ES2336690T3 - Regulador de control de caudal de fluido. - Google Patents
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Abstract
Un regulador (20) de caudal de fluido que comprende: un orificio (34) de entrada de fluido y un orificio (54) de salida de fluido; al menos un canal (60) de control de caudal abierto, definido por un fondo (62) plano y dos paredes (64) laterales, que comunica con el orificio de salida en una confluencia (66) y tiene una sección transversal que decrece con la distancia desde la confluencia; un diafragma elástico (40); un escalón (58) de soporte sobre el cual se asienta el diafragma; en el que para regular el caudal de fluido, con el incremento de la presión del fluido de entrada el diafragma cubre porciones de la cara abierta que están más alejadas de la confluencia en una región en la que la sección transversal decrece con la distancia desde la confluencia.
Description
Regulador de control de caudal de fluido.
La invención se refiere a los reguladores para
controlar el caudal de un fluido.
Los reguladores de caudal de fluido,
particularmente los reguladores usados para controlar el caudal de
agua en sistemas de riego, a menudo controlan el caudal de agua
controlando la resistencia a la circulación del agua a través de al
menos un canal de control de caudal relativamente pequeño. Los
reguladores de caudal de agua relativamente pequeños usados para
aplicación de riego típicamente proporcionan caudales regulado entre
unos 10 y 100 litros por hora (l/h) y tienen componentes usualmente
conformados en plástico mediante moldeo por inyección.
Los reguladores generalmente comprenden una
entrada y una salida a través de las cuales el agua,
respectivamente, entre y sale del regulador y un diafragma elástico
que impide que el agua que entra por la entrada fluya directamente
hacia la salida. La entrada y la salida están situadas usualmente de
forma que están una enfrente de la otra, con el diafragma asentado
sobre un escalón de soporte y situado entre ellas. El diafragma
obliga al agua que entra en el regulador a pasar a través de al
menos un canal de control de caudal con objeto de que el agua
alcance la salida y fluya hacia fuera del regulador. El diafragma es
sensible a la presión del agua que entra y, según se incrementa la
presión del agua de entrada, el diafragma experimenta una
deformación creciente. El diafragma y el al menos un canal de
control de caudal están configurados de forma que según se
incrementa la deformación, la resistencia a la circulación del al
menos un canal de circulación se incrementa sustancialmente de
forma proporcional a la presión del agua de entrada. Como resultado,
la cantidad de agua que pasa a través del regulador es
sustancialmente independiente de los cambios en la presión del agua
de entrada.
Generalmente, el al menos un canal de control de
caudal es un canal de circulación abierto definido por un fondo y
dos paredes laterales. La profundidad del canal en cualquier punto a
lo largo de la longitud del canal está definida por la altura de
las paredes laterales en cada punto. En funcionamiento, el diafragma
se deforma con el incremento de la presión de entrada para cubrir
una longitud creciente, denominada en lo que sigue "longitud
cubierta", de la cara abierta del canal. El agua es obligada a
circular a través de la longitud cubierta del canal para alcanzar
la salida y, según se incrementa la longitud cubierta con la presión
de entrada, la resistencia del canal a la circulación de agua se
incrementa.
En algunos reguladores, según se deforma el
diafragma con el incremento de la presión de entrada, el diafragma
cubre primero la cara abierta de un canal de circulación en un
punto, denominado en lo que sigue una "confluencia", en el
cual el canal se comunica con la salida. Según se incrementa la
presión de entrada, la deformación del diafragma se incrementa y
cubre la cara abierta del canal a distancias de la confluencia
progresivamente mayores y en puntos más cercanos al escalón de
soporte. La longitud cubierta del canal se extiende desde la
confluencia y se incrementa con el incremento de la presión de
entrada en una dirección que se aleja de la salida hacia el escalón
de soporte.
No obstante, según se aproxima la deformación
del diafragma del regulador a el escalón de soporte, la tasa de
deformación del diafragma con el incremento de la presión de entrada
del aguase aparta de la linealidad y decrece con el incremento de
la presión de entrada. Como resultado, la tasa de incremento de
la longitud cubierta de la cara abierta del al menos un canal
de circulación como una función del incremento de la presión de
entrada generalmente decrece con el incremento de la presión
de entrada. Si el canal tiene una sección transversal uniforme, su
resistencia a la circulación se incrementa a una tasa
sustancialmente constante con el incremento de la longitud cubierta
y el regulador debe ser fabricado, en general, relativamente grande
de forma que para el intervalo de presiones de entrada para el cual
el regulador es usado, la resistencia a la circulación del al menos
un canal se incremente de forma sustancialmente lineal con la
presión de entrada.
