borde 56 inclinado o biselado alrededor de su periferia. El extremo libre 48 termina junto a las cuchillas cortadoras 37 situadas sobre el cubo cortador 34. Una pluralidad de tornillos pasantes 50, extendidos longitudinalmente, están embutidos en la superficie plana 48 del elemento tubular 38 y se extienden a través del mismo y se enroscan en la proyección 46 de la estructura de la granuladora. De este modo, el elemento cilíndrico tubular 38 está sujeto rígidamente a la granuladora y está orientado con una relación concéntrica respecto al eje 32 del cubo cortador, con la superficie externa 40 adyacente a la superficie interior de la cámara de corte 22.
La superficie externa 40 del elemento cilíndrico 38 incluye unas ranuras, o rebajes 52, extendidas longitudinalmente y diametralmente opuestas que están arqueadas en configuración transversal. Las ranuras, o rebajes 52, están respectivamente alineadas con la entrada 24 de agua y la salida 26 de lechada diametralmente opuestas. El extremo interior de cada rebaje 52 está preferiblemente curvado a manera de arco en 54, de tal modo que el borde exterior del extremo interior curvado hacia arriba coincide con la superficie interior del respectivo borde alineado de la entrada 24 de agua y de la salida 26 de lechada. El extremo exterior de cada rebaje termina en el extremo exterior libre 48 y la superficie 56 del borde biselado que está encarada hacia el camino rotacional de las cuchillas cortadoras 37, según se ilustra en las Figuras 1 y 3.
Preferiblemente, la superficie externa 40 de la guía está estrechamente adyacente o en contacto con la superficie interna de la cámara de corte 22, y la superficie plana 48 está estrechamente adyacente al cubo cortador 34 y las cuchillas cortadoras 37 con un huelgo suficiente para no interferir con su rotación. Así pues, excepto por los caminos de flujo de agua designados selectivamente y definidos por los rebajes 52 y el espacio alrededor de la placa 18 de matriz, el cubo cortador 34 y las cuchillas cortadoras 37, la guía 10 llena preferiblemente la totalidad de la cámara de corte 22. Según se ilustra en la Figura 2, la relación de ajuste estrecho de la guía 10 de flujo de agua respecto a la caja de agua 20 y la cámara de corte 22 asegura que el agua a presión entrante se pondrá en contacto con el rebaje axial 52 alineado con la entrada 24 de agua, provocando que el agua se desplace axialmente hacia la cara 18 de matriz, el cubo cortador 34, los brazos 36 del cubo cortador y las cuchillas cortadoras 37 y después transversalmente a través de la cara 18 de la matriz y alrededor del conjunto de cubo cortador. Esta dirección selectiva del agua resulta así en un contacto más efectivo de intercambio térmico con los filamentos de polímero extruídos a través de la cara 18 de matriz, según se ilustra por las flechas 51 y 53 en la Figura 1. El agua que pasa por encima de la cara 18 de la matriz y por encima del cubo cortador 34 no sólo refrigerará y rigidizará con mayor efectividad los filamentos de polímero para cizallar con mayor efectividad y eficiencia los filamentos en gránulos, sino que además arrastrará más eficientemente los gránulos en el flujo de agua para transportar con mayor efectividad los gránulos en la lechada de agua para su descarga a través del rebaje axial 52 alineado con la salida 26.
Según se describió anteriormente, el uso de la guía 10 de flujo de agua de la presente invención reduce sustancialmente la cavitación del agua en la cámara de corte 22 que se produce en las granuladoras bajo agua debido al movimiento rotacional del cubo cortador, los brazos y las cuchillas cortadoras que tienden a crear un vacío en el centro de rotación. Este vacío central puede considerarse una burbuja de vacío y el tamaño de la burbuja de vacío variará dependiendo de la velocidad del cubo cortador, el número de cuchillas y el tamaño de las cuchillas, y la presión de agua en el interior de la caja de agua. La cavitación o una burbuja de vacío pueden provocar apreciables problemas de corte, especialmente cuando se cizallan productos de polímeros que sean difíciles de cizallar o aquellos que se consideran pegajosos o de viscosidad muy baja. Así pues, la reducción de la cavitación proporciona gránulos de alta calidad, bien cizallados, a velocidades más elevadas y con más cuchillas de corte, aumentando así la capacidad de producción, y proporciona la capacidad de producir gránulos de menor tamaño.
