ES2348061T3 - Método y aparato para aumentar la temperatura de una sustancia que se encuentra inicialmente en un estado al menos parcialmente solidificado en un recipiente. - Google Patents

Abstract

Un sistema que comprende un recipiente adaptado para almacenar una sustancia, un cambiador de calor (2) dispuesto con al menos un superficie cilíndrica oblonga (4) en el interior del recipiente y medios de guía adaptados para guiar una sustancia a lo largo de dicha superficie del cambiador de calor (2), comprendiendo dichos engaños de día un alojamiento (6) dispuesto de modo esencialmente concéntrico alrededor de dicho cambiador de calor y que está adaptado para recibir un flujo de sustancia, caracterizado porque el alojamiento (6) com- prende varias aberturas (7) dispuestas con arreglo a un patrón a lo largo de la longitud de dicho alojamiento para distribuir dicho flujo de sustancia cuando está presente.

Description

La presente invención se refiere a un sistema que comprende un recipiente adaptado para almacenar una sus-tancia, un cambiador de calor y medios de guía adaptados para guiar una sustancia a lo largo de la superficie del cambiador de calor de acuerdo con el preámbulo de la rei-10 vindicación 1. La invención se refiere adicionalmente a un cambiador de calor de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 6 como se conoce por US 3.856.078.

Usualmente los tanques para contención de sustancias pueden estar equipados con un cambiador de calor espiral 15 sumergido en la sustancia o con un cambiador de calor helicoidal enrollado alrededor del tanque para calenta-miento de dicha sustancia. El calentamiento de la sustan-cia puede realizarse para propósitos diferentes, v.g. para cocinar la sustancia, para cambiar la viscosidad de 20 la sustancia, para acelerar un proceso químico entre com-puestos contenidos en la sustancia, etc.

La superficie activa del cambiador de calor se ca-lienta a una temperatura al menos tan alta como la tempe-ratura deseada de la sustancia, es decir está presente 25 una diferencia de temperatura. Con objeto de obtener la temperatura deseada en un tiempo breve, la diferencia de temperatura se incrementa normalmente. En el caso de que la sustancia, o una o más fracciones de la sustancia, sea/sean sensibles a temperaturas elevadas, la temperatu-30 ra del cambiador de calor debe mantenerse, sin embargo, inferior o igual a una temperatura máxima permitida. Para algunas sustancias, la temperatura máxima puede ser muy baja, y si se encuentra en un tanque una gran cantidad de la sustancia, el tiempo para calentar la sustancia puede ser muy largo. El mismo problema se encuentra también cuando se enfría una sustancia. El fenómeno es conocido 5 también por un muñeco de nieve. Cuando la nieve se alma-cena en grandes bolas, como ocurre en un muñeco de nieve, su descongelación requiere mucho tiempo, comparado con la misma cantidad de nieve que se encuentra sin compactar tal como ha caído sobre un campo. 10

Un ejemplo de una situación en la que el cambio de temperatura es muy prolongado, es un aceite vegetal a granel en un recipiente de plástico. Tales recipientes de plástico se conocen, v.g. como una bolsa flexible o Flexitank o similar con una capacidad de uno a muchos mi-15 les de litros, tal como están disponibles en Trans Ocean Distribution (www.todbulk.com) o en John S. Braid & Co. Ltd. (www.braidco.com). Durante el transporte, la tempe-ratura ambiente puede ser inferior a la temperatura de fusión del aceite, con lo cual el aceite te solidifica 20 gradualmente. A fin de vaciar el recipiente, el aceite solidificado tiene que fundirse al llegar a su destino final. Para ello el recipiente se dispone desde el primer momento sobre una manta calefactora antes de llenarlo con el aceite. Después de la llegada al destino final, la 25 manta calefactora tiene que activarse durante varios días, v.g. cuatro o cinco días dependiendo del tamaño del recipiente, antes que el aceite se funda y pueda verter-se. La larga duración está causada fundamentalmente por la gran cantidad de aceite y el hecho de que la tempera-30 tura de la manta calefactora tiene que ser limitada. La limitación está causada por el material plástico del que está hecho el recipiente, que puede soportar solamente una cierta temperatura, y lo más importante, porque el aceite vegetal perderá claramente calidad si se calienta demasiado. Asimismo, la presión del medio de calentamien-to (agua o vapor) no puede incrementarse más, dado que 5 los tubos en la manta calefactora y los accesorios no están dimensionados para sostener las cargas incrementa-das de una presión mayor.

Otro sistema de calentamiento se describe en US 2.522.948 utilizado para refrigerar agua o cualquier otro 10 líquido. El líquido se introduce por bombeo en un tanque a través de un cambiador de calor constituido por cierto número de tubos paralelos dentro de una carcasa. Una vez pasados los tubos, el líquido enfriado sale luego por el otro extremo abierto de la carcasa más alejado dentro del 15 tanque y se mezcla con el resto del líquido. El líquido se bombea desde una salida situada en el fondo del tanque y se hace circular hasta que se alcanza la temperatura deseada. Aunque el cambiador de calor puede utilizarse probablemente también para calentar, la bomba puede fun-20 cionar únicamente con líquidos y no con una sustancia que se encuentra inicialmente en parte solidificada y no bom-beable. Adicionalmente, el intercambio de calor entre el líquido que se ha sometido al intercambio de calor y la sustancia restante puede no ser muy eficaz, dado que el 25 líquido se hace circular meramente alrededor del sistema, y la mezcladura tiene lugar entonces únicamente cerca del extremo interior del cambiador de calor. Esto conduce a grandes diferencias de temperatura en puntos diferentes en el interior del tanque y un mayor tiempo de enfria-30 miento global. Asimismo, el sistema requiere una cantidad considerable de espacio fuera del tanque dado que el líquido, y por consiguiente la tubería, sale del tanque por un extremo y entra aproximadamente por el otro. Por tanto, se requieren diversos accesorios para el tanque y aberturas en el mismo, así como acceso a la parte princi-pal del exterior del tanque, lo cual no siempre es 5 práctico.

