ES2298369T3 - Viscosimetro rotativo en linea y procedimiento de medicion asociado. - Google Patents
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Abstract
Viscosímetro que comprende un motor (2) para accionar un conjunto (3) en movimiento rotativo, extendiéndose dicho conjunto (3) por lo menos parcialmente en un líquido que se debe comprobar (1) a través de una abertura (4) de un tabique (5) para separar el líquido (1) del motor (2), caracterizado porque el viscosímetro comprende unos medios para crear una contrapresión (p2) en un lado (M) del tabique (5) correspondiente al motor para impedir que el líquido (1) se escape a través de la abertura (4), estando el nivel del líquido (1), en funcionamiento, por encima de la abertura (4).
Description
Viscosímetro rotativo en línea y procedimiento
de medición asociado.
La presente invención se refiere a un
viscosímetro que comprende un motor para accionar un conjunto en un
movimiento rotativo, extendiéndose dicho conjunto por lo menos
parcialmente en un líquido que se debe comprobar a través de una
abertura en un tabique que separa el líquido del motor.
Estos viscosímetros son conocidos en la técnica
anterior (véase por ejemplo el documento
US-A-5513517) y a menudo se
denominan viscosímetros rotativos porque o bien miden las fuerzas de
cizallamiento impartidas por el líquido sobre una parte del
conjunto rotativo en contacto con el líquido, habitualmente una
forma de rotor, o sobre otra parte en reacción a esta rotación,
reflejando dichas fuerzas de cizallamiento la viscosidad del
líquido.
En el caso de estar contenido el líquido que se
debe comprobar en un recipiente y el nivel del líquido puede
superar el nivel de la abertura o en el caso de fluir dicho líquido
a través de una tubería, dichos viscosímetros rotativos conocidos
comprenden a menudo retenes para impedir que el líquido se escape a
través de la abertura. Es bien sabido que los retenes constituyen
una fuente importante de inconvenientes, particularmente cuando
están en contacto con conjuntos provistos de un movimiento relativo
respecto de ellos o cuando el líquido posee fuertes propiedades
abrasivas. Además las fuerzas de fricción entre dichos retenes y el
conjunto rotativo ejercen una influencia negativa sobre la
exactitud de la medición de viscosidad al introducir un par
parasítico que varía con las condiciones operativas y el tiempo,
entre otros factores.
Se han dado a conocer unos medios para eliminar
este par parasítico, por ejemplo, por la casa Brookfield, una
sociedad americana. La Brookfield emplea dos árboles concéntricos,
un árbol motor exterior y un árbol sensor interior. El árbol motor
proporciona la fuerza impulsora rotativa principal al rotor y
protege el árbol sensor interior de las fuerzas friccionales entre
el árbol motor y un material exterior de retén.
Otro ejemplo de estos viscosímetros conocidos se
describe en la patente estadounidense nº 5684247. Este ejemplo de
viscosímetro comprende tres árboles concéntricos, y dos retenes, con
lo cual el sistema deviene aun más complicado.
Si bien estos viscosímetros funcionan bien en
muchas circunstancias, son de construcción complicada y puede que
no brinden la durabilidad y robustez exigidas para aplicaciones
industriales.
Un objetivo de la invención consiste en
proporcionar un viscosímetro provisto de una construcción
simplificada, de una mayor durabilidad y de una robustez mejorada
en lo que concierne a la corrosión o abrasión producida por el
líquido que se debe comprobar.
A este efecto, el viscosímetro según la
invención tal como se define en la reivindicación 1 está
caracterizado porque comprende unos medios para crear una
contrapresión en un lado del tabique correspondiente al motor para
impedir que el líquido se escape a través de la abertura, estando el
nivel del líquido, en funcionamiento, por encima del nivel de la
abertura.
La invención se refiere asimismo a un
procedimiento para medir la viscosidad de un líquido según se define
en la reivindicación 9.