Se han fabricado reguladores más pequeños en los
cuales, según se deforma el diafragma con el incremento de la
presión de entrada, el diafragma cubre primero la cara abierta del
canal de circulación cerca de el escalón de soporte y según se
incrementa la presión de entrada, el diafragma se deforma para
cubrir progresivamente regiones de la cara abierta del canal más
cercanas a la confluencia y más alejadas de el escalón de soporte.
La longitud cubierta del canal se extiende desde una región cercana
a el escalón de soporte y se incrementa con el incremento de la
presión de entrada en una dirección hacia la salida y alejándose de
el escalón de soporte más bien que en una dirección desde la salida
hacia el escalón de soporte.
Para estos reguladores, los canales de
circulación se configuran de forma que en regiones más cercanas a el
escalón de soporte, la cara abierta del canal está más cercana al
diafragma que en regiones más cercanas a la entrada y el canal es
más ancho y menos profundo en regiones más cercanas a el escalón de
soporte que en regiones más cercanas a la salida. El canal se hace
progresivamente más ancho y menos profundo a distancias más
alejadas de la entrada y la resistencia a la circulación por unidad
de longitud del canal se incrementa con la distancia creciente, a
la que se hará referencia en adelante como "distancia de
canal", desde la entrada. El decrecimiento de la profundidad del
canal con la distancia directamente reduce la sección transversal
con la distancia. El incremento de la anchura del canal parecería
incrementar la sección transversal del canal con la distancia de
canal. Sin embargo, en funcionamiento, el incremento en anchura
generalmente contribuye a reducir la sección transversal del canal
con la distancia de canal debido a que en las porciones más anchas
del canal, el diafragma baja una distancia mayor hacia el interior
del canal y "estrangula" la sección transversal más que en las
porciones más estrechas del canal.
Aunque configurar los canales de control de
caudal con profundidad decreciente y anchura creciente permite que
los reguladores de caudal se fabriquen más pequeños, las relaciones
entre la profundidad de canal, su anchura y las características del
diafragma son relativamente complicadas y modificar los moldes de
inyección usados para producir los reguladores para modificar las
caudales que proporcionan es a menudo un trabajo tedioso y
relativamente caro. Además, debido a que el canal se va haciendo
progresivamente más estrecho a distancias más cercanas a la
confluencia, es decir a distancias de canal menores, los canales son
propensos a atascarse con suciedad y arrastres de partículas
transportadas por el agua. Además, a presiones de entrada de agua
más elevadas el funcionamiento de los reguladores en la regulación
del caudal de agua es relativamente sensible a variaciones de las
características, por ejemplo elasticidad y espesor, del
diafragma.
El documento de patente americana US 4,796,810
describe un rociador de riego giratorio que comprende un regulador
control de caudal que tiene un diafragma elástico para controlar la
caudal. El documento de patente americana US 5,279,462 describe una
unidad de control de caudal de fluido que tiene componentes de
plástico moldeado por inyección que están configurados para
proporcionar un conjunto mejorado usando un proceso de soldadura
por ultrasonidos. El documento de patente americana US 2,762,397
describe un regulador de control de caudal que comprende un
diafragma elástico que cierra canales de control abiertos con el
incremento de la presión del fluido.
Un aspecto de algunas realizaciones de la
invención se refiere a proporcionar un regulador de caudal de fluido
que tiene un diafragma elástico y una configuración mejorada de al
menos un canal de control de caudal abierto. La configuración
mejorada proporciona una regulación del caudal de fluido mejorada y
permite que los moldes de inyección usados para producir el
regulador sean modificados de forma relativamente fácil para cambiar
el caudal regulado que proporciona el regulador.
De acuerdo con un aspecto de algunas
realizaciones de la invención el regulador comprende un escalón de
soporte sobre el cual se asienta el diafragma y que soporta el
diafragma a lo largo de un contorno plano y al menos un canal de
control de caudal abierto que tiene una sección transversal de canal
que decrece con la distancia de canal. El al menos un canal de
control de caudal está definido por un fondo plano paralelo contorno
plano y dos paredes laterales.