US 6.002.838 describe un tanque para almacenamiento y descarga de líquidos que se calientan durante la des-carga. El tanque está dividido en dos cámaras con una so-la abertura relativamente pequeña entre ambas y con un 10 cambiador de calor situado en la cámara más pequeña. El líquido se bombea a través del cambiador y fuera del mis-mo, donde algo del mismo se descarga inmediatamente, y el resto se bombea de nuevo a la cámara pequeña. Como sucede también en la patente descrita anteriormente, algo del 15 líquido se recircula para facilitar el calentamiento del fluido restante. Sin embargo, no se obtiene efecto de agitación alguno. Asimismo, el método arriba descrito im-plica el diseño especial de un tanque de almacenamiento con cámaras incorporadas, y el método no es aplicable por 20 consiguiente en tanques estándar. Finalmente, el método no puede resolver el problema de calentamiento de una sustancia que inicialmente no se encuentra en un estado bombeable.

Un dispositivo de calentamiento un tanto similar se 25 describe en US 3.856.078. En este caso, está dispuesto un cambiador de calor en una cámara separada y bien aislada térmicamente en la parte inferior de un tanque con una sola abertura al resto del tanque. Está dispuesta una bomba adyacente al extremo interior del cambiador de ca-30 lor y fuerza el fluido (especialmente aceites pesados) a pasar a lo largo de los tubos de vapor en el cambiador de calor y circular en cierto grado por el interior de la cámara térmicamente aislada. El calentamiento se conduce en paralelo con la descarga del fluido, dado que una par-te del fluido calentado se descarga directamente cuando se calienta mientras que otra parte entra de nuevo en el 5 tanque recirculando a lo largo del exterior del cambiador de calor pero todavía dentro de la cámara separada. Sin embargo, este dispositivo, como el primero, no está dise-ñado para calentar un tanque totalmente lleno de un flui-do sino para calentar una cantidad limitada al mismo 10 tiempo que se descarga.

Un objeto es conseguir que la temperatura de un tan-que totalmente lleno de una sustancia, que se encuentra inicialmente al menos en un estado parcialmente solidifi-cado, pueda aumentarse de modo relativamente rápido. Otro 15 objeto es obtener un aumento relativamente rápido de la temperatura, incluso cuando solamente está permitida una diferencia de temperatura limitada o temperatura máxima.

Objetos adicionales aparecerán a lo largo de la des-cripción. 20

La invención se refiere a un sistema que comprende un depósito adaptado para almacenar una sustancia, un cambiador de calor dispuesto con al menos una superficie cilíndrica oblonga en el interior del recipiente y medios de guía adaptados para guiar una sustancia a lo largo de 25 dicha superficie del cambiador de calor, comprendiendo dichos medios de guía un alojamiento dispuesto de modo esencialmente concéntrico alrededor de dicho cambiador de calor y que está adaptado para recibir un flujo de sus-tancia, donde el alojamiento comprende varias aberturas 30 dispuestas conforme a un patrón a lo largo de la longitud de dicho alojamiento para distribuir dicho flujo de sus-tancia cuando está presente.

Realizaciones preferidas del sistema de acuerdo con la invención son objeto de las reivindicaciones subordi-nadas 2-5. 5

La invención se refiere adicionalmente a un cambia-dor de calor que comprende una sección oblonga y sustan-cialmente cilíndrica adaptada para intercambio de calor con una sustancia, y medios de guía que comprenden un alojamiento dispuesto de modo esencialmente concéntrico 10 alrededor de dicho cambiador de calor y adaptado para re-cibir y guiar un flujo de dicha sustancia desde un extre-mo del alojamiento y a lo largo de dicha sección, caracterizado porque el alojamiento comprende cierto número de aberturas dispuestas en un patrón a lo largo de 15 la longitud de dicho alojamiento para eyectar dicho flujo de sustancia cuando está presente.

Realizaciones preferidas del cambiador de calor de acuerdo con la invención son objeto de las reivindicacio-nes subordinadas 7-11. 20

Un uso preferido del sistema es para fundir aceite o grasa solidificados comestibles. El aceite o grasa, de v.g. origen vegetal se produce a menudo cerca de planta-ciones, o en plantas de proceso, en localizaciones muy alejadas de los puntos de consumo de los mismos. Dichos 25 aceites o grasas se transportan por tanto por barco y pueden permanecer durante días o semanas en el camino, lo cual proporciona un tiempo adecuado para su enfriamiento por la temperatura ambiente hasta una temperatura infe-rior a la temperatura de fusión. Con objeto de vaciar los 30 recipientes que almacenan dicho aceite o grasa, el aceite o grasa tiene que fundirse para permitir su vaciado o bombeo.