Cuando el líquido que se debe comprobar se halla
en un recipiente y el nivel del líquido se encuentra por encima del
nivel de la abertura a través de la cual se extiende el conjunto
rotativo, dicho líquido ejerce una presión al nivel de la abertura
en el lado del tabique correspondiente al líquido, lo cual
naturalmente provocaría la fuga del líquido a través de la
abertura. Al crear una contrapresión en el lado del tabique
correspondiente al motor, se contrarresta la presión del líquido,
con lo cual se detiene toda fuga del líquido. De esta manera un
retén o cualquier otra forma de junta maciza que rodee el conjunto
rotativo deviene superfluo.
La ausencia de retén mejora enormemente la
durabilidad y la robustez del viscosímetro. Ausente el retén, se
elimina también el problema antes citado del par parasítico. Por lo
tanto, el conjunto rotativo puede simplificarse. Por ejemplo, se
puede emplear un solo árbol simple para transmitir el movimiento
rotativo del motor al rotor.
Cuando se transporta el líquido que se debe
comprobar en una tubería, se producen problemas similares para
medir la viscosidad del líquido directamente en la tubería. El
viscosímetro según la invención resuelve estos problemas de manera
similar, o sea, aplicando una contrapresión en el lado
correspondiente al motor para contrarrestar la presión del líquido
al nivel de una abertura creada en la tubería para el paso del
conjunto rotativo.
En muchos casos, la presión ejercida por el
líquido al nivel de la abertura es variable. Este es el caso por
ejemplo de cuando un depósito se llena del líquido que se debe
comprobar y a la inversa cuando se vacía el depósito. Por lo tanto,
en las formas de realización preferidas, los medios destinados a
crear la contrapresión comprenden unos medios para regular dicha
contrapresión.
En los dibujos:
la Figura 1 muestra un viscosímetro de tipo
rotativo según una forma de realización de la presente
invención;
la Figura 2 muestra un viscosímetro según una
forma de realización preferida de la presente invención;
la Figura 3 muestra un viscosímetro según una
forma de realización más preferida de la presente invención;
la Figura 4 muestra otra manera de disponer
ciertos componentes del viscosímetro de la Figura 3;
la Figura 5 muestra un ejemplo de la integración
de medios generadores de presión en la caja del motor de un
viscosímetro según la invención;
las Figuras 6a y 6b muestras dos disposiciones
ejemplares del motor respecto del tabique en una forma de
realización según la invención; y
la Figura 7 muestra una forma de realización de
un viscosímetro según la invención provisto de una membrana de
seguridad.
Estas figuras no se han dibujado a escala. Por
lo general, los componentes idénticos tienen las mismas referencias
numéricas en las figuras.
La Figura 1 muestra de forma esquemática un
viscosímetro rotativo según la invención y preparado para la
medición de la viscosidad de un líquido que se debe comprobar (1).
El viscosímetro comprende un motor (2) para accionar un conjunto
rotativo (3) que se extiende en el líquido que se debe comprobar (1)
a través de una abertura (4) de un tabique (5) que separa el
líquido que se debe comprobar (1) del motor (2).
El tabique (5) define, de esta manera, una
separación entre un lado correspondiente al líquido (L) y un lado
correspondiente al motor (M), siendo el lado motor (M) el lado donde
se desea impedir que penetre el líquido que se debe comprobar (1).
Al nivel de la abertura (4), el líquido que se debe comprobar (1)
ejerce una presión (p1) sobre el lado líquido (L) que naturalmente
haría que el líquido que se debe comprobar (1) se fugara a través
de la abertura (4) si no hubiera unos medios para evitar esta fuga.
