ES2147333T5 - Sistema de purga turbo-laminar para maquina de embalar. - Google Patents

Abstract

SE PRESENTA UN APARATO Y UN METODO PARA PURGAR EL AIRE DE LOS ENVASES ABIERTOS (12) QUE TIENE UNA ZONA DE PROCESAMIENTO A TRAVES DE LA CUAL SON TRANSPORTADOS LOS ENVASES QUE PENETRAN A TRAVES DE UNA ABERTURA DE UN PUNTO DE ENTRADA Y QUE SALEN A TRAVES DE UN PUNTO DE SALIDA DURANTE UN TIEMPO DE RESIDENCIA, QUE INCLUYE UN INYECTOR PARA INYECTAR (20) UN FLUJO TURBULENTO DE GAS DE PURGA EN EL INTERIOR DE LA ZONA DE PROCESAMIENTO Y MEDIOS (16) PARA SUMINISTRAR UN FLUJO LAMINAR DE GAS DE PURGA EN EL INTERIOR DE LA ZONA DE PROCESAMIENTO, EN DONDE LA PARTE ABIERTA DEL ENVASE QUEDA EXPUESTA AL FLUJO DE GAS DE PURGA TURBULENTO DURANTE AL MENOS EL 50% DEL TIEMPO DE RESIDENCIA.

Description

Sistema de purga turbo-laminar para máquina de embalar.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un sistema en el que recipientes que contienen diversos tipos de productos son procesados para purgarlos del aire residual y otros gases, y más particularmente a un sistema de purgado en el que el gas de purga es suministrado en modelos de flujo turbulento y laminar.

Fundamento de la invención

El procesamiento de recipientes, tales como bolsas, latas o tubos, que contienen diversos tipos de productos, tales como comida y cosméticos, el recipiente es a menudo purgado para eliminar el gas residual, como por ejemplo aire que contiene oxígeno, antes del sellado final del recipiente. La eliminación del aire del recipiente disminuye su contenido de oxígeno residual. Esto reduce la interacción adversa con los contenidos del recipiente después de que el recipiente es sellado para su despacho y almacenamiento; mejora la integridad de los contenidos del recipiente; e incrementa la vida útil en depósito de los diversos productos. En la mayoría de tales aplicaciones, es deseable reducir el contenido de oxígeno en el recipiente a aproximadamente el 1% o menos antes del sellado final. Diversos procesos y sistemas son conocidos para purgar el aire de los recipientes. Uno de estos es un proceso llamado de vacío y retroafluencia. Aquí, el aire en el recipiente que contiene el producto es evacuado en primer lugar por vacío. El recipiente con el aire evacuado es llenado después con un gas inerte, tal como nitrógeno, y es sellado. Mientras que el proceso es efectivo, el equipo requerido es relativamente complicado y caro. También, son necesarias las etapas de procesamiento separadas de evacuación del aire y llenado. Esto disminuye la velocidad de envasado y aumenta el coste total del producto que está siendo envasado.

En otro proceso, los recipientes son pasados a través de un túnel lleno de un gas inerte, tal como nitrógeno o dióxido de carbono. Mientras en el túnel el interior del recipiente está sometido a un flujo de gas turbulento de alta velocidad para purgarlo del aire contenido. Este proceso tiene un inconveniente porque el flujo de gas turbulento hace que el aire que contiene oxígeno presente en la entrada y salida del túnel se mueva dentro del túnel. Esto provoca la contaminación del gas de purga en el túnel con aire y, por consiguiente, limita el nivel inferior del oxígeno que puede estar presente en el recipiente después del purgado.

Otro proceso introduce gas de purga a través de un miembro poroso dentro del túnel a una velocidad baja en un modelo de flujo laminar. El flujo laminar de gas de purga ayuda a bloquear la entrada de aire dentro del túnel. Sin embargo, este proceso no es efectivo para eliminar el aire de los interiores de los recipientes que están siendo purgados. Se requiere un largo tiempo de permanencia de un recipiente en el túnel para purgarlo de aire y se requiere una gran cantidad de gas de purga para reducir el contenido de oxígeno del recipiente a un nivel aceptablemente bajo. Esto consume tiempo y es caro.