Adicionalmente, dado que el cambiador de calor se encuentra en el interior del recipiente, el aparato re-quiere únicamente un mínimo de espacio tanto durante el 5 transporte del recipiente como durante el proceso de ca-lentamiento del mismo. El método de calentamiento puede utilizarse por tanto incluso en los casos en que el espa-cio libre es limitado. Además, el cambiador de calor de acuerdo con la invención entra únicamente y está montado 10 en el recipiente en un solo lugar, y por consiguiente no es necesario acceso a los otros lados del recipiente. Es-to es también muy ventajoso cuando se utiliza con una sustancia como p.ej. aceites o grasas comestibles que se vierten inicialmente en una bolsa flexible (Flexitank) 15 situada en el interior de un recipiente de embarque para la estabilidad y resistencia adicionales durante el transporte. En este caso, el acceso al Flexitank está li-mitado a un solo lado del Flexitank, justamente dentro de las aberturas del recipiente, pero utilizando la inven-20 ción descrita esto no causará problema alguno.

A continuación se describe la invención con referen-cia a los dibujos, que presentan ejemplos de realizacio-nes de la invención.

Fig. 1a muestra una vista lateral de un cambiador de 25

calor de acuerdo con la invención,

Fig. 1b muestra una vista frontal del cambiador de ca-lor presentado en Fig. 1a,

Fig. 2 muestra la sección Y-Y de Fig. 1b,

Fig. 3 muestra la sección X-X de Fig. 1a, 30

Fig. 4 muestra una vista en corte transversal de un

cambiador de calor instalado en un recipiente,

Fig. 5a muestra una vista en alzado de un cambiador de

calor instalado en un recipiente,

Fig. 5b muestra el detalle Z de Fig. 5a en formato am-

pliado,

Fig. 6 muestra un circuito simplificado para recircu- 5

lación de un medio de transmisión de calor a un

cambiador de calor,

Fig. 7 muestra un circuito simplificado para recircu-

lación de una sustancia,

Fig. 8 muestra una vista en corte correspondiente a 10

Fig. 2, donde se indican las direcciones de

flujo de un medio de transmisión de calor y de

una sustancia,

Fig. 9 muestra una realización de un cambiador de ca-

lor de acuerdo con la invención, 15

Fig. 10a muestra una realización de un cambiador de ca-

lor de acuerdo con la invención como se ve en

una vista lateral,

Fig. 10b muestra el cambiador de calor de Fig. 10a como

se ve en una vista desde arriba, 20

Fig. 10c muestra el cambiador de calor de Fig. 10a como

se ve en una vista desde un extremo.

Cierto número de tuberías diferentes se muestran en las figuras y se presentan sin soldaduras comunes, solda-25 duras fuertes, etc., para conexión y ensamblado de dichas tuberías. Dichas conexiones son, sin embargo triviales para la persona experta y por consiguiente se han omitido para simplificación. Las dimensiones relativas del cam-biador de calor de Fig. 1-3 y 9-10 se representan esen-30 cialmente a escala.

Fig. 1a y 1b muestran un cambiador de calor 2 que comprende medios de guía, que incluyen un alojamiento 6 con aberturas 7. El cambiador de calor 2 comprende adi-cionalmente aberturas 18, 19, 20, 21 y 24. Las aberturas 19 y 20 están adaptadas para conexión de medios de origen 5 para transmisión de calor a o desde el cambiador de ca-lor, v.g. agua caliente o vapor reciclados al cambiador de calor 2 por las aberturas. Para formar caminos de flu-jo interno en el cambiador de calor 2, se proporcionan las secciones de tubo 31-33. El cambiador de calor com-10 prende adicionalmente una pieza de salida 29 que tiene una abertura 24 que está conectada a la abertura 18. La pieza de salida 29 comprende una sección cilíndrica 14 adaptada para recibir un acoplamiento.

Fig. 2 y 3 representan un cambiador de calor 2 que 15 comprende una sección cilíndrica oblonga 4 formada por una tubería 8 con un primer extremo 9 y un segundo extre-mo 10. La tubería 8 está conectada a una tubería 32 y desde ella a una abertura 20. En el interior de la tuber-ía 8 está dispuesta una segunda tubería 15 que tiene un 20 primer extremo abierto 16 situado junto al primer extremo cerrado 10. La tubería 15 está al lado de un segundo ex-tremo 17 conectado a una tubería 33, que se extiende hacia arriba en una abertura 19. La tubería 8 está rodea-da concéntricamente por un medio de guía, que en este ca-25 so es un alojamiento 6 formado por una tubería que tiene varias aberturas 7, apuntando dichas aberturas preferi-blemente hacia arriba y hacia los lados. El alojamiento 6 está conectado a una tubería 31 y desde ella a una aber-tura 21. Una pieza de salida 29 está unida alrededor del 30 alojamiento 6 y comprende una abertura 24. La pieza de salida 29 comprende adicionalmente una conexión a una abertura 18.

Fig. 4 muestra un cambiador de calor 2 que tiene un alojamiento 6 y una superficie cilíndrica oblonga 4 así como una pieza de salida 29 que comprende una sección 5 cilíndrica 14. El cambiador de calor 2 está unido a una pared 25 de un recipiente no representado, extendiéndose el alojamiento 6 y la superficie 4 una cierta longitud L en el interior del recipiente. La longitud L corresponde con preferencia esencialmente a la longi-10 tud/profundidad/anchura del recipiente con objeto de me-jorar la función del cambiador de calor cuando se activa. El cambiador de calor 2 está conectado a una tubería 23 con un acoplamiento no representado v.g. un acoplamiento Straub, que cierra eficazmente cualquier abertura entre 15 la tubería 23 y la sección cilíndrica 14 de la pieza de salida 29. La tubería 23 está conectada a bridas 27 y 26, que están unidas a la pared 25. Se utilizan pernos 28 pa-ra fijar la tubería 23. De este modo, una abertura 24 no presentada - véase v.g. Fig. 2 - puede recibir sustancia 20 procedente del recipiente por la tubería 23. En Fig. 5a y 5b un cambiador de calor 2 está unido por bridas 26 y 27 a una pared 25 de un recipiente 34. Un alojamiento 6 y una superficie cilíndrica oblonga 4 se extienden en el recipiente 34. 25

