BR0206152B1 - rotor de quatro aletas para uso em uma mÁquina de mistura interna intensiva de batelada e mÁquina de mistura interna de batelada. - Google Patents

Description

" ROTOR DE QUATRO ALETAS PARA USO EM UMA MÁQUINA DEMISTURA INTERNA INTENSIVA DE BATELADA E MÁQUINA DEMISTURA INTERNA DE BATELADA".

Campo da invenção

Esta invenção se relaciona com rotores melhorados paramáquinas misturadoras internas de bateladas tendo doisrotores de quatro aletas não engrenados, contra-rotativos. Os rotores de quatro aletas desta invençãoprovêem mistura dispersiva e distributiva melhorada demateriais no misturador de bateladas. A invenção tambémse relaciona com máquinas de mistura de bateladasempregando dois dos novos rotores de quatro aletas destainvenção, e com mistura de bateladas melhorada utilizandotais máquinas de mistura de bateladas tendo os rotoresmelhorados de quatro aletas.

Antecedentes da invenção

Esta invenção se relaciona com máquinas de misturainterna de alta intensidade do tipo de bateladas tendouma câmara de mistura conformada para acomodar doisrotores com aletas não engrenados contra-rotativos. Abatelada de ingredientes a serem misturados em uma massahomogênea é alimentada abaixo dentro da câmara de misturaatravés de uma calha vertical e é empurrada para baixosob pressão por um pistão localizado na calha. Estepistão é acionado hidraulicamente ou pneumaticamente. Aface inferior do pistão, quando avançada para baixo parasua posição operacional durante a mistura da batelada,forma uma porção superior da câmera de mistura. A misturahomogênea produzida é removida da câmera de misturaatravés de uma abertura de descarga no fundo da câmara, euma porta associada com esta abertura é então fechada emprontidão para a próxima batelada de ingredientes a serintroduzida para baixo através da calha.

Algumas máquinas de mistura interna de batelada sãoprojetadas com rotores não engrenados, e outras têmrotores engrenados. Rotores engrenados devem sempre seracionados na mesma velocidade rotacional emrelacionamento sincronizado; rotores não engrenados podemser acionados na mesma velocidade rotacional ou emvelocidades rotacionais diferentes para conseguirdiferentes efeitos de mistura e amassamento. A presenteinvenção se relaciona com o tipo não engrenado. As aletasdos rotores têm uma configuração geralmente helicoidal, eelas produzem mistura e homogeneização de altaintensidade pela interação cooperativa de seus variadosefeitos dinâmicos potentes, como descrito depois. Parainformações adicionais sobre tais misturadores internosde bateladas, tendo rotores não engrenados, referênciapode ser feita às patentes U. S. nos 1,200,070 e3,610,585, cedidas a predecessores do presentecessionário, e às recentes patentes U. S. nos 4,744,668 e4,384,543, e as divulgações destas patentes sãoincorporadas aqui por referência como informação base.Uma grande maioria de todas as máquinas de misturainterna de bateladas em utilização comercial hoje em dianos Estados Unidos tendo rotores não engrenados sãooperadas não sincronizadamente, isto é com os rotoressendo acionados em velocidades rotacionais diferentes,freqüentemente chamado modo operacional de "razão deatrito". Por exemplo, uma operação não síncrona faz umrotor produzir 9 revoluções versus 8 revoluções para ooutro rotor, isto é uma "razão de atrito" de 9 para 8 ou1,125 para 1.

Na patente U. S. n° 4,744,668, emitida em 17 de maio de1988, são descritos novos rotores de quatrg aletas e detrês aletas de desempenho melhorado adaptados para uso emqualquer dos atualmente mais numerosos misturadores debateladas não síncronos ou misturadores de bateladassíncronos.

A patente U. S. n° 4,834,543 descreve rotores nãoengrenados, de quatro aletas, para serem acionados emvelocidade síncrona em um ângulo de fase de 180°constante, com cada um dos dois rotores usados na máquinade mistura de bateladas tendo duas aletas longas e duasaletas curtas em cada um dos dois rotores.

Em ambas as patentes U. S. nos 4,744,668 e 4,834,543, háum reconhecimento que resultados ótimos ou preferidos sãoconseguidos acionando os rotores especificadossincronizadamente enquanto orientados em umrelacionamento de ângulo de fase preferido. A patenteespecifica aquele relacionamento de ângulo de fasepreferido como sendo cerca de 180°.

Os rotores não engrenados (tangenciais), de quatroaletas, até aqui propostos para uso com máquinas demistura interna de bateladas de rotação síncrona têm quersido do tipo que promovem mistura primariamente micro-dispersiva (intensiva) devido às forças de cisalhamentointensivas geradas pelos rotores na câmara de mistura. Emmistura dispersiva, as altas forças de cisalhamentogeradas rapidamente rompem aglomerados na batelada demateriais a ser misturada. Os rotores não engrenadostambém têm as propriedades de prover altos fatores deenchimento e curtos tempos de alimentação e descargajunto com as excelentes características de misturadispersiva. Entretanto, tais rotores não engrenados nãoprovêem mistura distributiva (extensiva) essencialmenteigualmente boa dos materiais a serem misturados. Também,o uso de tais rotores não engrenados pode sercaracterizado por uma subida indesejável de temperaturano material a ser misturado.

