ES2948777B2 - Dispositivo para transmitir vibraciones mecánicas a medios fluidos - Google Patents

Dispositivo para transmitir vibraciones mecánicas a medios fluidos Download PDF

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Description

DESCRIPCIÓN
DISPOSITIVO PARA TRANSMITIR VIBRACIONES MECÁNICAS A MEDIOS
FLUIDOS
La invención se refiere a un dispositivo para transmitir vibraciones mecánicas a medios fluidos.
Antecedentes de la invención
Un resonador se puede excitar hasta una vibración resonante en cualquier punto de la superficie, en cualquier número de puntos de la superficie o en una o más superficies parciales. Un resonador puede presentar varias frecuencias de resonancia. La frecuencia de resonancia de un resonador puede verse afectada, entre otras cosas, por el material, la geometría y la temperatura del resonador y por su contacto con un medio fluido.
La potencia mecánica transmitida desde un resonador a un medio fluido a través de un área activa depende, entre otras cosas, de las propiedades del medio fluido, tales como, por ejemplo, temperatura, viscosidad o presión, del tamaño del área activa y de la amplitud normal de los puntos de área activa.
Para algunas aplicaciones, es deseable una amplitud normal sustancialmente uniforme para todos los puntos de área activa.
Se conocen resonadores que, en caso de vibración resonante, presentan una amplitud normal sustancialmente uniforme en segmentos de las áreas activas en los que el vector de amplitud de los puntos de área activa es sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa.
Descripción de la invención
La invención se basa en un dispositivo para transmitir vibraciones mecánicas a medios fluidos. El dispositivo según la reivindicación 1 está caracterizado por que las amplitudes normales de los puntos de área activa de un resonador son sustancialmente uniformes en el caso de una vibración resonante y un vector de amplitud en los puntos de área activa de más del 50 por ciento de un área activa no es sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa.
La invención permite transmitir vibraciones con una amplitud efectiva sustancialmente uniforme por una gran parte de la superficie del resonador que está en contacto con el medio fluido. El resonador está diseñado de tal manera que, en el caso de una vibración resonante, para una gran parte del área activa del resonador, el vector de amplitud de los puntos de área activa no sea sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa y de tal manera que la amplitud normal resultante de los puntos de área activa sea sustancialmente uniforme.
Además, se prefieren las formas de realización a) a m) mencionadas en los siguientes párrafos, en particular también en cualquier combinación de dos o más de estas formas de realización:
a) La vibración resonante se sitúa en el intervalo de 15 kilohercios a 60 kilohercios.
b) El resonador tiene sustancialmente forma de varilla.
c) El resonador presenta simetría de rotación. El diámetro máximo del resonador se sitúa preferentemente entre 30 milímetros y 120 milímetros. d) El máximo de las amplitudes de los puntos de área activa de un resonador se sitúa entre 1 y 100 micrómetros.
e) El resonador es de una sola pieza.
f) El resonador es de un material metálico. Alternativamente, el resonador puede ser de un material no metálico.
g) El área activa del resonador es de 10 centímetros cuadrados a 4500 centímetros cuadrados.
h) La potencia transmitida desde el resonador a través del área activa a un medio fluido mediante vibraciones mecánicas resonantes es de 100 a 16.000 vatios.
i) El resonador está conectado mecánicamente a un excitador de vibraciones.
j) El resonador está conectado mecánicamente a un excitador de vibraciones electromecánico, que convierte vibraciones eléctricas piezoeléctrica o magnetoestrictivamente en vibraciones mecánicas. k) El resonador está conectado mecánicamente a otro resonador.
l) Más del 80 por ciento del área activa presenta una amplitud normal en un intervalo del -20 por ciento al 20 por ciento alrededor del valor promedio. De manera particularmente preferente, más del 85 por ciento del área activa presenta una amplitud normal en un intervalo del -15 por ciento al 15 por ciento alrededor del valor promedio.
m) El vector de amplitud de los puntos de área activa de más del 70 por ciento del área activa no es sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa. Preferentemente, el vector de amplitud de los puntos de área activa de más del 80 por ciento del área activa no es sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa. De manera especialmente preferente, el vector de amplitud de los puntos de área activa de más del 90 por ciento del área activa no es sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa.
n) La parte de la superficie del resonador que delimita el resonador que está en contacto con el aire ambiente, refrigerante o gas comprimido, gas protector o gas inerte no se considera parte del área activa.