Fig. 6 representa un cambiador de calor 2 dispuesto como se representa en Fig. 5a y 5b. Un recipiente 34, un alojamiento 6 y una superficie cilíndrica oblonga 4 se han omitido por simplificación. Un medio de transmisión de calor se calienta en una caldera alimentada v.g. con 30 aceite 44 y se transporta por una conexión 37 a una aber-tura 20. Están provistas válvulas de cierre 35 y 36 por las aberturas 19 y 20. El medio de transmisión de calor sale por una abertura 19 y se transporta a una bomba de transferencia 42 por una conexión 38. Desde la bomba de transferencia, el medio de transmisión de calor se trans-porta de nuevo a la caldera 44 por una conexión 39. Un 5 recipiente de expansión 43 está conectado a la conexión 38 por una conexión 40. Diversos accesorios, válvulas, etc., que son triviales para la persona experta se omiten por simplificación. La dirección de transporte del medio de transmisión de calor a través del cambiador de calor 10 puede invertirse, por supuesto.

En Fig. 7, la sustancia se bombea por medio de una bomba centrífuga 48 a una abertura 21 en el cambiador de calor 2 por una conexión 50. Están provistas válvulas de cierre 45 y 46 por las aberturas 18 y 21. Un indicador de 15 temperatura 47 monitoriza la temperatura de la sustancia. La sustancia procedente del recipiente sale a través de la abertura 18 y se envía de nuevo a la bomba centrífuga 48 por una conexión 49. Diversos accesorios, válvulas, etc., que son triviales para la persona experta se omiten 20 también en este caso por simplificación.

Debe entenderse que las piezas externas presentadas tanto en Fig. 6 como en Fig. 7 estarán conectadas si-multáneamente para la operación del cambiador de calor 2. El uso de dos figuras separadas se hace únicamente por 25 simplificación. Los medios para controlar la caldera 44, la bomba de transferencia 42 y la bomba centrífuga 48 no se representan.

En una realización ulterior de la invención, puede aplicarse al sistema externo un cambiador de calor adi-30 cional, sea antes o después de los medios de bombeo, ace-lerando con ello el proceso de calentamiento.

Fig. 8 muestra un cambiador de calor 2 que comprende una sección cilíndrica oblonga 4 formada por una tubería 8 con un primer extremo 9 y un segundo extremo cerrado 10. La tubería 8 está conectada a una tubería 32 y desde ella a una abertura 20. Dentro de la tubería 8 se encuen-5 tra una segunda tubería 15 que tiene un primer extremo abierto 16 dispuesto al lado del primer extremo cerrado 10. La tubería 15 está próxima a un segundo extremo 17 conectado a una tubería 33, que se extiende hacia arriba en el interior de una abertura 19. Un medio de transmi-10 sión de calor se introduce a través de la abertura 20 y se transporta en la dirección indicada por las flechas A. Cerca del segundo extremo cerrado 10 de la tubería 8, la dirección del medio de transmisión de calor se invierte entrando en la segunda tubería 15 por su primer extremo 15 abierto 16. El medio de transmisión de calor sale a través de la abertura 19 en la dirección indicada por la flecha B. La tubería 8 está rodeada concéntricamente por un medio de guía, que en este caso es un alojamiento 6 formado por una tubería provista de varias aberturas 7, 20 apuntando preferiblemente dichas aberturas hacia arriba y hacia los lados. El alojamiento 6 está conectado a una tubería 31 y desde ella a una abertura 21. La sustancia entra por la abertura 21 y es transportada hacia las aberturas 7 en el interior del alojamiento 6, desde donde 25 la sustancia es desalojada lejos del cambiador de calor 2. Las direcciones de flujo se indican por las flechas C. De este modo se deja que la sustancia intercambie prime-ramente calor con el medio de transmisión de calor por la superficie 4, después de lo cual la misma es desplazada a 30 través de las aberturas 7 para obtener un efecto de agi-tación en la sustancia que rodea el cambiador de calor. Una pieza de salida 29 está conectada alrededor del alo-jamiento 6 y comprende una abertura 24. La pieza de sali-da 29 comprende adicionalmente una conexión con una abertura 18. La sustancia que rodea el cambiador de calor puede verterse con ello a través de la abertura 18 por la 5 abertura 24 en la pieza de salida 29. Las aberturas 7 pueden estar provistas de toberas para aumentar la velo-cidad de la sustancia a fin de mejorar el efecto de agi-tación.