De acuerdo con un aspecto de algunas
realizaciones de la invención, el canal tiene una profundidad
sustancialmente uniforme a lo largo de su longitud y las paredes
laterales convergen una hacia la otra de forma que el canal se
estrecha con la distancia de canal y la sección transversal del
canal decrece con la distancia de canal sustancialmente sólo en
proporción al estrechamiento del canal. La tasa de incremento de la
resistencia a la circulación del canal como una función de la
longitud cubierta de canal, por lo tanto, se incrementa con la
longitud cubierta y por ello con la presión de entrada. El
estrechamiento del al menos un canal, de acuerdo con una
realización de la invención, compensa el decrecimiento de la tasa de
incremento de la longitud cubierta con la presión de entrada y
modera la dependencia del caudal de fluido de salida proporcionado
por el regulador con respecto a la presión de entrada del
fluido.
Opcionalmente, el al menos un canal de
circulación comprende una pluralidad de canales de circulación y los
fondos de todos los canales de circulación son coplanares. En una
realización de la invención, la tasa a la cual el al menos un canal
se estrecha como una función de la distancia, es decir distancia de
canal a lo largo del canal desde la confluencia, se ajusta a las
características del diafragma y al régimen de presiones en el cual
el regulador está destinado a funcionar de forma que la resistencia
a la circulación del fluido sea sustancialmente proporcional a la
presión de entrada del fluido.
En cualquier punto dado a lo largo del al menos
un canal, se hace referencia como "ángulo de convergencia" al
ángulo entre las paredes laterales en el cual las paredes laterales
convergen con la distancia de canal. Opcionalmente, la anchura del
al menos un canal como una función de la distancia de canal es una
función decreciente linealmente con la distancia de canal y las
paredes convergen con un ángulo de convergencia constante. En
algunas realizaciones de la invención, el ángulo de convergencia es
un ángulo entre unos 10º y 50º.
El inventor ha hallado que para algunos
intervalos de caudales de salida usados típicamente en aplicaciones
de riego, un caudal regulado proporcionado por un regulador de
acuerdo con una realización de la invención puede ser ajustado
fácilmente ajustando sustancialmente sólo la profundidad de los
canales de control de caudal del regulador. Incrementar la
profundidad incrementa la caudal de salida del regulador y reducir
la profundidad reduce la caudal de salida y un incremento o
decremento en la profundidad del canal no afecta sustancialmente la
función de regulación del regulador. En algunos casos para los
cuales un cambio en la profundidad sí que compromete la regulación
de la caudal, la regulación de la caudal puede, en general, ser
mejorada satisfactoriamente mediante un cambio realizado con
relativa facilidad en el ángulo de convergencia de las paredes
laterales.
Asumiendo que los canales de circulación del
regulador son conformado mediante moldeo por inyección, debido a
que el fondo de cada uno de los al menos un canal es plano y se
extiende en un mismo plano paralelo a el escalón de soporte del
diafragma, un molde de inyección usado para proveer los canales
puede, a menudo, ser ajustado de forma relativamente fácil para
ajustar la profundidad del canal. Por ejemplo, en el proceso de
moldeo por inyección, los canales de circulación son conformados por
salientes en un molde de inyección que son relieves negativos del
al menos un canal. Asúmase que el regulador es formado con canales
de control de caudal relativamente profundos y proporcionan un
caudal regulado de salida que es demasiado grande. El molde usado
para producir los canales del regulador puede ser modificado de
manera relativamente fácil para reducir la caudal mediante eliminar
con una fresa una cantidad deseada de los salientes de los canales
de circulación de forma que el molde produzca canales de
circulación menos profundos.
Se proporciona por lo tanto, de acuerdo con una
realización de la invención, un regulador de caudal de fluido que
comprende: un orificio de entrada de fluido y un orificio de salida
de fluido; al menos un canal de control de caudal abierto, definido
por un fondo plano y dos paredes laterales, que comunica con el
orificio de entrada en una confluencia y tiene una sección
transversal que decrece con la distancia desde la confluencia; un
diafragma elástico; un escalón de soporte sobre el cual se asienta
el diafragma y que soporta al diafragma a lo largo de un contorno
plano paralelo al fondo de cada uno de los al menos un canal; en el
cual para regular el caudal del fluido, con el incremento de la
presión del fluido de entrada el diafragma cubre porciones de la
cara abierta que están más alejadas de la confluencia en una región
en la que la sección transversal decrece con la distancia desde la
confluencia.