Definiciones y términos
Medios fluidos(medio, medios) son, por ejemplo, fluidos, gases, líquidos, masas fundidas, plasma, gases supercríticos, metales líquidos, dispersiones, emulsiones, suspensiones celulares, pastas, pigmentos, polímeros, resinas y nanomateriales o mezclas de los anteriores. Los medios fluidos pueden presentar viscosidades variables de 0 centipoises a 30.000.000.000 centipoises, preferentemente de 0,1 centipoises a 1.000.000 centipoises, por ejemplo, de 200 centipoises.
Punto de resonadores un elemento del resonador. El resonador es el conjunto de todos los puntos de resonador.
Punto de la superficie(punto de la superficie del resonador) es un punto ubicado sobre la superficie del resonador que delimita el resonador. La superficie del resonador es el conjunto de todos los puntos de la superficie del resonador. La superficie del resonador puede ser de 0 centímetros cuadrados a 100.000 centímetros cuadrados, preferentemente de 10 centímetros cuadrados a 5.000 centímetros cuadrados, por ejemplo, de 1.000 centímetros cuadrados.
Área activaes la parte de la superficie del resonador que delimita el resonador que está en contacto con un medio fluido o con varios medios fluidos. El área activa puede ser de 0 centímetros cuadrados a 95.000 centímetros cuadrados, preferentemente de 10 centímetros cuadrados a 4.500 centímetros cuadrados, por ejemplo, de 950 centímetros cuadrados.
Punto de área activaes un punto ubicado en la parte de la superficie del resonador que delimita el resonador que está en contacto con un medio fluido.
Potencia efectivaes la potencia transmitida desde el resonador a través del área activa a un medio fluido mediante vibraciones mecánicas resonantes. La potencia efectiva puede ser de más de 1 vatio, preferentemente de 10 vatios a 24.000 vatios, por ejemplo, de 4.000 vatios.
Vibracionesson vibraciones mecánicas con una frecuencia de trabajo de 0,1 kilohercios a 100 kilohercios, preferentemente de 15 kilohercios a 60 kilohercios, por ejemplo, de 20 kilohercios. Durante la vibración, los puntos de resonador se mueven regularmente alrededor de una posición de reposo.
Posición de reposo(posición de equilibrio) es la posición de todos los puntos de resonador en ausencia de vibraciones.
Desviación de la vibración(desviación) indica la distancia momentánea de un punto de resonador con respecto a su posición de reposo. La desviación de la vibración para cada punto de la superficie se puede describir mediante una combinación de la desviación a lo largo de los ejes X, Y y Z.
Amplitudes la magnitud de la mayor distancia posible de un punto de resonador con respecto a su posición de reposo en el movimiento efectuado por este punto de resonador durante la desviación.
Laposición de un punto de resonadorse indica mediante su vector de posición (por ejemplo, coordenadas cartesianas).
Elvector de amplitudde un punto de resonador se obtiene restando el vector de posición del punto de resonador en la posición de reposo al vector de posición del punto de resonador en el momento de la mayor distancia posible con respecto a su posición de reposo.
Unvector normal(vector perpendicular) es un vector que es ortogonal (es decir, perpendicular, en ángulo recto) a una recta, curva, plano, área (curvada) o a una generalización en más dimensiones de dicho objeto. El vector normal de un área curvada en un punto es el vector normal del plano tangente en este punto. Para la determinación del vector normal, las curvaturas, abolladuras, perfiles, hendiduras, elevaciones, ranuras y poros resultantes de la rugosidad de la superficie (ra < 200 ^m) han de despreciarse o suavizarse.
Elvector normal de un punto de la superficiees el vector normal de la superficie del resonador en este punto de la superficie.
Elvector normal de un punto de área activaes el vector normal de la superficie del resonador en este punto de área activa.
Amplitud normal de un punto de la superficiees la magnitud de la mayor distancia posible de este punto de la superficie a lo largo del vector normal de este punto de la superficie en el movimiento efectuado por este punto de la superficie durante la desviación.
Amplitud normal de un punto de área activaes la magnitud de la mayor distancia posible de este punto de área activa a lo largo del vector normal de este punto de área activa en el movimiento efectuado por este punto de área activa durante la desviación.
Sustancialmente paraleloson dos rectas o vectores que forman un pequeño ángulo entre sí, preferentemente un ángulo de 0 a 20 grados, por ejemplo, de menos de 12 grados.
Sustancialmente uniformeson valores que están muy cerca uno de otro. Sustancialmente uniforme son preferentemente valores de los cuales más del 80 por ciento se sitúan en un intervalo del -20 por ciento al 20 por ciento alrededor del valor promedio. Sustancialmente uniforme son, por ejemplo, valores de los cuales más del 85 por ciento se sitúan en un intervalo del -15 por ciento al 15 por ciento alrededor del valor promedio.