Normalmente, está montado un cambiador de calor 2 en 10 un recipiente, tal como un Flexitank hecho esencialmente de un material polímero. Las válvulas de cierre están montadas en las aberturas 18-21. Una sustancia bombeable se introduce luego en el recipiente preferiblemente por la abertura 18, o alternativamente por una abertura si-15 tuada en la parte superior del recipiente. El aire atra-pado en el recipiente se expulsa a la atmósfera v.g. mediante el uso de una válvula de sangrado. Después del llenado del recipiente, la pieza de salida 29 y el aloja-miento 6 se llenarán con la sustancia. El recipiente pue-20 de ponerse entonces en una sala de almacenamiento o transportarse a un lugar diferente, pudiendo solidificar-se con el tiempo la sustancia para dar una consistencia no bombeable. Si sucede esto, se hace circular durante cierto tiempo un medio calentado, v.g. agua caliente, a 25 través de los tubos 8 y 15 como se ha descrito arriba con respecto a Fig. 8. Esto reconstituye al menos la sustan-cia en el alojamiento 6 y la pieza de salida 29 a una viscosidad bombeable, y se inicia la circulación de la sustancia. La circulación de la sustancia se ha descrito 30 arriba con respecto a Fig. 8. Cuando la sustancia sale de las aberturas 7 en el alojamiento 6, la presión en el alojamiento se transforma en energía cinética del fluido. La sustancia se desplaza en este caso a una velocidad que depende de la presión añadida por la bomba y en direccio-nes sustancialmente radiales con relación al alojamiento. De este modo la sustancia, después del intercambio de ca-5 lor, puede influir en sustancias solidificadas a cierta distancia del cambiador de calor 2 y mejorar con ello la transmisión de calor. La dirección en la que se desplaza la sustancia y la velocidad de desplazamiento de la misma están controladas por la ubicación y las dimensiones de 10 las aberturas 7. De este modo se logra un efecto de agi-tación, análogamente al que se obtiene cuando la sustan-cia calentada se mezcla con la sustancia remanente no sólo justamente alrededor del cambiador de calor sino en el depósito entero. Esto mejora notablemente la transmi-15 sión de calor comparada con una transmisión de calor a través de una sustancia estancada. El efecto de agitación puede obtenerse por conformación de las aberturas 7 en forma de orificios relativamente pequeños comparados con las dimensiones de la tubería. La abertura podría estar 20 provista también de toberas para aumentar aún más la energía cinética de la sustancia desplazada. Después de haber obtenido una viscosidad apropiada de algo o la to-talidad de la sustancia, puede eliminarse del recipiente una cantidad deseada de la sustancia, v.g. por bombeo o 25 por el uso de gravedad, por ejemplo por inclinación del recipiente.

Como alternativa a la circulación de un medio de transmisión de calor en el cambiador de calor, el cambia-dor de calor puede estar provisto de un elemento de cale-30 facción eléctrica incorporado.

En Fig. 9 se muestra una realización de un cambiador de calor 2. Como en las realizaciones anteriores, el cam-biador de calor 2 comprende una sección cilíndrica oblon-ga 4 que se extiende en el interior del recipiente (no representada) análogamente a como se ilustra en Fig. 5a y 5 de una longitud total correspondiente a las dimensiones del recipiente. El líquido de calentamiento fluye dentro de la sección cilíndrica oblonga 4 calentando la sustan-cia en el alojamiento 6 que rodea la sección cilíndrica 4. El medio de calentamiento, v.g. agua o vapor, entra en 10 el cambiador de calor y sale del mismo a través de las aberturas 19, 20. La sustancia bombeada entra en el alo-jamiento 6 a través de la abertura 21 y sale del aloja-miento 6 por varias aberturas u orificios 7 que actúan como toberas que transforman la energía de presión de la 15 sustancia dentro del alojamiento en energía cinética. Una sección transversal del alojamiento 6 se muestra en una ampliación de la figura. En ésta puede verse en detalle la disposición de las aberturas 7. Dichos orificios (de los cuales se muestran solamente unos cuantos por simpli-20 ficación) están situados en diversas posiciones a lo lar-go de toda la longitud del alojamiento 6. Las posiciones y los tamaños de los orificios determinan la dirección resultante de la sustancia desplazada junto con su velo-cidad. Los orificios están situados por tanto de tal ma-25 nera que obtengan una agitación y mezcladura máximas de la sustancia en todos los puntos del recipiente. Como el cambiador de calor 2 representado en Fig. 9 está diseñado para ser montado cerca del fondo de un recipiente y un poco a un lado, los orificios 7 están dispuestos en el 30 lado superior del alojamiento 6. Adicionalmente, el diá-metro de una abertura 90 está diseñado para obtener la velocidad máxima de la sustancia desplazada donde la dis-tancia desde la abertura a la pared del recipiente es la máxima. Para aumentar ulteriormente el efecto de tobera de las aberturas, los bordes de las aberturas pueden cor-tarse con láser, con lo cual se evitan las rebabas. 5

Como se ha descrito anteriormente, la sustancia se extrae del recipiente por la abertura 24 en la pieza de salida 29 y abandona el cambiador de calor por la abertu-ra 18. En esta realización, la pieza de salida 29 llega hasta cierta distancia en el recipiente y está equipada 10 con numerosos pequeños orificios 91 que pueden verse en la vista desplegada insertada en Fig. 9. Los pequeños orificios impiden que la pieza de salida 29 se colapse o se doble debido a la diferencia de presión entre la sus-tancia dentro y fuera de la pieza de salida. El cambiador 15 de calor 2 está montado sobre el recipiente en las bridas 26 y 27 por medios convencionales, tales como pernos o análogos.

Una realización similar de un cambiador de calor 2 se muestra en las Figuras 10a-c en una vista lateral, 20 desde arriba y desde un extremo, respectivamente. La sus-tancia entra en el cambiador de calor y sale del mismo como se describe en Fig. 9. En esta realización, el medio de calentamiento pasa por la abertura 19 a través de una tubería 93 conectada a una segunda tubería 94 esencial-25 mente paralela a la primera y sale a través de la abertu-ra 20. Esto se aprecia con mayor claridad en Fig. 10b. Las tuberías 93, 94 discurren en el interior del aloja-miento 6 en toda su longitud. Esta realización alternati-va es ventajosa en el sentido de que proporciona una alta 30 eficiencia de calentamiento y su fabricación es sencilla y económica.