Opcionalmente, el al menos un canal de control
de caudal abierto comprende una pluralidad de canales.
Opcionalmente, los fondos de al menos dos de los canales de control
de caudal son coplanares.
En algunas realizaciones de la invención, las
paredes laterales convergen una hacia la otra con la distancia
desde la confluencia. Opcionalmente, las paredes laterales convergen
con la distancia a lo largo del al menos un canal de circulación
con un ángulo de convergencia constante.
En algunas realizaciones de la invención, las
paredes laterales de diferentes canales de control de caudal del al
menos un canal de control de caudal convergen con ángulos de
convergencia constantes diferentes. En algunas realizaciones de la
invención, las paredes laterales de diferentes canales de control de
caudal del al menos un canal de control de caudal convergen con un
mismo ángulo de convergencia constante.
En algunas realizaciones de la invención, las
paredes laterales tienen una altura uniforme a lo largo de la
longitud del al menos un canal.
Se proporciona, además, de acuerdo con una
realización de la invención, un regulador de caudal de fluido que
comprende: un orificio de entrada de fluido y un orificio de salida
de fluido; al menos un canal de control de caudal abierto, definido
por un fondo plano y dos paredes laterales, que comunica con el
orificio de salida en una confluencia y tiene una sección
transversal que decrece con la distancia desde la confluencia; un
diafragma elástico; un escalón de soporte sobre el cual se asienta
el diafragma; en el que para regular el caudal de fluido, con el
incremento de la presión del fluido de entrada, el diafragma cubre
porciones de la cara abierta que están más lejos de la confluencia
en una región en la que la sección transversal decrece con la
distancia desde la confluencia.
Se describen más abajo ejemplos no limitativos
de realizaciones de la presente invención con referencia a las
figuras anexas, las cuales son relacionadas abajo a continuación de
este párrafo. En las figuras, estructuras, elementos o partes
idénticas que aparecen en más de un figura están señaladas
generalmente con el mismo número en todas las figuras en las que
aparecen. Las dimensiones de los componentes y configuraciones
mostrados en las figuras son escogidas por conveniencia y claridad
de presentación y no están mostradas necesariamente a escala:
la Figura 1A muestra esquemáticamente una vista
en despiece ordenado con un recorte parcial de un regulador de
caudal de fluido, de acuerdo con una realización de la
invención,
la Figura 1B muestra esquemáticamente una vista
de conjunto ensamblado, con un recorte parcial, del regulador
mostrado en la Figura 1A, de acuerdo con una realización de la
invención,
las Figura 2A y 2B muestran vistas esquemáticas
en perspectiva y corte en sección transversal respectivamente del
regulador mostrado en las Figuras 1A y 1B que ilustran la
deformación del diafragma del regulador a una presión relativamente
baja, de acuerdo con una realización de la invención,
las Figura 2C y 2D muestran respectivamente
vistas esquemáticas en perspectiva y corte en sección transversal
respectivamente del regulador mostrado en las Figuras 2A y 2B que
ilustran la deformación del diafragma del regulador a una presión
relativamente alta, de acuerdo con una realización de la invención,
y
la Figura 3 muestra un esquema de un inserto de
un molde de inyección usado para producir canales de circulación de
un regulador, de acuerdo con una realización de la presente
invención.
La Figura 1A muestra esquemáticamente una vista
en despiece ordenado con un recorte parcial de un regulador 20 de
control de caudal, de acuerdo con una realización de la invención.
La Figura 1B muestra esquemáticamente una vista de conjunto
ensamblado, con un recorte parcial del regulador 20 de control de
caudal mostrado en la Figura 1A. Por conveniencia de presentación
se asume que el regulador 20 se usa para controlar un caudal de
agua.
El regulador 20 opcionalmente comprende una
caperuza 30 de entrada, un diafragma 40 y una caperuza 50 de
salida. Opcionalmente, la caperuza 30 de entrada está moldeada por
inyección a partir de un plástico adecuado como una unidad integral
usando cualquiera de los diferentes métodos conocidos en la técnica.
Opcionalmente, la caperuza de salida 50 está conformada de forma
similar mediante moldeo por inyección como una unidad única
integral.