Un viscosímetro según la invención comprende unos medios para crear
una contrapresión (p2) en el lado motor (M) y al nivel de la
abertura (4), de manera que p2 > p1, con lo cual se evita que el
líquido que se debe comprobar (1) se fugue a través de la abertura
(4). Para no ejercer una influencia sobre la medición, la energía
para crear dicha contrapresión (p2) preferentemente no se origina
en el motor (2), sino más bien de una fuente de energía
independiente. En tanto esté presente dicha contrapresión (p2), que
es el caso durante el funcionamiento normal del viscosímetro, no
hay contacto entre el conjunto rotativo (3) y el tabique (5) o
cualquier otra parte fijada al tabique (5), ni directa ni
indirectamente, como por medio de un material de sellado macizo,
como un retén por ejemplo. En el funcionamiento normal, el conjunto
rotativo (3) por tanto gira libremente en el líquido que se debe
comprobar (1) sin fuerzas friccionales debidas a los medios de
sellado macizos.
Un ejemplo de la manera de crear esta
contrapresión se ilustra en la Figura 2. En este caso, el
viscosímetro comprende una caja de motor (10) que encierra el motor
(2) herméticamente respecto del tabique (5), salvo por la abertura
(4). La caja de motor (10) se presuriza mediante el suministro de
aire comprimido a una presión de suministro (p_{s}), de manera
que p_{s} \geq p2. Una válvula de presión (20) puede emplearse
para fijar la contrapresión deseada (p2). Una válvula de retención
(21) puede emplearse también para impedir una retropresión de la
caja de motor (10) al sistema de suministro de aire comprimido. Esta
válvula de retención (21) sirve también para mantener la
contrapresión (p2) en la caja de motor (10) en caso de fallar el
suministro de aire comprimido.
La ventilación de la caja de motor (10) suele
producirse a través de la abertura (4), si bien se puede instalar
una válvula de seguridad adicional en la caja de motor (10).
Al igual que la mayoría de sistemas de control,
puede ser necesaria una regulación en bucle cerrado para mejorar la
exactitud del control y/o mejorar su tiempo de respuesta. Por lo
tanto, en una forma de realización preferida, el viscosímetro según
la invención comprende unos medios reguladores de la contrapresión
(p2), como se muestra en la Figura 3. Dichos medios reguladores de
la contrapresión comprenden:
- un sensor de presión de líquido (25) para
medir la presión (p1) ejercida por el líquido que se debe comprobar
(1) sobre el lado líquido (L) al nivel de la abertura (4),
- un sensor de presión de aire (26) para medir
la contrapresión (p2) en el lado (M) del motor (2) al nivel de la
abertura (4),
- unos medios (40) para comparar p1 y p2 y para
accionar la válvula de presión (20) en función de los resultados de
la comparación y para lograr la contrapresión (p2) deseada.
Existen varias maneras para disponer estos
medios reguladores de la contrapresión. Para aprovechar la
presurización, puede ser ventajoso, por ejemplo, disponer dichos
medios así como la válvula de presión (20) y la válvula de
retención (21) en la caja de motor (10), como se muestra en la
Figura 4.
Por las mismas razones, y/o por otras razones
adicionales, como la integración, puede ser ventajoso disponer
asimismo unos medios generadores de aire comprimido (50) en la caja
de motor (10), tal como se representa en la Figura 5.
Existen también distintas maneras de disponer el
motor (2) respecto del tabique (5). En una forma de realización, el
motor (2) está dispuesto de modo que no hay manera para que el aire
presurizado acceda a la abertura (4). Un ejemplo de disposición se
muestra en la Figura 6a, donde el motor (2) presenta un lado (2a)
adosado al tabique (5). Con esta disposición, se disponen unos
conductos adicionales de aire (60, 61) en el tabique (5) para
llevar el aire presurizado al nivel de la abertura (4) a fin de
proporcionar la contrapresión (p2) al líquido (1). En otras formas
de realización, el lado (2a) del motor (2) se mantiene alejado del
tabique (5) mediante piezas espaciadoras apropiadas (65, 66), como
se muestra en la Figura 6b. En este caso, no se necesitan los
conductos adicionales de aire; el aire presurizado fluye alrededor
de las piezas espaciadoras (65, 66) para suministrar la
contrapresión (p2) al nivel de la
abertura (4).
abertura (4).