Por outro lado, máquinas de mistura até aqui empregandorotores engrenados têm melhores características detransferência térmica e melhor controle térmico sobre abatelada em mistura. Também, em contraste com as máquinasde mistura empregando os rotores não engrenados, asmáquinas empregando rotores engrenados exercem altasdeformações alongacionais na região de cunha entre osdois rotores produzindo boa divisão de corrente eportanto boa mistura distributiva. Em contraste, namáquina de mistura empregando rotores não engrenadossomente divisão suave de corrente é produzida na região eportanto geralmente não produz mistura distributivaessencialmente equivalente. Existe portanto umanecessidade de rotores para uso em misturadores debateladas que simultaneamente produzam boa misturadispersiva e boa mistura distributiva no processamento dabatelada de materiais a serem misturados e desse modoobtenham os benefícios de rotores tanto engrenados quantonão engrenados.

Sumário da invenção

A invenção provê um novo projeto de rotor de quatroaletas no qual cada aleta de rotor executa uma funçãoespecífica, e o uso destes rotores como rotores acionadossincronizadamente em máquinas de mistura para produzirtanto mistura dispersiva boa quanto distributiva boa dabatelada em mistura e bom controle de temperatura doprocesso, e desse modo prover melhor utilização da câmarade mistura do misturador e produzir um produto misturadomais termicamente e composicionalmente homogêneo. Nosrotores desta invenção certas aletas provêem misturaprimariamente dispersiva e certas aletas provêem misturaprimariamente distributiva na batelada.

Um aspecto adicional desta invenção é que o uso dos novosrotores nas máquinas de mistura força certos padrões defluxo na janela de interação entre os dois rotores nomisturador e produz troca mais eficiente de materialentre uma câmara de rotor e a outra câmara de rotor domisturador. Esta função é .realizada em parte por um rotorcom aletas tendo uma extensão helicoidal substancial talque esteja presente na janela de interação entre os doisrotores uma aleta de rotor quase a todo instante. Istopermite grande flexibilidade em afetar os padrões defluxo.na janela de interação entre os dois rotores.Um outro aspecto desta invenção é a capacidade paraeliminar essencialmente qualquer área de estagnaçãopossível dentro da câmara de mistura através do projetode aleta desta invenção e alinhamento apropriado dosrotores na câmara de mistura. Um aspecto ainda adicionaldesta invenção é a capacidade para variar intensidades demistura durante o ciclo de mistura devido às geometriasdos novos rotores aletados desta invenção junto com asvelocidades de rotor empregadas.

O rotor de quatro aletas desta invenção, para rotaçãosíncrona não engrenado com um rotor não engrenado dequatro aletas idêntico em uma máquina de misturaintensiva de batelada tendo meios de acionamentosíncronos, compreende um rotor tendo um eixo geométrico euma extensão axial a partir de uma primeira extremidadedo rotor até uma segunda extremidade oposta do rotor etendo quatro aletas de configuração geralmente helicoidalincluindo primeira e segunda aletas compridas e primeirae segunda aletas curtas. A primeira aleta longa seorigina na primeira extremidade do rotor em posiçãoangular a cerca de 0 o em relação ao eixo geométrico dorotor e tem uma ponta de aleta orientada para o eixogeométrico do rotor em um ângulo de hélice entre cerca de45° e 60° e tem um comprimento axial entre cerca de 60% acerca de 80% do comprimento axial do rotor. A primeiraaleta comprida tem um ângulo de ataque de cerca de 25° a60°. A segunda aleta comprida do rotor se origina nasegunda extremidade do rotor em posição angular de cercade 220° a cerca de 240° em relação ao eixo geométrico dorotor e tem uma ponta de aleta orientada para o eixogeométrico do rotor em um ângulo de hélice entre cerca de20° a 40° e tem um comprimento axial entre cerca de 60% a80% do comprimento axial do rotor,. A segunda aletacomprida tem um ângulo de ataque entre cerca de 15° a25°. As pontas de aleta de cada uma da primeira e segundaaletas compridas têm uma largura, se medida normal aoângulo de hélice da aleta, com a largura da primeiraponta de aleta comprida sendo pelo menos 50% e até. cercade 100% mais larga que a largura da segunda ponta dealeta comprida. A primeira aleta curta no rotor seorigina na primeira extremidade do rotor em uma posiçãoangular na faixa de cerca de 170° a cerca de 180° emrelação ao eixo geométrico do rotor, e tem sua ponta dealeta orientada para o eixo geométrico do rotor em um6angulo de hélice na faixa de cerca de 25° a 60°, epreferivelmente essencialmente igual ao ângulo de héliceda ponta de aleta do primeiro rotor comprido, e tem umsegundo comprimento axial entre cerca de 10% e 30% docomprimento axial do rotor. A segunda aleta curta norotor se origina na segunda extremidade do rotor em umaposição angular na faixa de cerca de 350° a cerca de 20°em relação ao eixo geométrico do rotor, tem sua ponta dealeta orientada para o eixo geométrico do rotor em umângulo de hélice na faixa de cerca de 25° a 60°, epreferivelmente essencialmente igual ao ângulo de héliceda ponta de aleta do segundo rotor comprido, e tem umcomprimento axial entre cerca de 10% e 30% do comprimentoaxial do rotor. Cada uma da primeira e segunda aletascompridas de primeira e segunda aletas curtas tem suaspontas de aleta uma distância radial essencialmenteequivalente à distância radial do eixo geométrico dorotor.