Ejemplo 1

Un tanque de acero de 1 x 1 x 1 m con un volumen de 1 m3 está provisto de un cambiador de calor que tiene un diseño correspondiente a las Figs. 1-3 y 8. El alojamien-to 6 está hecho de una tubería de acero de 83 x 80 mm 5 (diámetro interior 80 mm y diámetro exterior 83 mm). La tubería 8 está hecha de un tubo de acero de 63 x 60 mm, y la tubería 15 está hecha de un tubo de acero de 32 x 30 mm. La longitud L es 0,9 m, y el alojamiento 6 está pro-visto de dos aberturas 7 orientadas hacia arriba y cuatro 10 aberturas 7 orientadas lateralmente (dos en cada lado), teniendo dicha abertura 7 un diámetro de 10 mm. Se carga-ron en el tanque de acero 800 kg de ConfaoTM 35 (suminis-trador: Aarhus United, 8000 Aarhus, Dinamarca). ConfacTM 35 es una grasa de repostería basada en aceites vegetales 15 hidrogenados de origen no láurico, con los valores típi-cos siguientes:

- Punto de fusión de deslizamiento = 37ºC (según AOCS Cc 3-25)

- Ácidos grasos trans = 43% (según IUPAC 2.304) 20

Los aceites vegetales tienen típicamente los valores siguientes relacionados con el calor:

- Grasas líquidas: contenido de calor específico = 2,1 kJ/(kgK)

- Calor de fusión = 185-210 kJ/kg 25

Después de llenado, el tanque se almacena durante tres días en una sala de almacenamiento que tiene una temperatura de 5 grados Celsius, con lo cual se solidifi-ca el aceite. El agua caliente utilizada como medio de transmisión de calor se hace circular en el cambiador de 30 calor como se describe con respecto a Fig. 6. Después que el aceite solidificado se funde en el cambiador de calor, se inicia el desplazamiento y la circulación del aceite fundido y continúa hasta que todo el aceite ha fundido y se obtiene una temperatura uniforme del aceite.

Se realizaron tres operaciones con una temperatura del medio de transmisión de calor (agua) de 90ºC, 75ºC y 5 65ºC, respectivamente. El caudal de agua a través del cambiador de calor era aproximadamente 1 litro/segundo. Se realizó una cuarta operación con vapor de agua como medio de transmisión de calor, a una presión de 1,8 bares y que tenía una temperatura de 131ºC. En las cuatro ope-10 raciones, se registró la temperatura del aceite en el tanque al principio y al final. Se registró también el tiempo utilizado.

Tabla 1. Resultados de las operaciones de test

Temperatura del medio de transmisión de calor

Temp. inicial del aceite [ºC] Temp. de acabado del aceite* [ºC] Tiempo hasta la fusión [horas]

agua a 90ºC

11,9 39,5 6,33

agua a 75ºC

11,9 38,1 8,33

agua a 65ºC

11,9 36,4 10,50

vapor a 1,8 bares

9,7 36,4 3,33

* Temperatura del aceite en el momento en que está totalmente fundido, que se determina por inspección visual.

15

Ejemplo 2

Un Flexitank de 24.000 l, multicapa y de un solo uso, de Braid & Co. se introdujo en un contenedor seco de 20 pies (6,1 m). El Flexitank estaba provisto de un cam-biador de calor y unidad de agitación como se ilustra en 20 Fig. 5a. El cambiador de calor (véase Fig. 8) tenía una longitud de 5,3 metros y el diámetro era 84 mm. El aloja-miento cilíndrico exterior tenía 20 aberturas de 10 mm distribuidas uniformemente en ambos lados y en la parte superior para distribuir el flujo de material.

El Flexitank se llenó luego con 17,5 toneladas métricas de ShokaoTM 94 (Aarhus United, Dinamarca). ShokaoTM 94 es un sucedáneo de manteca de cacao basado en aceite no láu-5 rico fraccionado y no hidrogenado, con un punto de fusión de 32ºC). La grasa es polimórfica y se comporta como la manteca de cacao. Para enfriar y cristalizar la grasa, el contenedor se dejó al aire libre durante 6 semanas a una temperatura media de aproximadamente 2ºC. El cambiador de 10 calor estaba provisto de medios de calentamiento como se ilustra en Fig. 6. La bomba de la posición 42 era una Grundfoss CP8-40 ajustada para circulación de agua a un caudal de 11 m3/h. El cambiador de calor estaba provisto además de medios de circulación como se ilustra en Fig. 15 7. La bomba de la posición 48 era una KSB Etachrom bC032-125/302 ajustada para un caudal de 15 m3/h. Se instalaron sondas de temperatura en las tuberías de circulación del agua y del material de test. Se instaló asimismo una son-da en la parte superior del Flexitank. Todas las tempera-20 turas se registraron simultáneamente a intervalos de 10 minutos.

El test se inició el día 24 de febrero de 2004, y el procedimiento de puesta en marcha fue como se describe en el Ejemplo 1. Se obtuvieron los resultados siguientes: 25

Tiempo en horas

Temperatura del agua de calenta-miento en ºC Temperatura del aceite circulante en ºC Temperatura en la parte superior del Flexitank en ºC

5

80,4 42,9 7,7

10

80,4 39,3 5,7

15

71,0 39,3 4,6

20

77,7 39,3 4,6

25

80,4 39,3 8,4

30

75,0 39,3 14,5

35

72,3 39,3 32,2

40

72,3 39,3 33,3

45

76,3 40,5 34,1

50

72,3 42,9 36,5

En el intervalo de tiempo de 10 a 40 horas, la masa fundida se mantiene en un estado estacionario como se in-dica por una temperatura constante del aceite circulante. Adicionalmente, puede verse que la mayor parte del mate-5 rial se funde en el intervalo de tiempo de 35 a 40 horas, como se indica por una temperatura igual o superior al punto de fusión del material en la parte superior del Flexitank. Durante la inspección se comprobó que quedaba una capa de sólo aproximadamente 1 cm de material sólido 10 en el extremo alejado del Flexitank.