En unas formas de realización, una holgura entre
el conjunto rotativo (3) y la abertura (4) es superior a 0,01 mm o
igual a esta magnitud e inferior a 5 mm o igual a esta magnitud.
Preferentemente, dicha holgura es superior a 0,1 mm o igual e
inferior a 1 mm o igual. Esta holgura ofrece un buen compromiso
entre la precisión de fabricación y la potencia necesaria para
generar y controlar la contrapresión (p2). Obviamente, se ha de
entender que dicha holgura es la distancia más pequeña entre la
abertura a través de la cual se extiende el conjunto rotativo y el
propio conjunto rotativo. En el caso de un conjunto rotativo como se
ilustra en las Figuras 6a y 6b, por ejemplo, la holgura viene
señalada por la letra (G).
El viscosímetro según la invención puede
comprender también en algunas formas de realización unos medios de
sellado automáticos para impedir que el líquido (1) se fugue a
través de la abertura (4) a continuación de una contrapresión (p2)
insuficiente, o sea, cuando (p2) cae por debajo de (p1). La
contrapresión (p2) puede devenir insuficiente, por ejemplo, a causa
de un fallo de los medios creadores de la contrapresión, o
simplemente porque dichos medios se desactivan voluntariamente a
efectos de proceder a operaciones de mantenimiento.
Un ejemplo de estos medios de sellado
automáticos se muestran en la Figura 7. Los medios de sellado
automáticos comprenden una membrana de seguridad (70) que está
fijada herméticamente al conjunto rotativo (3) y cuya superficie
aparente solapa la abertura (4). La membrana de seguridad (70) está
dispuesta de manera que, en condiciones de funcionamiento normales,
está separada del tabique (5) por el aire comprimido debido a la
contrapresión (p2). Cuando la contrapresión (p2) cae por debajo de
la presión (p1) del líquido en el nivel de la abertura (4), el
líquido (1) empujará automáticamente la membrana de seguridad (70)
contra el tabique (5), con lo cual se impide la fuga del líquido
(1) a través de la abertura (4). Cabe señalar que puesto que la
membrana de seguridad (70) está separada del tabique (5) en
condiciones de funcionamiento normales, dicha membrana (70) no
genera fuerzas de fricción parasíticas.
En una forma de realización preferida, el
viscosímetro según la invención se emplea para la medición en línea
de la viscosidad de un material que comprende un polímero en el
transcurso de la polimerización. Se han optimizado los componentes
para esta aplicación, que conllevan las características
siguientes:
- -
- el motor (2) es un motor de C.C. (2) con una potencia nominal de 90W
- -
- el volumen de aire contenido en la caja de motor (10) es de alrededor de 30 cl (centilitros)
- -
- la contrapresión (p2) se fija en 140 kPa respecto de un nivel de líquido que se halla 6m por encima del nivel de la abertura (4).
Cabe observar que pueden emplearse otros gases
que no sean el aire para proporcionar la contrapresión (p2). En el
caso de no ser deseable o inaceptable una reacción del gas con el
líquido que se debe comprobar (1), puede emplearse un gas inerte
como el nitrógeno.
Hasta el momento, se ha empleado la expresión
viscosidad, que es típicamente una propiedad de los fluidos. Debe
quedar entendido que la invención se refiere también a aparatos
destinados a la medición de propiedades similares en materiales
multifásicos, que empero emplean un principio de medición similar,
tales como por ejemplo aparatos que miden las fuerzas de
cizallamiento impartidas por una lechada sobre una parte rotativa
para determinar la consistencia de dicha lechada.
Evidentemente, el viscosímetro según la
invención puede emplearse también en los casos en los cuales el
nivel del líquido no puede alcanzar el nivel de la abertura (4),
por ejemplo para medir la viscosidad de un líquido contenido en un
depósito a través de una abertura (4) que está por encima del nivel
que el líquido puede alcanzar.