Quando dois destes rotores são colocados em um misturadorde batelada operado sincronizadamente, os rotores sãoorientados na câmara de mistura do misturador tal que aaresta guia da ponta de aleta helicoidal da primeiraaleta comprida do primeiro rotor esteja localizada em umcolar do primeiro rotor que está em uma extremidadeoposta da câmara de mistura do colar do segundo rotor deonde a aresta guia da ponta de aleta helicoidal daprimeira aleta longa do rotor está localizada.

Adicionalmente, os dois rotores são posicionados nacâmara de mistura tal que durante sua contra-rotação nãoengrenados a aresta guia da ponta de aleta helicoidal daprimeira aleta comprida do segundo rotor siga a arestaguia da ponta de aleta helicoidal da primeira aleta longado primeiro rotor em rotação através da janela deinteração entre os dois rotores de 90° a 180°,preferivelmente cerca de 90°. Nesta orientação de cercade 90°, e como um resultado dos ângulos de torção dasaletas dos dois rotores, cada aleta de rotor provê umalimpeza efetiva das superfícies de processamento do rotoradjacente provendo portanto efetiva renovação de materialnestas superfícies. As aletas grandes e pequenas nos doisrotores essencialmente limpam completamente toda a regiãodo misturador no espaço entre os dois rotores garantindoassim intensificação adicional de mistura distributiva.

Outras posições angulares de alinhamentos de rotormencionados anteriormente que diferença de 90° e até 180°podem ser empregadas para promover outros aspectos doprocesso de mistura, tal como por exemplo coleta edescarga de material do misturador. Em tais posiçõesangulares aumentadas dos pontos de origem das arestasguias das pontas de aleta helicoidal das primeiras aletascompridas nos dois rotores, um espaço aberto mais amploentre os dois rotores é provido em uma posição angularseguido por uma varredura completa da região pelas outrasaletas de rotor quando o último cruza a janela deinteração dos dois rotores.

Descrição resumida dos desenhos

A invenção é ilustrada por, mas limitada à invenção comomostrada nos desenhos anexos nos quais:

A fig. 1 é uma vista em elevação de uma máquina demistura interna de batelada para empregar os rotoresdesta invenção, com porções da máquina de misturamostrados em corte;

A fig. 2 é uma vista em corte em planta ampliada tomadaao longo da linha 2-2 na fig. 1 através da câmara demistura;

A fig. 3 é uma ilustração diagramática para mostrar osignificado da terminologia de perfil de rotor usadaneste pedido de patente;

A fig. 4 é uma vista em planta de rotores de quatroaletas desta invenção como orientados na máquina demistura, sem.mostrar a máquina de mistura;

A fig. 4A é uma vista em elevação lateral dos rotores dafig. 4 olhando na direção da seta A na fig. 4;

A fig. 4B é uma vista em elevação lateral dos rotores dafig. 4 olhando na direção da seta B na fig. 4; e

A fig. 5 é uma vista esquemática de um rotor desenvolvidodesta invenção com o propósito de ilustrar e explicar osrotores desta invenção e onde em sua forma desenvolvidaas aletas helicoidais do rotor parecem linhas retas eorientadas diagonalmente representando as linhas decentro das pontas de aleta.

Descrição detalhada da invenção

Como mostrado na fig. 1, uma máquina de mistura internade alta intensidade do tipo de batelada, geralmenteindicada em 20, na qual um par de rotores não engrenados21 e 22 configurando a presente invenção podem ser usadospara auxiliar inclui um pistão verticalmente alternável24 móvel entre uma posição elevada mostrada na fig. 1 euma posição operacional abaixada 24' mostrada emdelineamento tracejado. Este pistão 24 é usado para moveringredientes a serem misturados para baixo para dentro deuma câmara de mistura 26. Nesta posição operacional 24',ele se opõe às forças exercidas por materiais na câmarade mistura 26 à medida que eles estão sendo completamentee intensamente misturados pelas aletas a serem descritasdepois nos dois rotores contra-rotativos 21 e 22, osquais são girados sobre eixos geométricos horizontaisparalelos espaçados, como mostrado pelas setas 23 e 25. 0rotor esquerdo 21 como visto na fig. 1, é girado em umadireção horária sobre seu eixo geométrico e o rotordireito 22 em uma direção anti-horária. A câmara demistura 26 é conformada para acomodar estes dois rotorese inclui cavidades de câmara esquerda e direita 2 7 e 2 8cada uma de forma cilíndrica geralmente circular. Estascavidades de câmara são posicionadas em relacionamentohorizontalmente opostas abertas contra cada outra. Existeuma região central 2 9 da câmara de mistura 2 6 que édefinida como estando localizada geralmente entre os doisrotores 21 e 22.Os ingredientes a serem misturados são inicialmenteintroduzidos em uma tremonha 30, enquanto o pistão 24 éelevado, tal que os ingredientes possam entrar em umacalha 32 se comunicando com a tremonha 30 e guiada parabaixo para dentro da região central 2 da câmara demistura 26. Então o pistão é abaixado para empurrar osingredientes para baixo para dentro da câmara de misturae retê-los lá. Este pistão é mostrado sendo operado porum cilindro de acionamento atuado por fluido 34, montadono topo do alojamento global 35 da máquina de mistura 20.