La caperuza 30 de entrada, opcionalmente, tiene
un reborde 32 y está conformada con un orificio 34 de entrada al
regulador y un tubo 36 de acoplamiento de entrada que tiene
cualquier forma adecuada para acoplar el regulador a una fuente de
agua. Un soporte 38 para el diafragma opcionalmente anular está
conformado sobre la superficie interna de la caperuza 30 de entrada
para mantener la posición del diafragma 40 cuando se ensambla el
regulador 20. Opcionalmente, la caperuza 30 de entrada está
moldeada por inyección a partir de un plástico adecuado como una
unidad integral usando cualquiera de los diferentes métodos
conocidos en la técnica.
La caperuza 50 de salida, opcionalmente, tiene
un reborde 52 y está conformada con un orificio 54 de salida del
regulador y un tubo 56 de acoplamiento de salida que tiene cualquier
forma adecuada para acoplar el regulador 20 a un sistema de
circulación del fluido al cual proporciona dicho regulador 20 un
caudal de agua regulado. La caperuza de salida está conformada con
un escalón 58 de soporte para diafragma plana que soporta al
diafragma 40 del regulador y con al menos un canal 60 de control de
caudal. Cada uno de los al menos un canal 60 de control de caudal
comunica con el orificio 54 de salida en una confluencia 66 y es un
canal abierto definido por un fondo 62 y dos paredes laterales 64.
Opuesto a la confluencia 66 en un extremo 70 de cada uno de los al
menos un canal 60 de circulación, el canal conecta opcionalmente con
una entrada 72 de canal conformada en un zócalo 74 opcionalmente
inclinado que rodea opcionalmente la región en la cual el al menos
un canal de circulación está conformado. El zócalo 74 inclinado
funciona como un colector para las entradas 72 de canal y el
colector y las entradas funcionan para guiar el agua al interior del
al menos un canal 60. Opcionalmente, el al menos un canal de
control de caudal comprende una pluralidad de canales de circulación
y, a modo de ejemplo, el regulador 20 que se muestra comprende
cuatro canales 60 de circulación. Opcionalmente, los canales de
circulación están configurados simétricamente alrededor del orificio
54 de salida.
De acuerdo con una realización de la invención,
el fondo 62 de cada uno de los al menos un canal 60 de control de
caudal es plano y se extiende en un plano que es paralelo al plano
de el escalón 58 de soporte. Opcionalmente, las paredes 64
laterales de un canal 60 de control de caudal dado son imágenes
especulares una de la otra y opcionalmente son sustancialmente
perpendiculares al fondo 62. De acuerdo con una realización de la
invención, las paredes 64 laterales de un canal 60 de circulación
dado tienen una misma altura uniforme a lo largo del canal 60 con
respecto al fondo 62 del canal de circulación y una distancia de
separación entre las paredes laterales, es decir la anchura del
canal de circulación dado, que decrece con la distancia, es decir
distancias de canal, a lo largo del canal desde la confluencia 66.
Como resultado, el canal tiene un área en sección transversal que
varía con la distancia desde la confluencia 66 sustancialmente sólo
como una función de la separación entre las paredes laterales y su
decrecimiento con la distancia a lo largo del canal desde la
confluencia. Opcionalmente, la anchura del canal de circulación es
una función linealmente decreciente con la distancia de canal.
Como se muestra en la vista del conjunto
ensamblado del regulador 20 de la Figura 1B, las caperuzas 30 y 50
de entrada y salida son unidos juntos para formar un volumen interno
de circulación con el diafragma 40 situado por el soporte 38 de
forma que descansa sobre el escalón 58 de soporte. El diafragma 40
impide que el agua que entra por el orificio 34 de entrada fluya
directamente hacia el orificio 54 de salida y divide el volumen
interno de circulación en una cámara 81 de entrada en un lado del
diafragma que comunica con el orificio 34 de entrada y una cámara
82 de salida en el otro lado del diafragma que comunica con el
orificio 54 de salida.