Al final del test, se vertió la sustancia, dejando aproximadamente 30 kg de sustancia en el Flexitank.

Ejemplo 3

Este ejemplo es básicamente una continuación del 15 Ejemplo 2, con la excepción de que el cambiador de calor y la unidad de agitación están optimizados, y se ha in-corporado un cambiador de calor externo en el circuito de la sustancia fundida a fin de aumentar la transmisión de calor. Adicionalmente, la sustancia se desplazó a otro 20 contenedor para demostrar la aplicabilidad industrial del concepto de inventiva utilizado con una sustancia de ca-lidad grado alimentario que es propensa a degradarse du-rante la manipulación.

Un Flexitank de 24.000 litros, multicapa, y de un solo 25 uso, de Braid & Co., se introdujo en un contenedor seco de 20 pies (6,1 m). El Flexitank estaba provisto de un cambiador de calor y unidad de agitación como se ilustra en Fig. 5a. El cambiador de calor (véanse Figs. 9 y 10 a-c) tenía una longitud de 5,3 metros y el diámetro era 76 mm. El alojamiento cilíndrico exterior tenía 35 aberturas u orificios que servían como toberas simples distribuidas 5 uniformemente a ambos lados y en la parte superior en po-siciones situadas a lo largo de toda la longitud del alo-jamiento para distribuir el flujo de material. Las aberturas del alojamiento eran de diámetro diferente y están posicionadas a fin de garantizar un efecto de agi-10 tación a fondo de la sustancia (véase Fig. 9). El Flexi-tank se llenó luego con 20,5 toneladas métricas de IllexaoTM 30-61 (Aarhus United, Dinamarca). IxellaoTM 30-61 es un sucedáneo de manteca de cacao basado en ácidos exóticos fraccionados y no hidrogenados, con un punto de 15 fusión de deslizamiento de 34ºC). La grasa es polimórfica y se comporta como la manteca de cacao. Después del en-friamiento, el recipiente se transportó como una carga normal en contenedores dirigida a Brasil. A su llegada, el recipiente se dispuso en un área provista de techo, y 20 el cambiador de calor se dotó de medios de calentamiento como se ilustra en Fig. 6 y se insertó un cambiador de calor externo en el circuito de la sustancia circulante fundida (Fig. 7).

El calentamiento y la fusión de la sustancia se rea-25 lizaron con los parámetros siguientes:

- Temperatura exterior - aproximadamente 20ºC (noche) y 35ºC (día)

- Caudal de agua de calentamiento - 12 m3/h

- Caudal de sustancia fundida circulante - 15 m3/h. 30

Se instalaron sondas de temperatura en las líneas de agua circulante y sustancia fundida. Se instaló también una sonda en la parte superior del Flexitank. Todas las temperaturas se registraron simultáneamente a intervalos de 3 minutos. El test se inició el día 11 de enero de 2005, y el procedimiento de puesta en marcha fue como se describe en el Ejemplo 1. Se obtuvieron los resultados 5 siguientes:

Tiempo en horas

Temperatura del agua de calentamiento * en ºC Temperatura de la sustancia circulante en ºC Temperatura en la parte superior del Flexitank en ºC

5

80 30 30

10

80 53 30

15

80 51 30

20

80 53 52

22,5

80 57 57

25

80 63 65

* Intervalo del termostato ± 10 °C.

En el intervalo de tiempo de las 10 a las 20 horas, la masa fundida se encuentra en estado estacionario como se indica por una temperatura constante del aceite circu-10 lante. Adicionalmente, puede verse que el grueso del ma-terial está fundido al cabo de 20 horas como se indica por una temperatura prácticamente idéntica de la sustan-cia circulante y en el extremo superior del Flexitank. Después de la descarga de la sustancia fundida, una ins-15 pección reveló que quedaban en el Flexitank menos de 25 kg.

Los valores analíticos medidos antes de la carga y después de la fusión demostraron que la sustancia no ha-bía sufrido pérdida alguna de calidad a lo largo del pro-20 cedimiento de manipulación completo. Únicamente se re-gistró una degradación insignificante por oxidación o degradación térmica.

Ejemplo 4 (referencia)

Éste es un ejemplo de referencia basado en el proce-dimiento de la técnica anterior de uso corriente en el procedimiento de esta invención.

En este caso, se introduce un Flexitank de 24.000 l, 5 multicapa y de un solo uso en un contenedor seco de 20 pies (6,1 m) sobre una manta calefactora conocida también como almohadillas de calentamiento. El Flexitank se llena luego con CebesRM 30-86 (Aarhus United, Dinamarca). Ce-besTM 30-86 es un sucedáneo de la manteca de cacao basado 10 en aceite de almendra de palma fraccionado e hidrogenado, con un punto de fusión de deslizamiento de 35ºC. Después de enfriar, el recipiente se transporta por barco como un cargamento normal en contenedores a Australia.

A su llegada, los tubos de las almohadillas de ca-15 lentamiento se conectan a bucles de agua de calentamiento circulante. El calentamiento y la fusión de la sustancia se realizan con los parámetros siguientes:

- Caudal de agua de calentamiento – 2,5 m3/h con una caída de presión de 2,3 bares. 20

- Temperatura de entrada del agua de calentamiento 85ºC

- Temperatura de salida del agua de calentamiento 60ºC.