En resumen, la invención puede describirse del
siguiente modo:
Un viscosímetro del tipo rotativo provisto de un
motor (2) para accionar un conjunto rotativo (3) que se extiende a
través de una abertura (4) en un líquido que se debe comprobar (1) y
que mide las fuerzas de cizallamiento impartidas por dicho líquido
(1) al conjunto rotativo (3). Para impedir que dicho líquido (1) se
fugue a través de la abertura (4) debido a una presión (p1) del
líquido al nivel de la abertura (4), el viscosímetro comprende unos
medios para crear una contrapresión (p2) al nivel de una holgura
entre el conjunto rotativo (3) y la abertura (4). Gracias a esta
contrapresión (p2), no se necesitan unos medios de sellado macizos,
con lo cual mejoran la durabilidad y la robustez del viscosímetro,
además de simplificarlo al eliminar contramedidas, por otra parte
necesarias, para tener en cuenta las fuerzas friccionales
parasíticas ejercidas sobre el conjunto rotativo (3) debidas a
estos medios de sellado macizos.
Claims (10)
1. Viscosímetro que comprende un motor (2) para
accionar un conjunto (3) en movimiento rotativo, extendiéndose
dicho conjunto (3) por lo menos parcialmente en un líquido que se
debe comprobar (1) a través de una abertura (4) de un tabique (5)
para separar el líquido (1) del motor (2), caracterizado
porque el viscosímetro comprende unos medios para crear una
contrapresión (p2) en un lado (M) del tabique (5) correspondiente al
motor para impedir que el líquido (1) se escape a través de la
abertura (4), estando el nivel del líquido (1), en funcionamiento,
por encima de la abertura (4).
2. Viscosímetro según la reivindicación 1, que
comprende asimismo unos medios (40) para regular la contrapresión
(p2).
3. Viscosímetro según cualquiera de las
reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque una holgura
entre el conjunto rotativo (3) y la abertura (4) al nivel de la
abertura (4) es superior o igual a 0,01 mm e inferior o igual a 5
mm.
4. Viscosímetro según la reivindicación 3,
caracterizado porque la holgura es superior o igual a 0,1 mm
e inferior o igual a 1 mm.
5. Viscosímetro según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, que comprende asimismo unos medios de
sellado automáticos para impedir que el líquido (1) se escape a
través de la abertura (4) en el caso de que los medios destinados a
crear la contrapresión (p2) en el lado (M) del tabique (5)
correspondiente al motor dejen de impedir que el líquido (1) se
escape a través de la abertura (4).
6. Viscosímetro según la reivindicación 5,
caracterizado porque los medios de sellado automáticos
comprenden una membrana de seguridad (70) fijada herméticamente al
conjunto rotativo (3) y porque la superficie aparente de dicha
membrana de seguridad (70) solapa la abertura (4).
7. Viscosímetro según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque un medio para
ejercer la contrapresión (p2) es el aire ambiental.
8. Viscosímetro según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque un medio para
ejercer la contrapresión (p2) es un gas inerte.
9. Procedimiento para medir la viscosidad de un
líquido que se debe comprobar (1), que comprende las etapas
siguientes:
- -
- presentar un motor (2) para accionar un conjunto (3) en un movimiento rotativo, extendiéndose dicho conjunto (3) por lo menos parcialmente en el líquido que se debe comprobar (1) a través de una abertura (4) de un tabique (5) que separa el líquido (1) del motor (2), estando el nivel del líquido (1), en funcionamiento, por encima de la abertura (4),
- -
- crear una contrapresión (p2) en un lado (M) del tabique (5) correspondiente al motor para impedir que el líquido (1) se escape a través de la abertura (4), y
- -
- medir las fuerzas de cizallamiento impartidas por el líquido (1) sobre una parte del conjunto rotativo (3) en contacto con el líquido (1).
10. Procedimiento para medir la viscosidad de un
líquido según la reivindicación 9, que comprende asimismo la etapa
de regular la contrapresión (p2).
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