El agua que entra en el regulador 20 a través de
el orificio 34 de entrada se acumula en la cámara 81 de entrada y
fluye desde ella, opcionalmente vía un orificio 84 de salida de la
cámara de entrada, a través de un "canal de desviación" (no
mostrado) para entrar y acumularse en la cámara 82 de salida vía un
orificio 86 de entrada. El canal de desviación está definido
opcionalmente por una estructura en la superficie externa del
reborde 52 de la caperuza 50 de salida y la superficie interna del
reborde 32 de la caperuza 30 de entrada. La presión en la cámaras
81 y 82 de entrada y de salida no es la misma, siendo la presión en
la cámara de entrada mayor que la presión en la cámara de de
salida. La "sobrepresión" en la cámara 81 deforma al diafragma
40 de forma que baja para cubrir al menos una porción de la cara
abierta del al menos un canal 60. La porción de la cara abierta del
al menos un canal 60 que es cubierta por el diafragma se extiende
desde la confluencia 66 hasta un punto a lo largo del canal a una
distancia de la confluencia que es función de la sobrepresión. Según
se incrementa la presión del agua de entrada, la sobrepresión en la
cámara 81 se incrementa, la deformación del diafragma 40 se
incrementa y el diafragma baja hasta cubrir una mayor longitud, es
decir "longitud cubierta", de la cara abierta del al menos un
canal.
Para fluir hacia fuera del regulador 20, el agua
que está en la cámara de salida debe fluir a través de la porción
cubierta del al menos un canal 60 de salida para alcanzar el
orificio 54 de salida. Puesto que la longitud cubierta del canal se
incrementa con la presión de entrada, la resistencia a la
circulación del fluido del al menos un canal se incrementa y modera
la dependencia del caudal de agua que sale del regulador con
respecto a la presión de entrada. El incremento en la resistencia a
la circulación del canal con el incremento de la longitud cubierta
es el resultado tanto del incremento de la longitud del canal a
través de la cual debe circular el agua para salir del regulador 20
como a causa de que, de acuerdo con una realización de la
invención, añadido a la porción cubierta del canal con el incremento
de la longitud cubierta generalmente tienen secciones transversales
progresivamente decrecientes.
Las Figuras 2A y 2B muestran vistas esquemáticas
en perspectiva y corte en sección transversal respectivamente del
regulador 20 que ilustran esquemáticamente la deformación del
diafragma 40 del regulador a una presión relativamente baja, de
acuerdo con una realización de la invención. El caudal de agua que
entra y sale del regulador 20 está indicado esquemáticamente por
las flechas 90. Por comparación, las Figuras 2C y 2D muestran
respectivamente vistas esquemáticas en perspectiva y corte en
sección transversal del regulador 20 que ilustran esquemáticamente
la deformación del diafragma 40 del regulador a una presión
relativamente alta, de acuerdo con una realización de la invención.
Las figuras ilustran esquemáticamente el incremento de deformación
del diafragma 40 y las mayores longitudes cubiertas que resultan a
la mayor presión de entrada. A la presión relativamente baja
mostrada en al figura 2A, el diafragma 40 está moderadamente
deformado y cubre una porción moderada del al menos un canal 60. A
la presión de entrada relativamente alta la longitud cubierta del
canal 60 se incrementa sustancialmente. Por conveniencia de
presentación, el diafragma 40 está recortado a lo largo de una línea
que sigue los bordes de dos canales 60 de circulación.
Sin embargo, la deformación del diafragma de
control de caudal de fluido en general no es lineal con el
incremento de la presión de entrada. Generalmente la tasa de
incremento de la deformación del diafragma 40 y la correspondiente
tasa de incremento de la longitud cubierta se ralentiza como una
función del incremento de la presión de entrada. A menos que sean
compensadas, las tasas que ralentizan degradarán la capacidad del
regulador 20 para mantener un caudal de salida regulado de agua
sustancialmente constante según cambie la presión de entrada del
agua.
La compensación, de acuerdo con una realización
de la invención, se obtiene mediante el estrechamiento del al menos
un canal 60 con el incremento de la distancia a lo largo del canal
desde la confluencia 66 como se discutió más arriba. El
estrechamiento tiene cono resultado un decrecimiento de la sección
transversal del canal con el incremento de la distancia a lo largo
del canal desde la confluencia 66 y la concomitante mayor tasa de
resistencia a la circulación del canal con el incremento de la
longitud cubierta. El estrechamiento del canal de circulación está
determinado opcionalmente de forma que la resistencia del canal a la
circulación del fluido sea sustancialmente proporcional a la
presión de entrada del agua, como resultado de lo cual, el
regulador 20 proporciona un caudal de salida regulado de fluido que
es sustancialmente independiente de la presión de entrada. En
algunas realizaciones se la invención, las características del
diafragma 40 y el régimen de presiones en el cual el regulador 20
funciona son tales que un decrecimiento de la tasa de incremento de
la longitud cubierta con la presión de entrada es tal que un
decrecimiento lineal de la anchura del canal con la distancia de
canal puede compensar satisfactoriamente el decrecimiento de la tasa
de la longitud cubierta. El inventor ha hallado que para presiones
de entrada de agua entre unos 0,5 bares y unos 6 bares, las cuales
se encuentran típicamente en aplicaciones de riego, se obtiene
generalmente un decrecimiento lineal satisfactorio de la anchura
del canal si las paredes laterales convergen con la distancia de
canal en un ángulo entre unos 10º y unos 50º.
