BR112013012857B1

BR112013012857B1 - Sistema de arrefecimento e pré-aquecimento integrado para fieiras

Info

Publication number: BR112013012857B1
Application number: BR112013012857-7A
Authority: BR
Inventors: Penocchio Camillo; Bonvicini Paolo
Original assignee: Industrial Frigo S.R.L.
Priority date: 2010-11-24
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2018-06-26
Also published as: CA2816846C; CN103228379A; EP2643110B1; CN103228379B; IT1402730B1; HRP20150207T1; RS53889B1; PL2643110T3; SI2643110T1; CA2816846A1; JP2014502215A; MX2013005409A; KR20130130720A; ES2534390T3; RU2013118030A; JP5954334B2; RU2573459C2; EP2643110A1; US20130233504A1; WO2012069998A1

Abstract

sistema de arrefecimento e pré-aquecimento integrado para fieiras. a invenção refere-se a um sistema para a termorregulação de fieiras para fundição, fieiras para fundição dura e idêntico. compreende um tanque (11) que contém um fluido de arrefecimento; um circuito hidráulico primário (12) para uma circulação do fluido de arrefecimento do tanque para a fieira por arrefecer e daqui para o tanque através de um permutador de calor (sc); um circuito pneumático secundário (13) ligado ao circuito hidráulico primário (12) para a circulação de um fluido aeriforme na fieira por arrefecer tanto em alternativa como numa forma misturada com o fluido de arrefecimento líquido; e um circuito hidráulico de pré-aquecimento (11) integrado com o circuito hidráulico primário (12) e atribuído à produção e circulação de um fluido líquido quente para pré-aquecer a fieira por termorregular.

Description

(54) Título: SISTEMA DE ARREFECIMENTO E PRÉ-AQUECIMENTO INTEGRADO PARA FIEIRAS (51) Int.CI.: B22D 17/22; B29C 45/73 (30) Prioridade Unionista: 24/11/2010 IT BS2010A000190 (73) Titular(es): INDUSTRIAL FRIGO S.R.L.

(72) Inventor(es): CAMILLO PENOCCHIO; PAOLO BONVICINI

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Relatório Descritivo da Patente de invenção para: SISTEMA DE ARREFECIMENTO E PRÉ-AQUECIMENTO INTEGRADO PARA MATRIZES”. ÂMBITO DA INVENÇÃO [001] A presente invenção refere-se a um sistema para a termorregulação de dispositivos em instalações de processos industriais a altas temperaturas, particularmente matrizes para a fundição, matrizes para a fundição a frio e similares.

ESTADO DA TÉCNICA [002] As matrizes anteriormente mencionadas podem também trabalhar a temperaturas mais altas, por exemplo, por volta de 350°C e superior. Para o seu uso correto no campo do processo de moldagem, elas têm de ser termorreguladas, pelo menos através do seu arrefecimento quando a sua temperatura tende para valores extremos e inadmissíveis.

[003] Normalmente, o arrefecimento é levado a cabo através de um fluido de transferência de calor, como a água ou óleo diatérmico, que vem de um tanque e é circulado em dutos obtidos na matriz e subsequentemente em um permutador de calor para ser, por sua vez, arrefecido antes do seu regresso ao tanque.

[004] De acordo com a tecnologia atual, o fluido de arrefecimento, no caso da água, está dentro de um tanque pressurizado e é circulado em um circuito fechado altamente pressurizado com cerca de 169 bar a 350°C, por exemplo, obrigando o último a reievantes problemas estruturais sobre a vedação e segurança do próprio circuito.