En general, es deseable proporcionar un sistema en el que el contenido en oxígeno del gas de purga esté por debajo de aproximadamente el 1,0% para asegurar que el contenido de oxígeno en el recipiente esté también por debajo del 1,0%. Esto permite el purgado de los recipientes en una base continua sin necesidad de una etapa de evacuación del aire por vacío del recipiente separada.

Un objeto de la invención es proporcionar un sistema mejorado para el procesamiento de recipientes en el que flujo turbulento de gas de purga a alta velocidad es suministrado para purgar los recipientes y un flujo laminar del gas de purga a baja velocidad es usado para reducir la infiltración del aire dentro del túnel.

Sumario de la invención

El objeto anterior y otros, que serán evidentes para aquellos expertos en la técnica al leer esta descripción, se logran por la presente invención, uno de cuyos aspectos es:

Un método para purgar aire de un recipiente como se define en la Reivindicación 1.

Otro aspecto de la invención es:

Un aparato para purgar aire de un recipiente como se define en la reivindicación 6.

En una realización preferida de la invención la zona de procesamiento dentro de la cual tiene lugar el purgado turbo-laminar es un túnel. De acuerdo con esta realización, está previsto un túnel a través del cual son pasados los recipientes para el purgado del aire del recipiente. Los recipientes pueden, bien ser llenados con sus contenidos mientras que están en el túnel y posteriormente purgados de aire, o bien los recipientes ya llenos con los contenidos son purgados. En el túnel, los recipientes abiertos son sometidos a un flujo turbulento de gas de purga inyectado a gran velocidad que purga rápidamente el aire de los interiores de los recipientes. Un flujo de gas de purga laminar a baja velocidad es introducido en la cámara para establecer una tasa de flujo volumétrico, de manera que el gas de purga está fluyendo fuera del túnel, preferiblemente a la entrada y a la salida. Esto reduce la cantidad de aire que contiene oxígeno que se puede infiltrar dentro del túnel del ambiente circundante y mantiene el gas de purga dentro del túnel con una concentración de pureza mayor. El flujo laminar de gas de purga puede ser introducido desde cualquier localización dentro del túnel, y preferiblemente desde una fuente cercana a la salida del túnel.

En la producción de los flujos de gas de purga turbo-laminar, la fuente de gas turbulento está localizada preferiblemente dentro del túnel a una distancia de no menos de dos veces la dimensión mínima de la entrada o salida del túnel más cerca de a cual está localizado el inyector de gas de flujo turbulento. Esto minimiza la mezcla y entrada de aire desde el exterior del túnel que contaminaría la atmósfera de purga del túnel con oxígeno. La fuente de flujo laminar más preferiblemente tiene una distancia mínima de la abertura del túnel adyacente de la mitad de la dimensión mínima de la abertura.

La combinación de los flujos de gas de purga turbulento y laminar proporciona un purgado rápido y eficaz de los recipientes y también mantiene la atmósfera de gas de purga en el túnel a un nivel de oxígeno bajo. Por consiguiente, los recipientes son purgados de oxígeno de forma más completa y el procesamiento es terminado rápida y eficazmente con un coste relativamente bajo.

En una realización preferida, el flujo de gas de purga turbulento es suministrado dentro del túnel a través de dos inyectores separados. Esto equilibra mejor el flujo de gas turbulento inyectado, de manera que no existe desviación del flujo de gas hacia la entrada o salida del túnel.

El tiempo de purga turbulenta mínimo definido, es decir, al menos el 50% del tiempo de permanencia, permite a la invención conseguir un purgado mejorado significativamente del aire no deseado del recipiente respecto a la práctica convencional que proporciona inyección de gas de purga turbulento dentro de un recipiente abierto durante un período corto o discreto mientras que el recipiente está dentro de la zona de procesamiento.

Breve descripción de los dibujos

Fig. 1, es una vista esquemática de un túnel de purga a través de su longitud;

Fig. 2, es una vista desde el extremo del túnel de la Fig. 1;

Fig. 3, es una vista en diagrama de un sistema de envasado de formación y llenado en forma horizontal con purgado de aire;

Fig. 4, es una vista en diagrama de un sistema de envasado de formación y llenado con purgado de aire;

Fig. 5, es una vista en diagrama de un sistema para envasar productos a granel y para purgar el aire de los envases; y

Fig. 6, es una vista en diagrama de un sistema para purgar el aire de los recipientes usando un flujo de gas de purga turbo-laminar.