Para un ángulo de convergencia dado de al menos
un canal 60, la magnitud del caudal regulado de agua proporcionado
por el regulador 20 está determinada sustancialmente por la
profundidad del canal. Incrementando la profundidad del canal se
incrementa el caudal regulado de salida y reduciendo la profundidad
del canal se reduce el caudal regulado de salida. Debido a que la
capacidad del regulador 20 para mantener un caudal de salida
relativamente constante está determinada sustancialmente sólo por
el estrechamiento de la anchura del canal, para algunos rangos de
profundidades de canal y sus correspondientes caudales de salida, el
cambio de la profundidad del canal no afecta sustancialmente a la
eficacia de la regulación del caudal de salida con la presión de
entrada. Para estos rangos, la configuración del canal de acuerdo
con una realización de la invención desacopla la función de
regulación del regulador 20 de una magnitud del fluido regulado y un
cambio en la profundidad del canal cambia sustancialmente sólo la
magnitud de la caudal de salida proporcionado por el regulador.
A modo de ejemplo numérico, un regulador de
caudal de agua de acuerdo con una realización de la invención,
similar al regulador 20, opcionalmente tiene dos canales 60 de
control de caudal de unos 3 mm de longitud, una anchura de canal en
la confluencia 66 igual a unos 1,5 mm y un ángulo de convergencia de
las paredes laterales de unos 30º. El regulador proporciona una
regulación caudal satisfactoria para el mismo ángulo de convergencia
de 30º para profundidades de canal entre una profundidad de canal
igual a 0,2 mm y 0,4 mm. Con una profundidad de canal de 0,2 mm, el
regulador proporciona un caudal regulado de unos 20 l/h y con una
profundidad de canal de unos 0,4 mm el regulador proporciona una
caudal de unos 35 l/h. Para profundidades de canal intermedias
entre 0,2 mm y 0,4 mm, el regulador proporciona caudales regulado
intermedios entre 20 l/h y 35 l/h. Para caudales regulado mayores
que unos 40 l/h el ángulo de convergencia ventajosamente se
incrementa (de forma que el canal se estrecha más rápidamente con
la distancia de canal) y para caudales regulado menores que 20 l/h,
el ángulo de convergencia ventajosamente se reduce (el canal se
estrecha más despacio). Opcionalmente, para caudales mayores que 40
l/h el ángulo de convergencia se incrementa hasta unos 35º.
Como resultado de la manera relativamente simple
en la que un regulador de cuerdo con una realización de la
invención, similar al regulador 20, puede ser modificado para
cambiar su caudal regulado de salida, un molde para inyección usado
para producir el regulador, se modifica fácilmente para producir
reguladores que tienen diferentes caudales de fluido regulado. En
particular, la caperuza 50 de salida puede ser modificada fácilmente
para cambiar la profundidad del al menos un canal 60, a menudo sin
tener que tomar en consideración o compensar cómo afecta un cambio
en la profundidad del canal a la capacidad del regulador para
regular el caudal de agua. Para un cambio en la profundidad del
canal que tuviera como resultado un compromiso inaceptable de la
regulación de la caudal, una regulación de caudal satisfactoria
puede ser generalmente restaurada cambiando el ángulo de
convergencia de las paredes 64 laterales del al menos un canal 60.
Se aprecia que la relativa facilidad con la cual el molde para
inyección puede ser modificado se aumenta aún más debido a que, de
acuerdo con una realización de la invención, el fondo 62 de cada
uno de los al menos un canal 60 es plano y se extiende en un mismo
plano paralelo al plano de el escalón 58 de soporte del diafragma
40. El componente del molde para inyección que es usado para formar
el al menos un canal 60 de circulación es ajustado de forma
relativamente fácil para proporcionar reguladores que tengan
diferentes profundidades de canal y por ello diferentes caudales de
salida.