[005] Em uma Patente anterior IT 1 368 475 do mesmo Requerente, é descrito e reivindicado um sistema para a termorregulação de matrizes para fundição, matrizes para fundição a frio e similares, compreendendo um tanque aberto com um fluido de arrefecimento líquido, particularmente água, um circuito hidráulico primário para uma circulação do dito fluido líquido do dito tanque para a matriz a ser termorregulada e do último para o tanque através de um permutador de calor. O circuito primário está integrado com o circuito

2/9 secundário destinado à circulação de um fluido gasoso, normalmente ar, na matriz a ser condicionada tanto em alternativa como em uma forma misturada com o fluido líquido, e com uma unidade para controlar e operar o circuito hidráulico primário e o circuito pneumático secundário para a operação do sistema e para a termorregulação da matriz com o fluido líquido apenas, com o fluido gasoso apenas ou o fluido gasoso misturado com o fluido líquido.

[006] O sistema é operacional e confiável, permitindo vantajosamente a circulação do fluido de transferência de calor líquido com níveis de pressão relativamente baixos, mas é apenas adequado para arrefecer as matrizes.

[007] No entanto, na prática é por vezes também necessário e conveniente, para melhor operar e acelerar o início do processo de formação de matriz, um pré-aquecimento das matrizes a uma temperatura de 140 160°C, por exemplo, de qualquer modo inferior à temperatura de serviço real das mesmas matrizes.

[008] O pré-aquecimento pode ser levado a cabo com o fluido líquido que regressa de uma matriz e é recolhido no tanque do sistema após a sua passagem pelo permutador de calor, mas a temperatura do fluido no tanque, normalmente entre 90 e 100°C, não é ela própria suficiente para um aquecimento apropriado da matriz. Por outro lado, o pré-aquecimento com um fluido líquido aquecido até à temperatura desejada no mesmo tanque do sistema termorregulador, ou em outro tanque adicional, se não for em condições pressurizadas, pode levar à formação indesejada de vapor, perda térmica e consumo de energia.

OBJETIVOS E SUMÁRIO DA INVENÇÃO [009] A presente invenção foi projetada para satisfazer esta necessidade também e, na realidade, o seu objetivo principal é estabelecer as condições não só para o arrefecimento de matrizes com um fluido líquido e/ou gasoso a pressões relativamente baixas, mas também para o pré-aquecimento das próprias matrizes até uma temperatura desejada de vez em quando.

[010] Outro objetivo da invenção é, pois, providenciar um sistema para a

3/9 termorregulação de matrizes, no qual se combinam e integram um circuito de arrefecimento e um circuito de aquecimento, particularmente em matrizes para fundição, matrizes para fundição a frio e similares, operando a temperaturas relativamente altas.

[011] Estes objetivos são alcançados, de acordo com a invenção, através de um sistema de termorregulação de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 e caracterizado pelo fato de o sistema integrar ainda meios para pré-aquecer a água e um circuito hidráulico para pré-aquecer a matriz ou esfriar com a água quente que vem dos ditos meios.

[012] As vantagens de um sistema integrado de pré-aquecimento e arrefecimento para matrizes, para além dos relacionados com a Patente anteriormente mencionada IT 1 368 475 envolvem à possibilidade de usar água e ar, tanto separadamente como em conjunto, são também a segurança, a limpeza e os aspetos ecológicos e econômicos, evidentemente também o fato de se poder usar um tanque de armazenamento aberto de fluido de transferência de calor, que está à pressão atmosférica, e transportar e usar o mesmo fluido para dois modos: pré-aquecimento e arrefecimento, alternativamente, nas mesmas instalações, mas com o fluido pretendido para o pré-aquecimento com a possibilidade de ser gerado sob pressão fora do tanque de armazenamento para obviar a formação de vapor às temperaturas exigidas no pré-aquecimento.

BREVE DESCRIÇÃO DO DESENHO [013] Outros detalhes da invenção serão evidenciados pela seguinte descrição feita com referência ao desenho anexo, no qual a única figura mostra um esquema geral do sistema.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [014] Por isso e tal como é representado, o sistema para a termorregulação de uma matriz ou forma 10 compreende essencialmente um tanque de armazenamento aberto 11, um circuito hidráulico primário 12, um circuito pneumático secundário 13 e um circuito de pré-aquecimento auxiliar

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112 ligado ao circuito hidráulico primário.