O cilindro de fluido 34, que pode ser hidráulico oupneumático, contém um pistão de dupla ação 36 com umahaste de pistão 38 conectada ao pistão 24 para abaixar eelevar o pistão. O pistão é preso na extremidade inferiorda haste de pistão 38 abaixo da extremidade inferior 39do cilindro 34. Fluido de atuação sob a pressão desejadaé alimentado através de uma linha de suprimento 4 0 dentroda porção superior do cilindro 34 para forçar o pistão 36para baixo para a posição operacional abaixada 24'. Apósa operação de mistura ter sido completada, o pistão éretraído de volta para sua posição elevada por fluido deatuação alimentado no cilindro 34 abaixo do pistão 36 poruma linha de suprimento não vista na fig. 1.

Os materiais misturados e homogeneizados sãodescarregados pelo fundo da câmara de mistura 26 atravésde uma abertura de descarga normalmente fechada por umaporta 42 a qual é mantida em sua posição fechada durantea operação de mistura por um mecanismo de travamento 44.A porta 42 quando liberada pelo mecanismo de travamento44 é articulada para baixo sobre um eixo de dobradiça 46.A porta é articulada, por exemplo, por um par de motoresde torque hidráulicos, não mostrados, montados emextremidades opostas do eixo de dobradiça 46.A fig. 2 é uma vista de corte em planta do mecanismo demistura 2 0 da fig. 1 tomada ao longo da linha 2-2. Osrotores 21 e 22 são girados em direções opostas 23, 25por um mecanismo de engrenagens 4 8 que é acionado por ummotor de acionamento 50. Este mecanismo de engrenagens 48compreende engrenagens engrenadas idênticas para acionaros rotores ao mesmo tempo, nominalmente, velocidadesíncrona. O motor de acionamento 50 pode ser deconfiguração convencional e preferivelmente inclui meiosde controle de velocidade para variar a velocidade derotação do rotor para os rotores, como desejado,dependendo dos ingredientes particulares na câmara demistura 26 e de sua temperatura e estado viscoso, edependendo da taxa desejada de potência de mistura a serfornecida pelos rotores.

Existem colares selantes convencionais 54 (fig. 2)localizados imediatamente adjacentes a cada extremidadede cada rotor para selar a câmara de mistura 26. Asextremidades dos rotores adjacentes aos respectivoscolares 54 são chamadas a "extremidade de colar".Na fig. 2, os rotores esquerdo e direito 21 e 22 sãomostrados cada um tendo um comprimento axial de rotor "L"medido entre suas respectivas extremidades de colar 57 e58. A extremidade de colar 57 conectada ao eixo deacionamento 55 ou 56 é a "extremidade acionada" do rotor,a outra extremidade de colar 58 sendo a "extremidade derefrigerante" ou "extremidade d'água". Os rotores contêmpassagens de refrigeração, e refrigerante, o qual éusualmente água, é alimentado dentro destas passagens nasextremidades opostas da localização dos eixos deacionamento 55 e 56. Cada um dos envelopes de rotor,definidos pelo diâmetro da ponta, tem um diâmetro "D"como mostrado na fig. 3. Portanto, o comprimentodesenvolvido de cada envelope de rotor e , "ττ D" , comomostrado na fig. 5. A fig. 3 ilustra a terminologia usadaem conexão com a descrição dos rotores desta invenção.Referindo-se âs figs. 4, 4A e 5, uma configuração de umrotor desta invenção é ilustrada. O rotor tem duas aletas35 compridas 61 e 62 se originando das extremidades de colaropostas. 0 termo "se originando de" ou linguagem similarsignifica que a aresta guia da respectiva ponta de aletahelicoidal 61 ou 62 está localizada na extremidade decolar designada. O eixo geométrico do rotor está indicadoem 60, e as posições angulares 0 grau, 90 graus, 180graus, 270 graus e 360 graus do envelope de rotordesenvolvido são posições angulares sobre o eixogeométrico do rotor. A posição angular de 0 grau ou 360graus é definida para conveniência de explanação comreferência às figs. 4, 4A 4b e 5, como sendo aquelaposição no envelope de rotor adjacente à região central29 e ficando em um plano horizontal contendo os doiseixos geométricos de rotor 60. Este plano é tambémreferido aqui a seguir como a janela de interação entreos dois rotores. Similarmente, o rotor também tem suasduas aletas curtas 63 e 64 se originando de extremidadesde colar opostas.