Adicionalmente, el uso de la guía 10 de flujo de agua reduce o elimina los racimos y aglomerados que tienden a formarse en la cámara de corte, especialmente cuando se fabrican microgránulos, es decir iguales o inferiores a 1,275 milímetros (0,050 pulgadas). Cuando se producen racimos o aglomerados, es preciso parar la granuladora para su limpieza y luego arrancarla de nuevo, lo cual resulta en una inmovilización sustancial del equipo, pérdida de tiempo del operario y pérdida de materiales de polímeros, así como una disminución de la productividad. Incluso si se produce una aglomeración, o un taponamiento de la cámara de corte, la guía 10 permite que el material aglomerado o taponado sea limpiado o eliminado más fácilmente de la cámara de corte por el operador ya que ahora no existe una cámara de corte grande y abierta que se llene de polímero fundido pero solidificándose.
El uso de la guía 10 de flujo de agua permite además a la granuladora bajo agua funcionar con menor carga en el motor, requiriendo el uso de menos energía. Además, al aumentar la eficiencia del flujo de agua a presión, la guía de flujo de agua permite un menor flujo de agua en la granuladora lo cual redunda en bombas más pequeñas y menor consumo de energía en las bombas.
Las Figuras 4-8 ilustran una segunda realización de la guía de flujo de agua de la presente invención asociada a la granuladora bajo agua de una manera similar a la ilustrada en las Figuras 1-3. En esta realización, la guía de flujo designada generalmente por el número de referencia 60 comprende un elemento tubular cilíndrico 62 que tiene un rebaje externo axial 64, que es el mismo y funciona del mismo modo que el rebaje 52 de las Figuras 1-3 y está alineado con la salida 66 para la descarga de la lechada de agua y gránulos. Sin embargo, en esta realización de la invención, la superficie exterior del elemento cilíndrico 62 alineado con la entrada 68 de agua incluye un conducto radial 70, que forma generalmente una continuación o extensión de la entrada 68 de agua y que comunica con una superficie interior cilíndrica 72 del elemento cilíndrico tubular 62. La superficie interior 72 es generalmente concéntrica con el eje 74 de la granuladora y rodea al mismo. La superficie interior cilíndrica 72 está preferiblemente separada de la superficie exterior del eje motriz 74 por una distancia mayor que en la primera realización, según se ilustra en la Figura 4, formando así un espacio anular 75 que define un camino de flujo de agua generalmente anular entre la superficie interior 72 y el eje 74. Este espacio y camino de flujo anular permite al agua a presión entrante moverse en un camino circular o en espiral, indicado por el número de referencia 77, alrededor del eje motriz 74 y axialmente al eje motriz para descargarse a través del extremo abierto del elemento cilíndrico tubular 62 hacia la cara 76 de la placa 78 de la matriz y hacia, sobre y alrededor del conjunto de cubo y cuchillas cortadoras generalmente designado por el número de referencia 80.
El borde del extremo libre del elemento cilíndrico 62 adyacente al conjunto 80 de cubo y cuchillas cortadoras y periféricamente a la superficie interior 72 es plano, con una superficie 84 inclinada o biselada de configuración similar al borde extremo de la primera realización ilustrada en las Figuras 1-3, y guía el camino de flujo 75 hacia el exterior del elemento tubular 62 y hacia abajo a lo largo de las superficies 82 y 84 para lograr un contacto más efectivo con toda el área de la superficie de la cara 76 de la matriz. El camino de flujo del agua en esta realización de la invención está también ilustrado por las flechas de la Figura 4, con el agua moviéndose en un camino circular y en un camino axial hacia la cara 76 de la matriz para lograr un contacto más efectivo de intercambio térmico con los filamentos de polímero, que están siendo extruídos desde la cara 76 de la matriz, para refrigerar y rigidizar los filamentos de polímero para lograr un cizallado en gránulos más efectivo y un arrastre más efectivo de los gránulos con el agua para permitir la descarga de una lechada de agua y gránulos de plástico desde el conjunto 80 de cubo y cuchillas cortadores hasta la salida 66 y luego hasta un escurridor y/o un secador de gránulos.