[015] O tanque de armazenamento 11 tem um volume de fluido de transferência de calor, preferencialmente carregado com água e depois enchido se necessário através de uma linha de fornecimento 14 com um filtro FA e uma válvula solenoide de carga EV1. O nível do fluido no tanque 11 é controlado por um sensor de nível SL e dispositivo de sobrecarga 15.

[016] O circuito hidráulico primário 12 tem uma linha de entrega 12' do tanque para a matriz 10 e uma linha de retorno 12 da matriz para o tanque, enquanto o circuito pneumático 13 está ligado à linha de entrega 12' do circuito primário através de um ejetor EJT.

[017] Ao longo da linha de entrega 12' são inseridos pelo menos uma bomba de recirculação P1 e, a jusante disto mas a montante do ejetor EJT, uma válvula solenoide EV4 com abertura ajustável e, a jusante do dito ejetor, um interruptor de pressão de entrega Pm1, para operar a pressão mínima na mesma linha 12', um manômetro M1 e uma válvula de segurança VS são inseridos. Em comprimento, entre a bomba de recirculação P1 e a válvula solenoide EV4, a linha de entrega 12' é religada ao tanque de armazenamento 11 através da linha de desvio 16 com uma válvula on/off EVBP.

[018] A linha de regresso 12 passa pelo menos por um permutador de calor SC e pode ser providenciada com um possível interruptor de pressão para operar a pressão mínima de regresso e com uma válvula dosadora DRL. Por sua vez, o permutador de calor SC é alimentado com um fluido de arrefecimento através de linhas de entrada e saída 17 sob o controle de uma válvula solenoide EV5 na linha de entrada.

[019] O circuito pneumático 13 é providenciado para a circulação de um fluido aeriforme, normalmente ar, e está ligado à linha de entrega 12' do circuito hidráulico 12 através do ejetor EJT e compreende pelo menos um manômetro M2, uma válvula solenoide de entrada EV2 e uma válvula de não retorno VR1. [020] O circuito de pré-aquecimento hidráulico 112 da matriz é substancialmente anelar no seu interior e está integrado com o sistema descrito

5/9 até agora. De acordo com a invenção, na linha de retorno 12 do circuito primário 12 é inserida uma válvula solenoide de três vias EV5, e o circuito de pré-aquecimento 112 compreende uma linha de entrega 112' em direção à matriz, preferencialmente em comum e coincidente com a mesma linha de entrega 12' do circuito hidráulico primário 12, e uma linha de retorno 112 que se estende de uma saída da dita válvula de três vias EV5 até se juntar à linha de entrega 12', 112' comum à primária 12 e os circuitos de pré-aquecimento 112, em uma parte a montante da bomba de recirculação P1.

[021] Além disso, na linha comum 12', 112' dos dois circuitos primário e pré-aquecimento 12, 112 é inserido um segundo tanque 111, contendo o último também água e sendo providenciado com um resistor elétrico R para aquecer e manter a temperatura do líquido aqui contido.

[022] No exemplo representado, um segundo tanque 111 destes é posicionado a jusante da bomba de recirculação P1, entre o último e o ejetor EJT. É ainda providenciado com uma amostra termal S3 para detectar a temperatura da água no seu interior e com uma linha de ventilação 111' com uma válvula solenoide de ventilação EV6, ligando-a à linha de retorno 12 do circuito hidráulico primário a jusante da válvula solenoide de três vias EV5, ou seja, a montante do permutador de calor SC.