Um envelope desenvolvido de um leiaute de rotorilustrativo da invenção é mostrado na fig. 5. Nesta fig.as aletas de rotor são representadas por uma linha decentro das respectivas pontas de aleta, com a largura daspontas de aleta sendo ilustradas à parte. No rotor 21 aprimeira aleta comprida 61 se origina em uma extremidadeaxial do rotor a cerca da posição angular de 0 o emrelação ao eixo geométrico do rotor e tem um ângulo dehélice de 50°. O comprimento axial Li desta primeiraaleta comprida é 73,3% do comprimento axial L do rotor. Alargura da ponta de aleta desta aleta é Wi. A largura daaleta é medida normal ou perpendicular ao ângulo dehélice da aleta. A segunda aleta comprida 62 se originana extremidade axial oposta do rotor a cerca da posiçãoangular de 230° em relação ao eixo geométrico do rotor etem um ângulo de hélice de 33°. 0 comprimento axial L2desta segunda aleta comprida é 73,3% do comprimento axialL do rotor. A largura da ponta desta aleta é W2. Alargura W1 é 55% maior que a largura W2. A primeira aletacurta 63 se origina na mesma extremidade axial do rotorque a primeira aleta comprida 61, mas em uma posiçãoangular em relação ao eixo geométrico do rotor de 180° etem um ângulo de hélice de 50°. O comprimento axial L3desta primeira aleta curta é 20% do comprimento axial Ldo rotor. A largura da ponta de aleta desta aleta é W3. Asegunda aleta curta 64 se origina na mesma extremidadeaxial do rotor que a segunda aleta comprida 62, mas temuma posição angular em relação ao eixo geométrico dorotor de 5° e tem um ângulo de hélice de 33°. A largurada ponta desta aleta é W4. A largura W3 é 55% maior que alargura W4.

As figs. 4, 4A e 4B ilustram a orientação relativa dasaletas quando dois dos rotores são empregados em umamáquina de mistura interna de batelada, intensiva, talcomo descrita na fig. 1. Um meio para controlar a misturaextensiva em tais misturadores de batelada é através daorientação das aletas de rotor em relação uma à outra talque as aletas de rotor de cada rotor cruzem a janela deinteração entre os rotores em uma configuraçãopredeterminada de modo a forçar troca de material de umacâmara do misturador para a outra câmara do misturador. Aprimeira aleta longa 61 de cada rotor 21 e 22 com oângulo de hélice relativamente grande e comprimento detorção ou axial Li provê a varredura da janela deinteração entre os dois rotores. Estes padrões de fluxosão adicionalmente intensificados pelas segundas aletascompridas 62 e as duas aletas curtas 63 e 64 que sãoprojetadas tal que uma aleta de rotor esteja semprepresente na janela de interação entre os dois rotorespara toda a duração de cada rotação de rotor. Umaorientação de rotor preferida tem o ponto de origem 71 daprimeira aleta comprida 61 do primeiro rotor 21 entrandona janela de interação entre os rotores dentro de umaorientação angular na faixa de 0° a 25° do ponto deorigem 72 de entrada da segunda aleta comprida 62 dosegundo rotor 22 dentro da janela de interação. Nestearranjo, e como um resultado dos ângulos de hélice dasduas aletas de rotor, cada aleta de rotor provê umavarredura efetiva das superfícies de processamento dorotor adjacente provendo efetiva renovação de materialnestas superfícies. As aletas de rotor compridas e curtasdos dois rotores essencialmente varrem completamente todaa região do misturador no espaço entre os dois rotoresgarantindo assim intensificação adicional de misturaextensiva. É adicionalmente desejado que a entrada doponto de origem 71 da primeira aleta comprida de um rotor21 dentro da janela de interação siga a entrada do pontode origem 73 da primeira aleta comprida 61 do segundorotor 22 por uma posição angular de 90° a 180°.

Entretanto, será apreciado que outros alinhamentos derotor são possíveis os quais promoverão outros aspectosdo processo de mistura, tal como admissão e descarga dematerial do misturador.

Nos rotores desta invenção, o ângulo de hélice daprimeira aleta comprida 61 é escolhido para equilibrar aquantidade de material que é permitida passar sobre afolga de ponta de aleta de rotor e ao longo docomprimento de aleta Li de rotor na direção axial. Umângulo de hélice de 45° a 60° para esta primeira aletacomprida garante que um excesso de 50% do materialacumulado na frente da aleta de rotor 61 seja forçado aescoar na direção axial, para mistura extensiva econtrole de temperatura de material intensificadas. Orestante do material acumulado na frente da aleta derotor 61 progressivamente escoa circunferencialmentesobre a ponta de aleta de rotor. Com isso a seleçãocorreta do ângulo de hélice do rotor garante asproporções corretas de fluxo de material radial e axial,o comprimento de torção de aleta de rotor ou seucomprimento axial equivalente de 60 a 80% do comprimentodo rotor controla a extensão do fluxo axial do material.