Por ejemplo, la Figura 3 muestra
esquemáticamente un inserto 100 de un molde usado para producir al
menos un canal 60 de control de caudal de una caperuza 50 de
salida. El inserto 100 comprende una porción 102 elevada que
produce el al menos un canal de circulación. La profundidad del al
menos un canal 60 de control de caudal, y la correspondiente
magnitud de caudal de salida regulado de fluido proporcionado por el
regulador 20, están determinadas por la altura "H" de la
porción elevada 102. Para adaptar el inserto 100 para proporcionar
reguladores que proporcionen un caudal de salida de fluido menor,
el inserto es modificado fácilmente eliminando por mecanizado una
capa apropiada de la porción elevada 102, por ejemplo en una
fresadora. Una fábrica para producir reguladores se acuerdo con una
realización de la invención, similar al regulador 20, podría
mantener un stock de insertos 100 "vírgenes" que tengan
porciones 102 elevadas relativamente altas y mecanizar las porciones
elevadas hasta las alturas deseadas como se requiera.
Se resalta que, aunque en el regulador 20 todos
los canales 60 de circulación son mostrados como idénticos, en
algunas realizaciones de la invención un regulador está conformado
con canales de circulación que tienen formas diferentes. Por
ejemplo, las paredes laterales de canales de circulación diferentes
puede converger con la distancia de canal en ángulos diferentes,
canales de circulación diferentes pueden tener profundidades
diferentes y algunos canales de circulación pueden tener paredes
laterales que no converjan. Se resalta además que, en algunas
realizaciones de la invención, las paredes laterales del canal no
son perpendiculares al fondo del canal. Generalmente, los canales
de circulación son más fáciles de producir mediante moldeo por
inyección si las paredes laterales del canal están inclinadas con
respecto al fondo del canal en un ángulo mayor que 90º.
Claims (9)
1. Un regulador (20) de caudal de fluido que
comprende:
- un orificio (34) de entrada de fluido y un orificio (54) de salida de fluido; al menos un canal (60) de control de caudal abierto, definido por un fondo (62) plano y dos paredes (64) laterales, que comunica con el orificio de salida en una confluencia (66) y tiene una sección transversal que decrece con la distancia desde la confluencia;
- un diafragma elástico (40);
- un escalón (58) de soporte sobre el cual se asienta el diafragma;
- en el que para regular el caudal de fluido, con el incremento de la presión del fluido de entrada el diafragma cubre porciones de la cara abierta que están más alejadas de la confluencia en una región en la que la sección transversal decrece con la distancia desde la confluencia.
2. Un regulador de caudal de fluido de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que dicho escalón de soporte soporta
al diafragma a lo largo de un contorno plano paralelo al fondo de
cada uno de los al menos un canal.
3. Un regulador de caudal de fluido de acuerdo
con la reivindicación 2, en el que el al menos un canal de control
de caudal abierto comprende una pluralidad de canales.
4. Un regulador de caudal de fluido de acuerdo
con la reivindicación 3, en el que los fondos de al menos dos de
los canales de control de caudal son coplanares.
5. Un regulador de caudal de fluido de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 2-4, en
el que las paredes laterales convergen una hacia la otra con la
distancia desde la confluencia.
6. Un regulador de caudal de fluido de acuerdo
con la reivindicación 5, en el que las paredes laterales convergen
con la distancia a lo largo del al menos un canal de circulación con
un ángulo de convergencia constante.
7. Un regulador de caudal de fluido de acuerdo
con la reivindicación 3 o con la reivindicación 4, en el que las
paredes laterales de diferentes canales de control de caudal del al
menos un canal de control de caudal convergen con diferentes
ángulos de convergencia constantes.
8. Un regulador de caudal de fluido de acuerdo
con la reivindicación 2 o con la reivindicación 4, en el que las
paredes laterales de diferentes canales de control de caudal del al
menos un canal de control de caudal convergen con el mismo ángulo
de convergencia constante.
9. Un regulador de caudal de fluido de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 2-8, en
el que las paredes laterales tienen una altura uniforme a lo largo
de la
longitud-del-al-menos-un-canal.
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