[023] Para fornecer e circular a água de pré-aquecimento do segundo tanque 111 em direção à matriz 10 e do último para o mesmo segundo tanque, pode ser providenciada uma segunda bomba P2, ou bomba de pressurização, que é inserida na linha de entrega 12', no exemplo representado, do tanque de armazenamento 11 para a matriz 10. Em alternativa, a circulação do fluido de pré-aquecimento no circuito de pré-aquecimento 112 pode ser realizada pela mesma bomba de recirculação P1, convenientemente posicionada e ativada, do fluido de arrefecimento.

[024] As instalações podem ainda compreender uma amostra de temperatura: S1 da água no tanque de armazenamento, uma amostra da temperatura S2 na matriz 10, assim como, uma válvula de não-retorno VR2,

6/9 uma caldeira de expansão 114, um interruptor de pressão Pm2 e um manômetro M3 na linha da segunda bomba P2.

[025] O sistema da invenção pode operar de acordo com três modos diferentes:

[026] para alternativamente arrefecer a matriz com ar/água altamente pressurizada (até 14 bar aprox.);

[027] para arrefecer a matriz com o ar misturado com água a baixa temperatura (aprox. 1 -2 bar);

[028] para pré-aquecer a matriz com água quente pressurizada [029] tudo controlado por um dispositivo eletrônico (PLC) programado para gerir as leituras que vêm do número de instrumentos de controle e os instrumentos para abrir e fechar as válvulas solenoides.

[030] Em vez disso, as válvulas VBP e DRL no circuito primário podem ser abertas/fechadas manualmente.

[031] No primeiro modo de trabalho, a água que é retirada do tanque de armazenamento e circulada no circuito primário 12 pela bomba de recirculação 12 representa o fluido de arrefecimento principal. O sistema tem áreas com diferentes pressões e temperaturas, impossibilitando que a água de arrefecimento venha a evaporar. Por outro lado, o ar pode assim ser usado tanto para ajustar a temperatura da água, no caso de um arrefecimento insuficiente da matriz, como um fluido de emergência de arrefecimento, com funções de segurança em resposta a diferentes alarmes e/ou falhas da bomba de recirculação P1 ou outros componentes do circuito hidráulico primário 12. [032] Quando o sistema de arrefecimento é iniciado, a bomba de recirculação P1 é imobilizada, a válvula solenoide de entrada EV2 do circuito pneumático 13 é aberta para admitir ar para dentro do circuito hidráulico 12 e a válvula solenoide EV1 abre para introduzir água na caldeira/tanque 11 sob o controle de um sensor de nível SL. Após um determinado tempo e se os parâmetros da pressão e da temperatura no sistema estiverem dentro dos limites definidos, a válvula solenoide EV2 fecha e a bomba P1 inicia, ativando

7/9 assim o arrefecimento da água da matriz ou forma 10.

[033] Durante o arrefecimento, a água no tanque 11 mantém uma temperatura inferior a 90°C, a pressão na linha de entrega 12' do circuito hidráulico primário 12 é relativamente alta, a água entre na matriz ou forma 10 e sai aquecida a uma temperatura aprox. de 180 - 200°C, e depois regressa ao dito tanque depois de ter passado pelo permutador de calor, no qual é arrefecida e devolvida a uma temperatura de 90°C.

[034] A água permanece pressurizada até a válvula dosadora DRL estar ajustada e operar para assegurar uma passagem mínima de água, para manter a pressão desejada no circuito hidráulico a montante da própria válvula e para baixar a pressão da água do lado da sua saída em direção à caldeira ou tanque.

[035] O segundo circuito pneumático secundário 13 começa a operar automaticamente quando os controles, os alarmes ou as falhas no circuito hidráulico pedirem, de qualquer modo sob o controle do dispositivo eletrônico programado (PLC) e programável de acordo com os requisitos.