Esta realización de la guía de flujo de agua mantiene limpia el área del eje, lo cual puede proteger al eje y reducir o eliminar la acumulación de gránulos o finos alrededor del eje 74, reduciendo así los fallos de los retenes (los retenes están designados generalmente por el número de referencia 79). El lavado del espacio anular 75 evita además la acumulación de gránulos o finos en aquellos componentes de la estructura de empuje por muelle, generalmente designada por el número de referencia 81, incorporados en el eje motriz del cubo cortador que pueden reducir la efectividad del diseño del muelle y requerir frecuente mantenimiento y limpieza.
Las Figuras 9 y 10 ilustran una tercera realización de la guía de flujo de agua de la presente invención designada generalmente por el número de referencia 90. La guía 90 de flujo comprende un elemento tubular 92 que tiene un orificio axial interno 94, un rebaje axial externo 96 para alinear con una entrada de agua a presión y un rebaje axial 98 diametralmente opuesto para alinear con una salida de lechada de agua y gránulos. Esta realización de la invención está orientada en la misma posición dentro de la caja de agua que las realizaciones primera y segunda ilustradas en las Figuras 1 y 4.
El extremo libre de la guía 90 de flujo de agua está biselado o inclinado en 100, de manera que la distancia entre la porción inferior de la guía 90 de flujo de agua y la cara de matriz es mayor que la distancia entre la porción superior del extremo libre 100 de la guía 90 de flujo y la cara de matriz. Así pues, el agua que penetra en la caja de agua y pasa a través del rebaje axial 96 hacia una cara de matriz encuentra menos resistencia al flujo que si entra en una mayor área volumétrica entre la porción inferior del extremo libre de la guía 90 de flujo de agua y la cara de matriz. Según se ilustra en la Figura 9, las flechas 91 sobre la guía 90 de flujo indican la dirección de rotación antihoraria del cubo cortador y las cuchillas cortadoras a una velocidad de rotación relativamente elevada. El extremo inclinado 100 proporciona menor resistencia al flujo de agua hacia el lado izquierdo de la guía de flujo de agua antes de que llegue al área en la cual el cubo cortador y las cuchillas cortadoras están girando, evitando así la tendencia a que la mayor parte del flujo de agua se produzca a través de una mitad de la guía de flujo de agua y el cubo cortador y las cuchillas cortadoras. El lado derecho de la guía de flujo de agua es más restrictivo al flujo de agua según avanza a través del área de entrada de agua. Adicionalmente, un relieve 102 inclinado y ahusado está situado en el extremo inclinado 100 de la guía de flujo de agua en direcciones angulares opuestas sobre el extremo libre de la guía de flujo de agua. A medida que el cubo cortador rotativo y las cuchillas cortadoras giran y cortan gránulos de plástico, aumenta la masa total del flujo consistente en el agua y los gránulos. El área de flujo libre adicional en el lado derecho de la guía de flujo de agua acomoda los gránulos que van añadiéndose a la corriente de flujo de agua a medida que son cizallados de los filamentos de polímero en la cara de matriz.
Las Figuras 11 y 12 ilustran una cuarta realización de la guía de flujo de agua designada generalmente por el número de referencia 110 y que incluye un elemento tubular 114 construido de la misma manera que la tercera realización ilustrada en las Figuras 9 y 10, excepto que el elemento tubular 114 incluye un agujero radial 116 que comunica el orificio axial 118 de la guía de flujo de agua con el rebaje axial 120 alineado con la entrada de agua a presión. El agujero radial 116 permite que entre algo de flujo de agua en el orificio axial 118 en el espacio anular entre el orificio y el eje motriz para lavar los gránulos, finos o similares del área externa del eje protegiendo así los retenes del eje y prolongando su vida. La inclinación del extremo libre 122 y la inclinación ahusada hacia abajo del borde del extremo libre del elemento tubular 114 está designado por el número de referencia 124 y es igual al ilustrado en las Figuras 9 y 10. El rebaje axial 126 en la porción superior del elemento tubular 114 está alineado con la salida de la caja de agua para la lechada de agua y gránulos de la misma manera que en las
\hbox{otras realizaciones de la guía
de flujo de agua.}
Un experto en la técnica reconocerá fácilmente por lo anterior que la guía de flujo de agua de la presente invención puede fabricarse con cualquier material metálico adecuado que sea resistente al desgaste y resistente al agua, tal como aluminio, bronce y acero inoxidable. También se ha descubierto recientemente que ciertos materiales plásticos sólidos, tales como el nylon 66, también pueden usarse para la guía de flujo de agua de la presente invención. También se contempla que puedan usarse en el futuro materiales cerámicos y materiales en capas. Los materiales actualmente preferidos son el acero inoxidable y el nylon 66.