El calentamiento se continúa hasta que todo el mate-25 rial se encuentra en estado líquido y listo para su des-carga. Los resultados que siguen son los registros medios basados en aproximadamente 240 suministros como se ha descrito arriba.

30

Parámetro

Verano Invierno

Temperatura ambiente diurna

28ºC 15ºC

Temperatura ambiente nocturna

15ºC 3ºC

Tiempo de fusión en horas

70 90

Por los resultados es evidente que este método de manipulación a granel de líquidos, que son sólidos a la 5 temperatura ambiente, es ineficaz y por consiguiente co-rrespondientemente costoso.

Definición

Siempre que se menciona una sustancia en el presente contexto, debe entenderse en un sentido amplio que com-10 prende cualquier material o combinación de materiales, que al menos en una condición tiene una viscosi-dad/consistencia en la que la sustancia puede ser despla-zada por medios de bombeo conocidos. Una lista no exhaustiva de tales sustancias incluye: 15

- aceites o grasas vegetales

- aceites o grasas comestibles

- alcoholes grasos

- poliglicoles

- petrolatum 20

- cera de parafina

- caucho natural o sintético

- resinas.

Debe entenderse que la invención, tal como se des-cribe en la descripción y en las figuras, puede modifi-25 carse y cambiarse estando todavía dentro del alcance la invención como se reivindica a continuación.

Claims (12)

1. REIVINDICACIONES
2. 1.- Un sistema que comprende un recipiente adaptado para almacenar una sustancia, un cambiador de calor (2) dispuesto con al menos un superficie cilíndrica oblonga 5 (4) en el interior del recipiente y medios de guía adap-tados para guiar una sustancia a lo largo de dicha super-ficie del cambiador de calor (2), comprendiendo dichos engaños de día un alojamiento (6) dispuesto de modo esen-cialmente concéntrico alrededor de dicho cambiador de ca-10 lor y que está adaptado para recibir un flujo de sustancia, caracterizado porque el alojamiento (6) com-prende varias aberturas (7) dispuestas con arreglo a un patrón a lo largo de la longitud de dicho alojamiento pa-ra distribuir dicho flujo de sustancia cuando está pre-15 sente.
3. 2.- Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el cambiador de calor (2) está configurado por un lado inferior del recipiente.
4. 3.- Un sistema de acuerdo con la reivindicación 1 ó 20 2, en donde el cambiador de calor (2) está adaptado con medios conectantes para conexión a medios de bombeo a fin de proporcionar dicho flujo de sustancia.
5. 4.- Un sistema de acuerdo con cualquiera de las rei-vindicaciones 1-3, en donde el recipiente está adaptado 25 para transportar al menos una sustancia a granel, que in-cluye al menos un líquido en estado fluido y/o solidifi-cado.
6. 5.- Un sistema de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde el recipiente es de un ti-30 po constituido esencialmente por material polímero.
7. 6.- Un cambiador de calor (2) que comprende una sec-ción oblonga y sustancialmente cilíndrica (4) adaptada para intercambio de calor con una sustancia, y medios de guía que comprenden un alojamiento (6) dispuesto de modo esencialmente concéntrico alrededor de dicha sección 5 cilíndrica (4) y adaptado para recibir y guiar un flujo de dicha sustancia desde un extremo de dicho alojamiento y a lo largo de dicha sección, caracterizado porque el alojamiento comprende cierto número de aberturas (7) dis-puestas con arreglo a un patrón a lo largo de toda la 10 longitud de dicho alojamiento para eyectar dicho flujo de sustancia cuando está presente.
8. 7.-Un cambiador de calor (2) de acuerdo con la rei-vindicación 6, en donde el cambiador de calor comprende medios de acoplamiento adaptados para conectar el cambia-15 dor de calor a una brida o un extremo de una tubería.
9. 8.- Un cambiador de calor (2) de acuerdo con la rei-vindicación 6 ó 7, en donde la sección cilíndrica es una primera tubería que comprende un primer y un segundo ex-tremos, cuyo segundo extremo está cerrado, y donde está 20 dispuesta una segunda tubería de modo sustancialmente concéntrico en el interior de la sección cilíndrica, es-tando posicionada dicha segunda tubería con un primer ex-tremo junto al segundo extremo de la sección cilíndrica y un segundo extremo junto al primer extremo de la sección 25 cilíndrica, donde un medio de transporte de calor puede transportarse desde el segundo al primer extremo de la segunda tubería y continuar desde el segundo al primer extremo de la sección cilíndrica.
10. 9.- Un cambiador de calor (2) de acuerdo con la rei-30 vindicación 8, en donde el segundo extremo de la segunda tubería está conectado a medios para recibir un medio de transporte de calor, y el primer extremo de la sección cilíndrica está conectado a medios para recirculación de dicho medio de transporte de calor.
11. 10.- Un cambiador de calor (2) de acuerdo con la reivindicación 6 ó 7, en donde la sección cilíndrica com-5 prende dos tuberías esencialmente paralelas conectadas en sus extremos interiores y donde un medio de transporte de calor puede ser transportado a través de dichas tuberías conectadas.
12. 11.- Un cambiador de calor (2) de acuerdo con cual-10 quiera de las reivindicaciones 6-9, donde el cambiador de calor comprende al menos una abertura adaptada para des-cargar la sustancia de una parte del cambiador de calor al exterior a través de dicha abertura, comprendiendo di-cha parte del cambiador de calor una abertura adaptada 15 para recibir sustancia, cuando el cambiador de calor está instalado en un recipiente que comprende dicha sustancia.