[036] Durante o arrefecimento do ar, a bomba P1 é imobilizada e a válvula EV2 é aberta, o ar chega à linha de entrega 12' através do ejetor EJT e passa pelo circuito na mesma direção da água de arrefecimento, saindo pelas linhas da própria água e determinando um arrefecimento da matriz até serem restabelecidas as condições que permitem um arrefecimento correto da água. [037] Com o segundo modo de trabalho, a pressão do circuito permanece quase constante à medida que o tempo passa, dependendo da pressão do ar. A pressão de trabalho é, pois, relativamente baixa, 1 - 2 bar, como anteriormente dito.

[038] Em seguida, o principal fluido de arrefecimento torna-se o ar que, através do ejetor EJT, é misturado com água na quantidade pretendida e determinada através da válvula solenoide EV4 acionada pelo dispositivo eletrônico em operação.

[039] Como resultado de um sinal local e/ou remoto do início do

8/9 arrefecimento, existem duas possibilidades.

a. O arrefecimento da matriz apenas com ar, abrindo-se para isso a válvula solenoide EV2 para entrar ar, a bomba P1 inicia, a válvula VBP na linha de desvio 16 é aberta, enquanto a válvula solenoide EV4 na linha de entrega 12' é fechada para o retorno da água para o tanque; em seguida, o fluxo de ar passa pelo circuito, entrando a partir do ejetor EJT para depois circular na matriz e sair para o tanque.

b. O arrefecimento da matriz com ar misturado com água, iniciandose para isso a bomba P1, se ainda não tiver sido iniciada, e a válvula solenoide EV2 para introduzir ar é aberta, assim como, é aberta a válvula BHP na linha de desvio 16. Ao mesmo tempo, um controle eletrônico (PLC) opera a abertura da válvula solenoide EV4 para medir a quantidade correta de água para circular com o ar que entra do ejetor EJT.

[040] No modo de pré-aquecimento da matriz ou forma 10, é utilizada a água contida no segundo tanque 111, preventivamente carregado com água que pode vir do tanque de armazenamento 111.

[041] Em seguida, a bomba de recirculação P1 continua inativa, a válvula solenoide EV4 na linha de. entrega 12' do circuito hidráulico primário 12 é aberta e a válvula solenoide de três vias EV5 na linha 12 que regressa da matriz ou forma é mudada de modo que a válvula é fechada no lado ligado ao permutador e é aberta no lado ligado à linha de retorno 112 do circuito de préaquecimento 112.

[042] Nestas condições, a água pode ser aquecida no segundo tanque 111 pelo resistor elétrico e depois é fornecida pela bomba P2 em direção à matriz ou forma 10 para o seu pré-aquecimento, por exemplo a uma temperatura de 140 - 160 °C. A água que sai da matiz passa pela válvula solenoide de três vias EV5 para o seu regresso para o segundo tanque 111 através da linha de retorno 112 do circuito de pré-aquecimento 112.

[043] Em seguida, o dispositivo eletrônico de controle, tanto independentemente como em interação com interfaces exteriores, será

9/9 programado para operar os passos subsequentes:

[044] - ligar o sistema, mas inativo para arrefecer a matriz pois não fornece nem ar nem água;

[045] - arrefecer a matriz apenas com ar;

[046] - arrefecer a matriz com ar misturado com água em diferentes modulações exigidas;

[047] - pré-aquecer a matriz com água quente que vem do segundo tanque providenciado com um aquecedor.

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Sistema para a termorregulação de matrizes para fundição, matrizes para fundição fria e similares, caracterizado por compreender

- um tanque aberto (11) com um fluido de arrefecimento líquido, em particular água,

- um circuito hidráulico primário (12) para uma circulação do dito fluido de arrefecimento líquido do dito tanque para a matriz por arrefecer e daqui para o tanque através de um permutador de calor (SC),

- um circuito pneumático secundário (13) ligado ao circuito hidráulico primário (12) e providenciado para a circulação de um fluido aeriforme na matriz por arrefecer tanto em alternativa e em uma forma misturada com o fluido de arrefecimento líquido, e