Se considera lo anterior únicamente ilustrativo de los principios de la invención.

Claims (16)

1. Una granuladora (12) bajo agua que comprende una placa (14) de matriz con unos orificios (16) de extrusión que terminan en una cara (18) de la matriz, un cubo (34) rotativo y accionado para cuchillas cortadoras soportado en relación opuesta a dicha cara (18), unas cuchillas cortadoras (37) montadas sobre dicho cubo (34) para cuchillas y que se mueven en un plano generalmente paralelo y estrechamente adyacente a dicha cara (18) de la matriz para cortar en gránulos unos filamentos de material extruídos a través de dichos orificios (16), una caja (20) de agua que encierra a dicha cara (18) de la matriz, al cubo (34) de las cuchillas cortadoras y a las cuchillas cortadoras (37), incluyendo dicha caja (20) de agua una entrada (24) para el flujo de agua que penetra en la caja (20) de agua y una salida (26) para la descarga de una lechada de agua y de gránulos arrastrados por el agua; caracterizada porque una guía (10) de flujo de agua, separada, está situada en dicha caja (20) de agua para dirigir el flujo de agua y gránulos a través de dicha caja (20) de agua.
2. La granuladora según se define en la reivindicación 1, en la cual dicha guía (10) de flujo de agua incluye un elemento (38) que tiene una superficie exterior (40), teniendo dicha superficie exterior (40) al menos un rebaje axial (52) que proporciona un camino de flujo axial.
3. La granuladora según se define en la reivindicación 1, en la cual dicha guía (10) de flujo de agua incluye un elemento tubular (38) que tiene una superficie externa (40) generalmente en relación concéntrica de ajuste estrecho con una superficie interior de la caja (20) de agua, incluyendo dicha superficie externa (40) de dicho elemento tubular (38) un rebaje axial alineado con la entrada (24) de la caja de agua y un rebaje axial (52) alineado con la salida (26) de la caja de agua, incluyendo cada uno de dichos rebajes (52) un extremo abierto adyacente a dicha cara (18) de matriz para guiar axialmente el agua entrante hacia la cara de matriz y guiar una lechada de gránulos y agua axialmente hacia la salida (26) de la caja de agua.
4. La granuladora según se define en la reivindicación 3, en la cual dichos rebajes (52) están orientados con una relación diametralmente opuesta y tienen la forma de una ranura axial paralela al eje de rotación del cubo (34) de las cuchillas cortadoras.
5. La granuladora según se define en la reivindicación 4, en la cual cada uno de dichos rebajes (52) incluye un extremo interior (54) curvado en forma de arco para cambiar en flujo axial el flujo radial de agua que penetra en la caja (20) de agua, y en flujo radial el flujo axial de una lechada de agua y gránulos.
6. La granuladora según se define en la reivindicación 1, en la cual el elemento tubular (114) incluye un agujero radial (116) que forma una continuación de la entrada (24) de agua y se comunica con un rebaje interno (118) del elemento tubular (114).
7. La granuladora según se define en la reivindicación 1, en la cual el extremo libre (122) del elemento tubular (92) incluye un área (124) ahusada en relieve, estando inclinada dicha área (124) en relieve desde el fondo del elemento tubular hacia lo alto del mismo.
