MX2013014176A - Secador de productos cerámicos. - Google Patents

Abstract

Esta invención se refiere a un dispositivo para el secado de material cerámico donde se controlan las variables dentro del dispositivo de secado como son el porcentaje de humedad del material, porcentaje de humedad del ambiente, la velocidad de secado y la recirculación del aire de proceso. Los elementos que conforman el dispositivo de secado son un túnel de secado, un ventilador, un intercambiador de calor, conductos de alimentación de aire y conductos de recirculación de aire. El túnel de secado presentado es de construcción modular, de manera que se suprimen los inconvenientes de la construcción en planta, por otro lado, el sistema de recirculación de aire es tal que proporciona un máximo aprovechamiento del aire así como de la energía térmica de éste.

Description

SECADOR DE PRODUCTOS CERÁMICOS CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN.

La presente invención se refiere a túnel de secado que se utilizan para la remoción de humedad de los productos cerámicos antes de su ingreso al proceso de cocción.

OBJETIVO DE LA INVENCIÓN.

El objetivo invención se refiere a un equipo de secado que reduzca drásticamente el tiempo dedicado a este proceso en la producción de productos cerámicos, tales como azulejos, cenefas, platos, tejas, etc.; en condiciones de velocidad y temperatura del fluido de trabajo (aire) controlados; así como suprimir los inconvenientes que ocasiona la construcción del equipo en planta. Por lo que se trata de un equipo de secado modular de fácil fabricación en un taller mecánico, de fácil transporte, de manera que no afecte el proceso productivo durante su construcción del equipo y que pueda instalarse en lugares donde la construcción tradicional no es factible.

ANTECEDENTES.

En la actualidad, existe una gran variedad de equipos que se utilizan en el secado, pues estos equipos remueven la humedad de los materiales en un tiempo relativamente corto.

En el estado de la teenica actual existen diversos aparatos para secar material cerámico, en la patente EP0174642 (A2) se desarrolla un secador de cerámicos que consiste en una cámara cerrada provista de puertas que reciben los objetos a secar mientras que el aire es inyectado lateralmente de tal forma que la corriente mínima de un lado coincide con la corriente máxima del lado opuesto, en la patente EP1114972 B1 se desarrolla un secador que se caracteriza por tener elementos portadores de material de manera que el aire se dirige contra las piezas moldeadas donde el aire de secado se distribuye sobre el material a secar mediante toberas descargando el aire lateralmente, en la patente EP0195878 B1 se tiene un secador de cerámica continuo con cámaras contiguas de secado con varios niveles que atraviesan las cámaras el aire se transporta mediante un circuito cerrado en una ruta de zig-zag. Este secador tiene incorporados ventiladores en la parte superior para mover el aire de secado en la cámara.

No obstante, en ninguna de las patentes anteriores se hace mención sobre si el equipo se puede construir dentro de un taller convencional ni sobre el medio de calefacción utilizado, sin embargo, se sabe que todos estos equipos se construyen en planta y requieren de tiempo y espacio considerable para su construcción y en algunas ocasiones las maniobras de construcción pueden llegar a interferir con el proceso de producción de los productos. Por lo que este nuevo aparato posee un metodo de secado que utiliza gases de combustión residuales como medio de calefacción del aire de secado con capacidad de recirculación de aire circulante a través de un sistema de ductos que alimentan la cámara con el material cerámico, siendo su diseño y construcción diferentes a lo encontrado hasta hoy en día.

PROBLEMA TÉCNICO A RESOLVER.

Aun cuando se conocen dispositivos o equipos para el secado de material cerámico, dichos aparatos no contemplan la solución a tener un metodo de secado de las piezas cerámicas mediante el control de las variables existentes en la cámara donde se ubican estas piezas. Para el secado oportuno de las piezas de material cerámico deben considerarse las variables de: masa de material a procesar, su porcentaje de humedad, porcentaje de humedad del ambiente, velocidad de secado o deshumidificado de la pieza, velocidad de transferencia de calor del material cerámico lo que permite desprenderse de la humedad, para que con esto se ajuste la temperatura, humedad y presión del aire dentro del túnel de secado.