- uma unidade de controle do circuito hidráulico primário (12) e do circuito pneumático secundário (13) para operar o arrefecimento da matriz com o fluido de arrefecimento líquido apenas, com o fluido aeriforme apenas ou com o fluido aeriforme misturado com o fluido líquido, em que ainda compreende um circuito hidráulico de pré-aquecimento (112) integrado no circuito hidráulico primário (12) e atribuído à produção e circulação de um fluido líquido quente para pré-aquecer a matriz para ser termorregulada.
2. Sistema de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por

- o circuito hidráulico primário (12) compreender pelo menos uma bomba de recirculação (P1) para a circulação do fluido líquido, uma linha de entrega (12’) do tanque do fluido (11) para a matriz e uma linha de retorno (12”) da matriz para o tanque através do permutador de calor para arrefecer o dito fluido,

- o circuito pneumático secundário (13) está ligado à linha de entrega (12’) do dito circuito hidráulico primário (12) através de um ejetor (EJT) posicionado a jusante da dita bomba de circulação e de uma válvula de nãoretorno, e

- o circuito hidráulico de pré-aquecimento (112) compreende

2/3 • uma válvula solenoide de três vias (EV5) na linha de retorno (12”) do circuito hidráulico primário (12), a montante do dito permutador de calor (SC), • um segundo tanque (111) que contém fluido líquido de préaquecimento e providenciado com um aquecedor (R), em particular um resistor elétrico, para aquecer e manter a temperatura do fluido de pré-aquecimento lá dentro, • uma linha de entrega (112’) do fluido de pré-aquecimento do dito segundo tanque (111) da matriz, • uma linha de retorno (112”) do fluido de pré-aquecimento da matriz para o segundo tanque (111) através da dita válvula de três vias (EV5).
3. Sistema de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por a linha de entrega (112’) do circuito hidráulico de pré-aquecimento (112), a começar pelo segundo tanque (111) que contém o fluido de pré-aquecimento, coincidir pelo menos parcialmente com a linha de entrega do circuito hidráulico primário (12), em que a linha de retorno (112”) do circuito hidráulico de préaquecimento (112) coincide com a linha de retorno (12”) do circuito hidráulico primário (12) pelo menos na parte entre a matriz e a válvula solenoide de três vias (EV5), e em que uma bomba e fornecida para a circulação do fluido de pré-aquecimento no dito circuito hidráulico de pré-aquecimento (112).
4. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a bomba para a circulação do fluido no circuito de pré-aquecimento (112) ser a mesma bomba de recirculação (P1) para a circulação do fluido de arrefecimento no circuito hidráulico primário (12).
5. Sistema de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por a bomba para a circulação do fluido no circuito de pré-aquecimento (112) ser composta pela segunda bomba (P2) que pode ser ativada aiternativamente para a bomba de recirculação (P1).
6. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o segundo tanque (111) para o fluido de pré3/3 aquecimento compreender uma linha de ventilação (111’) que está ligada a uma válvula solenoide de ventilação (EV6) para a linha de retorno (12”) do circuito hidráulico primário (12) a jusante da válvula solenoide de três vias (EV5), e uma amostra termal (S3) para controlar a temperatura do fluido de pré-aquecimento no mesmo tanque.
7. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por o tanque (11) para o fluido de arrefecimento e a matriz serem fornecidos com amostras termais (S1; S2) e por o circuito hidráulico primário (12), o circuito pneumático secundário (13) e o circuito de pré-aquecimento (112) compreenderem válvulas solenoides, interruptores de pressão e manômetros para controlar fluidos atualmente em circulação.
8. Sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por na linha de retorno (12”) do circuito hidráulico primário (12), a jusante do permutador de calor (SC), ser inserida uma válvula dosadora para garantir uma passagem mínima de fluido de arrefecimento para manter uma pressão desejada no circuito hidráulico a montante da própria válvula, e para baixar a pressão do dito fluido do lado da sua saída em direção ao tanque.

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