8. Una granuladora (12) según se define en la reivindicación 1, en la cual dicha guía (10) de flujo de agua incluye un elemento tubular (38) adaptado para ser colocado en dicha caja (20) de agua y que tiene un extremo libre (48) adaptado para estar estrechamente separado de dicho cubo (34) de las cuchillas cortadoras y de dichas cuchillas (37), incluyendo dicho elemento tubular (38) al menos un conducto (52) para dirigir el agua que penetra a través de la entrada (24) de agua hacia la cara (18) de la matriz y el cubo (34) de las cuchillas cortadoras para hacer que el agua entrante enfríe y solidifique mas eficientemente los filamentos de material extruídos a través de los orificios
(16).
9. Una granuladora (12) según se define en la reivindicación 8, en la cual dicho elemento tubular (38) incluye un segundo conducto (52) para dirigir la descarga de agua y gránulos hacia la salida (26) para transportar mas eficientemente los gránulos formados alejándolos de dicha cara (18) de la matriz y dicho cubo (34) de las cuchillas
cortadoras.
10. Una granuladora (12) según se define en la reivindicación 8, en la cual dicho elemento tubular (38) incluye una superficie externa (40) adaptada para ser orientada estrechamente adyacente a una superficie interior de la caja (20) de agua, teniendo dicha superficie externa (40) al menos un rebaje axial (52) que proporciona un paso axial (52) para el flujo de agua.
11. Una granuladora (12) según se define en la reivindicación 8, en la cual dicho elemento tubular (38) incluye una superficie externa (40) adaptada para ser orientada generalmente con una relación concéntrica de ajuste estrecho con el interior de la caja de agua, incluyendo dicha superficie externa (40) de dicho elemento tubular (38) un rebaje axial adaptado para ser colocado en alineación con la entrada (24) de la caja de agua y un rebaje axial (52) adaptado para ser colocado en alineación con la salida (26) de la caja de agua, incluyendo cada uno de dichos rebajes un extremo abierto adaptado para ser colocado adyacente a dicha cara (18) de la matriz para guiar el agua entrante hacia la cara (18) de la matriz y para guiar una lechada de gránulos y agua hacia la salida (26) de la caja de agua.
12. Una granuladora (12) según se define en la reivindicación 8, en la cual dichos rebajes (52) están orientados con una relación diametralmente opuesta y cada uno tiene la forma de una ranura axial adaptada para ser orientada generalmente paralela al eje de rotación del cubo (34) de las cuchillas cortantes.
13. La granuladora según se define en la reivindicación 12, en la cual cada uno de dichos rebajes (52) incluye un extremo interior (54) curvado en forma de arco para cambiar en flujo axial el flujo radial de agua que penetra en la caja (20) de agua, y en flujo radial el flujo axial de una lechada de agua y gránulos.
14. La granuladora según se define en la reivindicación 12, en la cual cada uno de dichos rebajes (52) incluye una configuración transversal arqueada y unos bordes extremos biselados (56) adaptados para ser colocados adyacentes al cubo (34) de las cuchillas cortadoras.
15. La granuladora según se define en la reivindicación 11, en la cual dicho elemento tubular (62) incluye un paso radial (70) con una relación diametralmente opuesta a un rebaje axial (64) y adaptado para ser colocado en alineación con la entrada (68) de agua para transportar el agua al interior de la cámara (22) de corte, teniendo dicho elemento tubular (62) una superficie interior (72) adaptada para encerrar un eje motriz (74) para el cubo (80) de las cuchillas cortadoras con una relación de separación generalmente concéntrica para proporcionar un conducto (75) anular y longitudinal entre la superficie interior (72) del elemento tubular (62) y el eje motriz (74) para el movimiento del agua por un camino de flujo circular y axial hacia el cubo (34) de las cuchillas cortadoras y la cara (76) de la matriz.
16. La granuladora según se define en la reivindicación 15, en la cual una porción de borde extremo del elemento tubular (92) alineado con el camino de flujo radial incluye un rebaje radial (82) y una superficie inclinada (84) para dirigir el flujo de agua hacia la cara (76) de la matriz con el flujo de agua axial saliendo por una porción inferior del camino de flujo anular adaptada para fluir a través de la cara (76) de la matriz y alrededor del cubo (80) de las cuchillas cortadoras hacia el rebaje axial (64) en una porción opuesta de la superficie exterior del elemento tubular (62).
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