Unresonadorpuede ser cualquier estructura mecánica. Un resonador puede tener, entre otras cosas, forma de varilla, anillo, campana, disco, barra, paralelepípedo, cilindro, esfera, cubo, cono, cilindro hueco, polígono o placa, con simetría de rotación o sin simetría de rotación, preferentemente forma de varilla, cilindro o barra y con simetría de rotación, por ejemplo, forma de varilla y con simetría de rotación con respecto al eje longitudinal de la forma de varilla. El material de un resonador puede ser cualquiera, preferentemente sólido o líquido, por ejemplo, sólido. Materiales para un resonador sólido pueden ser, por ejemplo, metales, no metales, cristales, productos vegetales, tales como, por ejemplo, madera, cerámica, vidrio, polímeros o materiales compuestos, preferentemente metales, por ejemplo, aleaciones de titanio. Un resonador puede estar compuesto por una sola pieza o por varios subcomponentes conectados, preferentemente por una o dos piezas, por ejemplo, por una sola pieza.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Dispositivo para transmitir vibraciones mecánicas a medios fluidos, que comprende un resonador que representa el conjunto de todos los puntos de resonador del dispositivo,
donde el área activa del resonador es la parte de la superficie del resonador que delimita el resonador que está en contacto con un medio fluido,
donde un vector normal de un punto de área activa, es el vector normal de la superficie del resonador en ese punto de área activa,
donde una amplitud normal de un punto de área activa, es la magnitud de la mayor distancia posible de este punto de área activa a lo largo del vector normal de este punto de área activa, en el movimiento efectuado por este punto de área activa durante la desviación, y
donde un vector de amplitud de un punto de resonador se obtiene restando el vector de posición del punto de resonador en la posición de reposo, al vector de posición del punto de resonador en el momento de la mayor distancia posible con respecto a su posición de reposo,
caracterizado por que
el máximo de las amplitudes a lo largo de los puntos de área activa de un resonador se sitúa entre 1 y 100 micrómetros, y
el resonador está diseñado de manera que las amplitudes normales de los puntos de área activa del resonador son sustancialmente uniformes en el caso de una vibración del resonador y un vector de amplitud en los puntos de área activa de más del 50 por ciento del área activa del resonador no es sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa
2. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la vibración resonante se sitúa en el intervalo de 15 kilohercios a 60 kilohercios.
3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el resonador tiene sustancialmente forma de varilla.
4. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el resonador presenta simetría de rotación.
5. Dispositivo según la reivindicación 4, en el que el diámetro máximo del resonador se sitúa entre 30 milímetros y 120 milímetros.
6. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el resonador es de una sola pieza.
7. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el resonador es de material metálico.
8. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el área activa del resonador es de 10 centímetros cuadrados a 4.500 centímetros cuadrados.
9. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que la potencia transmitida desde el resonador a través del área activa a un medio fluido mediante vibraciones mecánicas resonantes es de 100 vatios a 16.000 vatios.
10. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el resonador está conectado mecánicamente a un excitador de vibraciones.
11. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el resonador está conectado mecánicamente a un excitador de vibraciones electromecánico que convierte vibraciones eléctricas piezoeléctrica o magnetoestrictivamente en vibraciones mecánicas.
12. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el resonador está conectado mecánicamente a otro resonador.
13. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que más del 80 por ciento del área activa presenta una amplitud normal en un intervalo del -20 por ciento al 20 por ciento alrededor del valor promedio, preferentemente más del 85 por ciento del área activa presenta una amplitud normal en un intervalo del -15 por ciento al 15 por ciento alrededor del valor promedio.
14. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el vector de amplitud de los puntos de área activa de más del 70 por ciento del área activa no es sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa, preferentemente el vector de amplitud de los puntos de área activa de más del 80 por ciento del área activa no es sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa, de manera especialmente preferente el vector de amplitud de los puntos de área activa de más del 90 por ciento del área activa no es sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa.
15. Método para el dispositivo para transm itir vibraciones mecánicas a medios fluidos, según la reivindicación 1, caracterizado por que se genera una vibración usando el resonador del dispositivo de la reivindicación 1, durante la cual las amplitudes normales de los puntos de área activa son sustancialmente uniformes, y un vector de amplitud en los puntos de área activa de más del 50 por ciento de un área activa no es sustancialmente paralelo al vector normal de estos puntos de área activa.
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