Adicionalmente, en esta rama productiva existen diversos inconvenientes con la construcción del equipo en planta, ya que la mayoría de los talleres ceramistas cuentan con espacio limitado para realizar la construcción de estos equipos. Por lo que para suprimir los inconvenientes que ocasiona la construcción del equipo en planta, se pensó en la construcción modular de piezas dentro de un taller mecánico común de las piezas que conforman al secador de productos cerámicos, para que con esto no se invada el proceso productivo del productor ceramista.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN.

Para resolver los problemas antes señalados, se ha desarrollado una estructura para un secador de material cerámico, el cual define un alojamiento donde se tiene una atmósfera con las variables controladas, de manera que los componentes de este equipo permiten mantener las variables en los rangos de operación óptima para reducir o eliminar el riesgo de afectación en el material que posteriormente será cocido.

Se tiene un ventilador que genera un flujo de aire que pasa a través de un intercambiador de calor en donde se incrementa su temperatura para después pasar a la cámara de secado, en donde por medio de convección forzada absorbe la humedad del material cerámico en tanto se satura. El aire es forzado a recircular en el interior de la cámara de secado, ya que el ventilador le obliga a mantenerse en movimiento, para lo cual se disponen de una serie de conductos de recirculación que conducen convenientemente las corrientes generadas sobre el material procesado, a través de rejillas que permiten la salida desde la cámara de secado y otras que permiten su entrada al tiempo que las direccionan convenientemente. Una vez que el aire dentro de la cámara de secado se ha saturado de humedad, se tienen rejillas que permiten el escape de aire saturado dispuestos en los conductos de recirculación, de manera que se procura un ambiente con las variables adecuadas para secar el material; una vez que los sensores de control de humedad detectan que es necesaria la renovación del aire de la cámara, se abren las ventilas que permiten dicha renovación, de forma que se aprovechen las propiedades de absorción de humedad y temperatura de este aire.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS.

Figura 1.- Muestra la vista en perspectiva del aparato de secado.

Figura 2.- Muestra la vista en despiece del aparato de secado.

Figura 3.- Muestra una vista posterior del aparato de secado.

Figura 4.- Muestra una vista de despiece de las paredes laterales del túnel de secado.

Figura 5.- Muestra una vista de despiece de las mamparas del túnel de secado Figura 6.- Muestra una vista de despiece de las puertas de acceso al túnel de secado.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN.

La presente invención consiste de un aparato para secar material cerámico, tal como se muestra en la Figura 1, se conforma de un túnel de secado (100), un ventilador (200), un intercambiador de calor (300), conductos de alimentación de aire (400), conductos de recirculación de aire (500) y conductos de alimentación de gases (no mostrados).

El túnel de secado (100) consiste en un pasaje configurado a partir de una serie de módulos de mamparas, unidas estructuralmente para conformar un cierre sellado, con una puerta de entrada (110) una puerta de salida (120), un techo (130) y una serie de paredes laterales (140). Los bordes de dichas mamparas cuentan con perfiles estructurales adecuados que permiten la unión entre ellos, con ayuda de elementos de fijación tales como tornillos, soldadura y similares. La capacidad del secador se puede escalar a mayor o menor capacidad ensamblando las secciones modulares de la manera que se requiera.

La serie de módulos de mamparas cuentan con un par de láminas sobrepuestas y separadas adecuadamente para alojar material aislante convenientemente para mantener la temperatura indicada en la cámara. En las paredes laterales (140) se tiene una serie de aberturas para aire (141) en donde se encuentran instaladas las descargas de los conductos de alimentación y recirculación. En estas aberturas para aire se tienen unas rejillas difusoras (141a) las cuales distribuyen el flujo de aire convenientemente en el interior del túnel de secado (100). En los módulos de mamparas ubicados en los extremos del túnel de secado (100) se instala un marco para puerta (121), en donde se tiene de manera abisagrada las hojas de la puerta (122) con sellos adecuados para impedir la fuga de aire del interior del túnel de secado (100).