Descripción detallada de la invención

Con referencia a las Fig. 1 y 2, hay un túnel 10 de cualquier material apropiado, por ejemplo, metal, plástico, etc. El túnel tiene cualquier forma deseada, mostrado aquí con sección transversal generalmente rectangular. La sección transversal del túnel en general se hace sólo suficientemente grande para acomodar los recipientes 12 que están siendo procesados y el aparato de inyección de gas de purga asociado. Esto minimiza la cantidad de gas de purga que tiene que ser suministrada y reduce con ello los costes de funcionamiento.

Los recipientes 12 abiertos son transportados a través de toda la longitud del túnel 10 desde un punto de entrada en la abertura 14 a un punto de salida en la abertura 16. El tiempo durante el cual un recipiente está dentro del túnel o zona de procesamiento cuando pasa desde el punto de entrada 14 al punto de salida 16 se denomina tiempo de permanencia. El transporte se hace, bien con los recipientes de pie sobre un transportador móvil (no mostrado) o bien suspendidos de uno. El aparato de transporte es convencional en la técnica, y puede ser usado cualquier transportador apropiado. Los recipientes 12 pueden ser de cualquier tipo apropiado, por ejemplo, latas de metal, envases laminados de cartón o cartón/plástico en los que son envasadas frecuentemente comidas de aperitivo, láminas abiertas o bolsas de celofán, recipientes de plástico, tubos que tienen un extremo de base abierto, etc. Los recipientes 12 también pueden ser de cualquier tamaño y forma que puedan ser acomodados por las dimensiones del túnel y pueden contener cualquiera de una variedad de tipos de productos, tales como comidas, cosméticos, etc.

Los recipientes abiertos 12 que entran en el túnel 10 en la entrada 14 pueden ser ya llenados con producto o el producto puede ser dispensado dentro de los recipientes cuando entran en el túnel. El llenado de los recipientes puede llevarse a cabo por medio de cualquier aparato de dispensación apropiado (no mostrado). Los recipientes abiertos 12 son movidos a través de la longitud del túnel 10 durante el tiempo de permanencia para purgar el aire que queda en sus interiores antes de que sean sellados. El sellado puede tener lugar en una máquina (no mostrada) localizada muy estrechamente adyacente a la salida 16 del túnel o también dentro del propio túnel.

Localizada dentro del túnel 10 algo más abajo de su techo está un inyector de gas de purga turbulento 20, mostrado aquí en dos secciones separadas 20-1 y 20-2. Los inyectores de gas 20 son abastecidos con gas de purga, por ejemplo, argón o nitrógeno, desde una fuente apropiada para la inyección directamente dentro de las partes superiores abiertas de los recipientes 12 cuando pasan por debajo del inyector 20. Las salidas del inyector están preferiblemente relativamente próximas a las partes superiores abierta de los recipientes. Un simple inyector eficaz para producir flujo de gas turbulento es una tubería con una fila de agujeros. Los agujeros están hechos tan pequeños como sea conveniente fabricarlos para minimizar los requisitos del flujo de gas de purga turbulento. Los agujeros deberían estar espaciados tan lejos como sea posible, también para minimizar los requisitos del flujo de gas de purga turbulento. Sin embargo, los agujeros no deberían estar más separados que el ancho de las partes superiores abiertas de los recipientes que están siendo purgados. Esto permite una comunicación continua entre el flujo turbulento de gas de purga y los interiores de los recipientes. Si no se hace esto, los recipientes experimentarán momentos en los que no hay purga turbulenta dirigida dentro de sus interiores y la eficacia del túnel en términos del tiempo de purgado del recipiente será baja. La parte abierta de los recipientes está expuesta al flujo de gas de purga turbulento durante al menos el 50 por ciento del tiempo de permanencia, preferiblemente al menos el 70 por ciento del tiempo de permanencia.