Portanto, os rotores desta invenção garantem que umaproporção significativa do material acumulado na frenteda primeira aleta comprida de rotor 61 atravessará amaioria da câmara de mistura.

A colocação da segunda aleta comprida 62 do rotor emposição angular de 220° a 240° em relação ao eixogeométrico do rotor permite material ser livrementetransferido de uma aleta de rotor para a outra. O ângulode hélice de 20° a 40° para esta aleta 62 garante que umaquantidade substancial de material escoe na folga radialde rotor entre a ponta de aleta de rotor e a paredeinterna do alojamento da câmara de mistura.

Mistura dispersiva é conseguida submetendo o materialrepetidamente a tensão controlada durante tempos finitos.Entre os parâmetros de projeto que afetam o nivel detensão imposto no material à medida que ele escoa atravésda folga radial entre a aleta de rotor e a parede internado alojamento são as taxas de cisalhamento predominantese viscosidade de material. A última é característica daestrutura molecular do material sendo processado e datemperatura de processamento. Os rotores desta invençãoprovêem meios efetivos pelos quais esta temperatura podeser efetivamente controlada. Com isso, os níveis detensão são dependentes da taxa de cisalhamento etemperatura. A quantidade de material permitido a escoarna folga radial entre a ponta de aleta de rotor e asuperfície da parede de câmara é uma função da folga deponta e do ângulo de ataque na superfície de trabalho daaleta de rotor. Nesta invenção os parâmetros de projetodo rotor permitem o controle efetivo sobre a quantidadede material passando através desta seção do misturador.

Um outro meio empregado nos rotores desta invenção paracontrolar a intensidade da mistura é através da seleçãoda largura da ponta de aleta do rotor de acordo com aatividade de processamento desejada para cada aleta. Comisso, largura de ponta de aleta igual pode ser utilizadapara as duas aletas compridas e/ou para as duas aletascurtas, é preferido que a largura de aleta da primeiraaleta comprida 61 seja pelo menos 50% maior, e até cercade 100% maior que a largura de aleta da segunda aletacomprida 62. Similarmente, é preferido que a largura dealeta da primeira aleta curta 63 seja pelo menos 50%maior que a largura de aleta da segunda aleta curta 64.Também foi descoberto desejável que a largura da primeiraaleta curta 63 seja igual à largura da primeira aletacomprida 61 e que a largura da segunda aleta curta 64seja igual à largura da segunda aleta comprida 62.Larguras de aleta maiores aumentam a intensidade damistura uma vez que a duração da mistura como umresultado do cisalhamento do material aumenta com aslarguras de ponta de aleta de rotor aumentando. Sedesejado, variações lineares em largura de aleta de rotora partir do ponto de origem da aleta de rotor até o pontode terminação da aleta de rotor podem ser utilizadas paraotimizar adicionalmente as características de mistura decada aleta de rotor.

As aletas curtas 63 e 64 do rotor desta invenção atuampara desviar o material para longe dos pontos de origemdas aletas do rotor e portanto para longe das chapasextremas da câmara de mistura. Estas aletas desviammaterial para longe das chapas extremas e eliminampossíveis áreas de estagnação de fluxo de materialrelativamente pobre, isto é, reduzem a quantidade dematerial permitida a entrar na região nas duasextremidades de rotor e reduzindo desse modo o desgasteexperimentado nestas regiões. O ponto de origem angulardas aletas e o comprimento axial das aletas sãoescolhidos para conseguir os propósitos enquantopermitindo fluxo livre e ininterrupto de material aolongo do comprimento circunferencial e axial domisturador.

Um outro aspecto dos rotores desta invenção são osdiferentes ângulos de ataque para as aletas de rotor. 0ângulo de ataque é o ângulo formado pelas tangentes com aparede interna da câmara e a superfície de trabalho dorotor na vizinhança da ponta de aleta do rotor. Estaregião de "cunha" formada na vizinhança da ponta do rotorgarante um fluxo adequado de material sobre a ponta dealeta. Para o primeiro rotor comprido 61 o ângulo deataque varia entre 25° a 60° e primariamente promovefluxo de material axial ao invés de circunferencial. Osegundo ângulo de ataque da aleta comprida 62 varia entre15° e 25° e garante que a maioria do material aprisionadona região de cunha da aleta de rotor será forçada sobre aaleta de rotor através da folga radial formada pela pontade aleta de rotor e a parede interna da câmara. Em umaconfiguração preferida desta invenção o ângulo de ataqueda primeira aleta curta 63 é pelo menos 5o,preferivelmente 5o a 15°, maior que o ângulo de ataque dasegunda aleta curta 64. Portanto, a primeira aleta curtaprimariamente promove mistura distributiva e a segundaaleta curta primariamente promove mistura dispersiva.