El ventilador (200), es un soplador de los conocidos en la téenica, con una abertura de succión (210) y una abertura de descarga (220) la cual dirige el flujo de aire hacia el intercambiador de calor (300) en donde absorbe calor incrementando su temperatura.

La operación de este secador requiere de un intercambiador de calor (300) preferentemente un intercambiador del tipo gas-gas, de una capacidad adecuada para la carga a secar y de características dimensionales suficientes para alojarse en los conductos de alimentación de aire (400). Las ventajas de utilizar un intercambiador del tipo gas-gas son: 1.- El área de transferencia de calor es mayor comparado con intercambiadores que utilizan tubos aletados. 2.- Las pérdidas de presión son menores a las obtenidas con intercambiadores de tubos aletados. 3.- Los fluidos que interactúan están disponibles en el proceso de producción actual sin requerir equipos adicionales.

Los conductos de alimentación de aire (400) están construidos de lámina. El conducto (410) es una reducción que conecta al ventilador (200) con el intercambiador de calor (300) ensamblados por alguna técnica como engargolado, remachado, etc. Para la distribución del aire caliente a las diferentes entradas del túnel de secado (100) se utiliza un conducto de distribución (420a) que divide uniformemente el flujo de aire que sale del intercambiador de calor (300). El flujo de aire se divide una vez más ingresando una parte al conducto (440) y posteriormente al conducto de descarga (450). Mientras que el flujo de aire restante se dirige a la tobera (420b) donde el flujo de aire circula por el conducto (430), seguido del conducto (450) y finalmente a las rejillas difusoras (141a) que se encargan de distribuir el aire en el túnel de secado y que están ensambladas mediante métodos conocidos.

Los conductos de recirculación de aire (500), se construyen con las mismas téenicas que los conductos de alimentación (400) que se ensamblan mediante métodos comunes como engargolado, remachado, etc. El conducto receptor de flujo de aire (510) se une con las rejillas (511a), cuya función es expulsar el flujo de aire con un alto contenido de humedad manteniéndose abiertas hasta alcanzar la condición deseada de humedad del aire dentro de la cámara. Las rejillas (511a) hacen posible la recirculación del aire hacia el ventilador (200), para ello, el flujo de aire recirculado se recolecta a través de las conexiones de los conductos (510, 520, 530, 540 y 550) unidos por métodos de ensamble conocidos. Donde el conducto (530) cuenta con una abertura que permite el ingreso de aire atmosférico que se mezcla con el aire de recirculación, esta mezcla de flujo de aire pasa a través de una tobera (540) donde se reduce la velocidad y se mezcla la cantidad de flujo de aire requerida por el proceso de secado. El ventilador (200) y los conductos de recirculación se ensamblan mediante métodos conocidos.

El sistema de instrumentación que consiste de sensores de humedad, temperatura y velocidad del aire está instalado en los siguientes puntos: 1. Uno dentro del conducto de alimentación (550) al ventilador. 2. Uno dentro del conducto de descarga (420a) del intercambiador de calor. 3. Uno dentro de cada conducto de alimentación de aire (450), de acuerdo al número de módulos que puede aumentar o disminuir. 4. Uno por cada módulo, ubicado dentro del túnel de secado (100), de acuerdo al número de módulos que puede aumentar o disminuir. 5. Uno dentro de cada conducto de recirculación de aire (510), de acuerdo al número de módulos que puede aumentar o disminuir. 6. Uno dentro de cada conducto con abertura para aire atmosférico (530).

MEJOR MANERA DE LLEVAR A CABO LA INVENCIÓN El flujo de aire que se utiliza en el proceso de secado es impulsado por un ventilador centrífugo (200) hacia el intercambiador de calor donde la temperatura del flujo de aire se incrementa mediante la transferencia de calor con un flujo perpendicular de gases de escape. El flujo de aire caliente ingresa a una serie de conductos de alimentación (400), donde se distribuye el flujo total de aire convenientemente para obtener condiciones uniformes de temperatura, humedad y velocidad dentro del túnel de secado. El flujo de aire es distribuido en el túnel de secado mediante las rejillas difusoras (141a) que lo direccionan en forma paralela al sólido a secar, lo cual propicia un secado uniforme del material y evita las fisuras que se presentan cuando se aplica un flujo de aire perpendicular. Una vez que el aire de alimentación atraviesa el túnel de secado, este se dirige a los ductos de recirculación (500) donde un conjunto de sensores de humedad, temperatura y velocidad montados en el conducto (510) determinan las condiciones del flujo de aire, lo que permite decidir si este flujo se puede recircular. En caso de que las condiciones del flujo de aire no sean aptas para recirculación, las rejillas de descarga (511a) se abren y se libera el aire saturado de humedad; a la vez se permite el ingreso de aire atmosférico a través de la abertura del conducto (530). Si el flujo de aire de salida del túnel de secado es apto para recirculación, las rejillas de descarga (511a) permanecen cerradas y los ductos de recirculación se desbloquean permitiendo la recirculación.

El método óptimo para el secado consiste de 3 pasos fundamentales, ya que la cantidad de veces que se recircula el aire está en función del porcentaje de humedad contenido en el mismo. 1.- En el primer paso el aire en condiciones ambientales ingresa al dispositivo y se calienta en el sistema de calentamiento de aire (300) hasta una temperatura predefinida. 2.- En el segundo paso el aire caliente se hace recircular por el sistema de alimentación de aire (400), el sistema de recirculación de aire (500) y el túnel de secado (100) para que remueva humedad contenida en el material cerámico. La recirculación continúa hasta alcanzar un valor predefinido de humedad en el aire. 3.- En el tercer paso el aire saturado de humedad se libera por las ventilas (511a) y a la vez se permite la entrada de aire en condiciones ambientales por los conductos con aperturas (530) para reiniciar el ciclo.

El método para definir el nivel de humedad final del aire saturado está basado en el monitoreo de la humedad y el diferencial de temperatura existente al inicio y al fin de cada ciclo de recirculación; lo cual se traduce en un mayor poder energético del aire para secar y por lo tanto un ahorro de energía en todo el proceso.

Para que el sistema esté en el mejor rango de operación, la temperatura del aire a la entrada del ventilador está entre 20 °C y 30 °C, la humedad entre 30% y 60% dependiendo de las condiciones ambientales. Después de su paso por el intercambiador de calor, el aire alcanzará una temperatura entre 75 °C y 85 °C, con una humedad entre 30% y 40%. El aire se recircula a través del túnel de secado hasta que alcance una temperatura entre 35 °C y 45 °C, con una humedad entre 45% y 55%; en ese punto se abren las ventilas (511a) de los ductos de recirculación para dejar salir el aire saturado y permitir la entrada de nuevo aire en condiciones ambientales. Las ventilas permanecerán abiertas hasta que se alcancen las condiciones iniciales mencionadas anteriormente.

De esta manera se obtiene un secador de productos cerámicos de construcción modular aplicable a la industria ceramista capaz de controlar las condiciones de operación.

Claims (10)

REIVINDICACIONES. Habiendo descrito lo suficiente la invención, reclamo lo contenido en las siguientes clausulas como de mi propiedad.

1.- Aparato para secar material cerámico bajo condiciones controladas y adecuadas de temperatura y humedad del aire de secado, así como velocidad de secado; que se caracteriza por estar conformado por: un ventilador (200), un sistema de calentamiento de aire (300), un sistema de alimentación de aire al túnel de secado (400), túnel de secado con entrada y salida del material a secar (100), un sistema de recirculación de aire (500), y un metodo para el aprovechamiento de la capacidad de secado del aire que se utiliza en dicho aparato.