Em um outro aspecto dos rotores desta invenção, osângulos de ataque das duas aletas compridas 61 e 62também podem ser variados ao longo do comprimento dasaletas de rotor compridas para influenciar a quantidadede material permitida a escoar axialmente oucircunferencialmente sobre cada ponta de aleta. Porexemplo, o ângulo de ataque para a primeira aleta derotor longa 61 poderia variar de um mínimo de 60° noponto de origem da aleta no rotor até 25° no ponto determinação da aleta no rotor, e para a segunda aletacomprida 62 de um ângulo de ataque de 25° em seu ponto deorigem até um ângulo de ataque de 15° em seu ponto determinação. Geralmente, o ângulo de ataque da primeiraaleta comprida 61 será pelo menos 5°, preferivelmente 5°a 15°, maior que o ângulo de ataque da segunda aletacomprida 62. A seleção correta de ângulos de ataqueapropriados permite um meio adicional para equilibrarentre características de mistura distributiva edispersiva de cada uma destas aletas de rotor e portantodo sistema as empregando.

Os rotores desta invenção produzem produtividadeaumentada em máquinas de mistura intensiva, interna, osempregando. Além disso, eles também produzem produtos demaior uniformidade e homogeneidade em um período de tempomais curto. Aumentos de produtividade de geralmente pelomenos 20% ou mais podem ser obtidos com os rotores destainvenção comparados com os resultados obtidos com rotoresda técnica anterior. Os rotores permitem se obter tempode ciclo reduzido para os misturadores de bateladas, etambém permitem uma redução significativa na temperaturade descarga de material processado.

Será apreciado que a invenção foi ilustrada por certasconfigurações da mesma e que modificação e alterações àmesma podem ser feitas sem se desviar do espírito eescopo da invenção divulgada.

Claims (19)

1. Rotor de quatro aletas para uso em uma máquina demistura interna intensiva de batelada, caracterizado pelofato de o rotor ter um eixo geométrico (60) e umcomprimento axial a partir de uma primeira extremidade dorotor até uma segunda extremidade oposta do rotor e tendomúltiplas aletas (61, 62, 63, 64) de configuraçãogeralmente helicoidal incluindo primeira e segunda aletascompridas (61, 62) e primeira e segunda aletas curtas(63, 64) ;a primeira aleta comprida se originando na primeiraextremidade do rotor em posição angular de cerca de 0o emrelação ao eixo geométrico de rotor e tendo uma ponta dealeta orientada para o eixo geométrico de rotor em umângulo de hélice entre cerca de 45° e 60° e tendo umcomprimento axial entre cerca de 60% a cerca de 80% docomprimento axial do rotor e um ângulo de ataque na faixade cerca de 25° a 60°;a segunda aleta comprida no rotor se originando nasegunda extremidade do rotor em posição angular de cercade 220° a cerca de 240° em relação ao eixo geométrico derotor e tendo uma ponta de aleta orientada para o eixogeométrico de rotor em um ângulo de hélice entre cerca de 20° a 40° e tendo um comprimento axial entre cerca de 60%a 80% do comprimento axial do rotor e um ângulo de ataqueentre cerca de 15° e 25° com a provisão que o ângulo deataque da primeira aleta comprida seja maior que o ângulode ataque da segunda aleta comprida por pelo menos 5°;as pontas de aleta de cada uma da primeira e segundaaletas compridas tendo uma largura, como medida normal aoângulo de hélice da aleta, com a largura da primeiraponta de aleta comprida sendo pelo menos 50% mais largaque a largura da segunda ponta de aleta comprida;a primeira aleta curta no rotor se originando na primeiraextremidade do rotor em uma posição angular na faixa decerca de 170° a cerca de 190° em relaçãç ao eixogeométrico de rotor, tendo uma ponta de aleta orientadapara o eixo geométrico de rotor em um ângulo de hélice nafaixa de cerca de 25° a 60°, e tendo um comprimento axialentre cerca de 10% e 3 0% do comprimento axial do rotor;a segunda aleta curta no rotor se originando na segundaextremidade do rotor em uma posição angular na faixa decerca de 350° a cerca de 20° em relação ao eixogeométrico de rotor, tendo uma ponta de aleta orientadapara o eixo geométrico de rotor em um ângulo de hélice nafaixa de cerca de 25° a 60°, e tendo um comprimento axialentre cerca de 10% e 30% do comprimento axial do rotor; ecada uma da primeira e segunda aletas compridas eprimeira e segunda aletas curtas tendo suas pontas dealeta uma distância radial essencialmente equivalente doeixo geométrico do rotor.

2. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o ângulo de ataque daprimeira aleta comprida ser maior que o ângulo de ataqueda segunda aleta comprida de cerca de 5o a cerca de 25°.

3. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o ângulo de ataque daprimeira aleta curta ser entre cerca de 25° a 40°, oângulo de ataque da segunda aleta curta ser entre cercade 15° e 25°, com a provisão que o ângulo de ataque daprimeira aleta curta seja maior que o ângulo de ataque dasegunda aleta curta por pelo menos 5o.

4. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o ângulo de ataque daprimeira aleta curta ser entre cerca de 25° a 40°, oângulo de ataque da segunda aleta curta ser entre cercade 15° e 25°, com a provisão que o ângulo de ataque daprimeira aleta curta seja maior que o ângulo de ataque dasegunda aleta curta por pelo menos de 5° a cerca de 15°.

5. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de o ângulo de ataque daprimeira aleta curta ser essencialmente o mesmo que oângulo de ataque da primeira aleta longa e o ângulo deataque da segunda aleta curta ser essencialmente o mesmoângulo de ataque da segunda aleta longa.

6. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de os ângulos de ataque daprimeira aleta comprida e da primeira aleta curta seremcada um cerca de 29° e os ângulos de ataque da segundaaleta comprida e da segunda aleta curta serem cada umcerca de 19°.

7. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de os ângulos de hélice daprimeira aleta comprida e da primeira aleta curta seremcada um cerca de 50° e os ângulos de hélice da segundaaleta comprida e da segunda aleta curta serem cada umcerca de 33°.

8. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de os ângulos de hélice daprimeira aleta comprida e da primeira aleta curta seremcada um cerca de 50° e os ângulos de hélice da segundaaleta comprida e da segunda aleta curta serem cada umcerca de 33°.

9. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de cada uma das pontas dealeta da primeira e segunda aletas curtas terem umalargura, com a largura da primeira ponta de aleta curtasendo pelo menos 50% mais larga que a largura da segundaponta de aleta curta.

10. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de a largura da primeira pontade aleta comprida ser cerca de 64% mais larga que alargura da segunda ponta de aleta comprida, a largura daprimeira ponta de aleta curta ser 64% mais larga que alargura da segunda ponta de aleta curta, com a largura daprimeira ponta de aleta curta sendo essencialmente igualà largura da primeira ponta de aleta comprida e a largurada segunda ponta de aleta curta sendo essencialmenteigual à largura da segunda ponta de aleta comprida.

11. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de cada uma das pontas dealeta da primeira e segunda aletas curtas ter umalargura, como medida normal ao ângulo de hélice da aleta,com a largura da primeira aleta curta sendo pelo menos 50% mais larga que a largura da segunda ponta de aletacurta.

12. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de a largura da primeiraponta de aleta comprida ser cerca de 64% mais larga que alargura da segunda ponta de aleta comprida, a largura daprimeira ponta de aleta curta sendo cerca de 64% maislarga que a largura da segunda ponta de aleta curta, coma largura da primeira ponta de aleta curta sendoessencialmente igual à largura da primeira ponta de aletacomprida e a largura da segunda ponta de aleta curtasendo essencialmente igual à largura da segunda ponta dèaleta comprida.

13. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a segunda aleta comprida seoriginar em posição angular de cerca de 230°, a primeiraaleta curta se originar em posição angular cerca de 180°,e a segunda aleta curta se originar em posição angularcerca de 5o em relação ao eixo geométrico do rotor.

14. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de a segunda aleta comprida seoriginar em posição angular de cerca de 230°, a primeiraaleta curta se originar em posição angular de cerca de 180°, e a segunda aleta curta se originar em posiçãoangular de cerca de 5o em relação ao eixo geométrico dorotor.

15. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de a segunda aleta compridase originar em posição angular de cerca de 230°, aprimeira aleta curta se originar em posição angular decerca de 180°, e a segunda aleta curta se originar emposição angular de cerca de 5 o em relação ao eixogeométrico do rotor.

16. Rotor de quatro aletas, de acordo com a reivindicação- 12, caracterizado pelo fato de a segunda aleta compridase originar em posição angular de cerca de 230°, aprimeira aleta curta se originar em posição angular decerca de 180°, e a segunda aleta curta se originar emposição angular de cerca de 5° em relação ao eixogeométrico do rotor.

17. Máquina de mistura interna de batelada, incluindo umalojamento definindo uma câmara de mistura comrespectivas cavidades acomodando primeiro e segundorotores aletados contra-rotativos, não engrenados emeixos geométricos paralelos nas citadas cavidades, ascitadas cavidades comunicando-se em uma região central dacâmara de mistura localizada geralmente entre os citadosrotores para prover uma janela de interação entre oscitados rotores, onde cada rotor tem uma extremidadeacionada e uma extremidade de refrigeração oposta com aextremidade acionada de cada rotor sendo adjacente a cadaoutra nas cavidades, cada um dos dois rotorescompreendendo um rotor tal como definido em qualquer umadas reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo fato de osrotores serem orientados nas respectivas cavidades talque a primeira aleta comprida do primeiro rotor seorigine na extremidade acionada do primeiro rotor e aprimeira aleta comprida do segundo rotor se origine naextremidade de refrigeração do segundo rotor.

18. Máquina de mistura, de acordo com a reivindicação 17,caracterizada pelo fato de os rotores serem orientados namáquina de mistura tal que a entrada do ponto de origemda primeira aleta comprida de um rotor na janela deinteração entre os rotores percorra a entrada do ponto deorigem da primeira aleta comprida do outro rotor por umângulo de 90° a 180°.

19. Máquina de mistura, de acordo com a reivindicação 17,caracterizada pelo fato de os rotores serem orientados namáquina de mistura tal que a entrada do ponto de origemda primeira aleta comprida do primeiro rotor na janela deinteração entre os rotores esteja dentro de umaorientação angular na faixa de 0 o a 25° da entrada doponto de origem da entrada da segunda aleta comprida (62)do segundo rotor (22) na janela de interação.