2.- Un aparato para secar material cerámico bajo condiciones controladas y adecuadas de temperatura como se reivindica en 1, en donde la cámara de secado (100) se caracteriza por tener un pasaje configurado a partir de una serie de módulos de mamparas de láminas sobrepuestas y separadas adecuadamente para alojar material aislante. Los módulos están estructuralmente unidos para conformar un cierre sellado, con una puerta de entrada (110) una puerta de salida (120), un techo (130) y una serie de paredes laterales (140). En los módulos de mamparas ubicados en los extremos del túnel de secado (100) se instalan puertas con sellos adecuados para impedir la fuga de aire.

3.- Un aparato para secar material cerámico bajo condiciones controladas y adecuadas de temperatura como se reivindica en 1, en donde el sistema de alimentación de aire al túnel de secado (400) se caracteriza por tener un ducto de distribución de aire que se conecta con el sistema de calentamiento de aire (300) y con al menos uno de cuatro ductos de alimentación para cada módulo, pudiéndose ampliar la cantidad de acuerdo a la capacidad del túnel de secado. Los ductos de alimentación poseen en los extremos rejillas difusoras (141a) que se encargan de distribuir el aire en el túnel de secado.

4.- Un aparato para secar material cerámico bajo condiciones controladas y adecuadas de temperatura como se reivindica en 1, en donde el sistema de recirculación de aire (500) se caracteriza por tener un conducto receptor de flujo de aire (510) que se une con las rejillas (511a), cuya función es expulsar el flujo de aire con un alto contenido de humedad. Estos dispositivos hacen posible la reutilización del aire como alimentación al ventilador (200). El flujo de aire de recirculado se recolecta a través de los conductos (510, 520, 530, 540 y 550).

5.- Un aparato para secar material cerámico bajo condiciones controladas y adecuadas de temperatura como se reivindica en 4, en donde el sistema de recirculación se caracteriza por tener un conducto (530) con una apertura que permite el ingreso de aire atmosférico que se mezcla con el aire de recirculación, esta mezcla de flujo de aire pasa a través de una tobera (540) donde se reduce la velocidad y se mezcla la cantidad de flujo de aire requerida por el proceso de secado.

6.- Un aparato para secar material cerámico bajo condiciones controladas y adecuadas de temperatura como se reivindica en 1, que se caracteriza por direccionar el flujo de aire utilizando rejillas difusoras (141a) en forma paralela al material a secar.

7.- Un método para el aprovechamiento de la capacidad de secado del aire que se utiliza en un aparato para secar material cerámico, como se reivindica en 1, que se caracteriza por tener 3 pasos que ayudan a maximizar el poder energético del aire para secar gracias al monitoreo a través de los sensores y recirculación de dicho aire. 1) En el primer paso el aire en condiciones ambientales ingresa al dispositivo y se calienta en el sistema de calentamiento de aire (300) hasta una temperatura predefinida. 2) En el segundo paso el aire caliente se hace recircular por el sistema de alimentación de aire (400), el sistema de recirculación de aire (500) y el túnel de secado (100) para que remueva humedad contenida en el material cerámico. La recirculación continúa hasta alcanzar un valor predefinido de humedad en el aire. 3) En el tercer paso el aire saturado de humedad se libera por las ventilas (511a) y a la vez se permite la entrada de aire en condiciones ambientales por los conductos con aperturas (530) para reiniciar el ciclo.

8.- Un método como se reivindica en 7, que se caracteriza porque en el primer paso el aire en condiciones ambientales se calienta hasta alcanzar una temperatura entre 75 °C y 85 °C, con una humedad entre 30% y 40%.

9.- Un método como se reivindica en 7, que se caracteriza porque en el segundo paso el aire se recircula a través del túnel de secado hasta que alcance una temperatura entre 35 °C y 45 °C, con una humedad entre 45% y 55%.

10.- Un método como se reivindica en 7, que se caracteriza porque en el tercer paso las ventilas permanecen abiertas hasta que se alcance una temperatura entre 20 °C y 30 °C, y una humedad entre 30% y 60% dependiendo de las condiciones ambientales.