El diámetro de la tubería para el inyector turbulento 20 debería ser suficientemente grande para asegurar que el gas de purga es distribuido uniformemente a todos los agujeros del inyector. También, los agujeros deberían estar orientados para dirigir el flujo turbulento dentro de los recipientes que están siendo purgados. Dependiendo de la forma de los recipientes y la manera en que son alimentados a través del túnel, los agujeros del inyector de gas pueden estar en múltiples filas para asegurar el flujo de gas de purga turbulento a través de las partes superiores abiertas completas de los recipientes.

En una realización preferida, ningún agujero del inyector 20 de gas de purga turbulento, es decir, ningún orificio de salida del flujo de gas turbulento, debería estar más próximo en distancia a cualquiera de las aberturas de entrada o salida 14, 16 del túnel adyacente en menos de la dimensión mínima (longitud o ancho) de tal abertura y preferiblemente, no más próxima que dos veces la dimensión mínima de tal abertura. Esto reduce la posibilidad de que el aire se mueva dentro del túnel a través de la entrada 14 o la salida 16 debido a la turbulencia.

El inyector turbulento 20 está en secciones 20-1, 20-2 que están configuradas preferiblemente como dos inyectores turbulentos controlados independientemente localizados en serie en una dirección a través de la longitud del túnel. Para túneles de longitud extendida, pueden estar previstas más de dos secciones de inyector turbulento. El motivo para usar secciones controladas independientemente para el inyector turbulento 20 es que un inyector sencillo tiende a desviar ligeramente el flujo de gas a una abertura final del túnel o la otra debido a pequeñas variaciones en la distribución de flujo de los agujeros de inyección o ligeros desplazamientos en la dirección del flujo de gas. El flujo de gas de purga desde al menos dos inyectores controlados independientemente puede ser ajustado para tender a equilibrar los efectos del flujo de inyector para minimizar tal desviación del flujo de gas.

En la Fig. 1, aunque no está a escala, las dos secciones 20-1 y 20-2 de inyector turbulento tienen cada una una fila sencilla de agujeros de descarga de gas. Los agujeros están distanciados en la mitad del ancho de la abertura del tipo de recipiente que está siendo purgado. Todos los agujeros de un inyector están separados al menos la distancia de la dimensión de dos alturas de abertura de túnel (la altura es la dimensión mínima mostrada en la Fig. 1) de cualquiera de las aberturas del túnel. Como se describió antes, la distancia preferida es no menor que dos veces la dimensión mínima de la abertura del túnel más cercana.

Un inyector de flujo de gas laminar 26 está también localizado dentro del túnel adyacente a su techo. El flujo laminar significa que es suave y tiene poca o ninguna turbulencia. El inyector laminar 26 puede ser construido por cualquiera de las técnicas conocidas para producir flujo laminar. Una de tales técnicas es introducir el gas a través de un cilindro poroso. El cilindro puede tener cualquier dimensión de diámetro conveniente.

El inyector laminar 26 puede estar localizado en cualquier lugar dentro del túnel. Puede estar montado a horcajadas, es decir, ser transversal a una abertura de entrada o salida del túnel. El inyector laminar está localizado preferiblemente cerca de la abertura de salida del túnel. La concentración de gas con la mayor pureza se requiere cerca de la abertura de salida del túnel donde la concentración de oxígeno dentro de un recipiente 12 que sale es mínima. Esto es, la mayor parte del aire ya ha sido purgado de un recipiente que sale. En el túnel mostrado en las figuras 1 y 2, un inyector laminar sencillo 26 está localizado a lo largo del túnel cerca de su salida 16. La distancia del extremo del inyector laminar 26 desde la abertura más cercana del túnel adyacente es preferiblemente al menos la mitad de la dimensión mínima de dicha abertura del túnel más cercana. La longitud del inyector laminar es preferiblemente dos veces la altura de la abertura de salida 16 del túnel.

La tasa total de flujo de gas de purga para el túnel de purga 10 es igual a la suma de los gases de flujo laminar más los de flujo turbulento. El flujo laminar es típicamente igual a aproximadamente el 90% del flujo total y el flujo turbulento es típicamente aproximadamente el 10%.

La tasa total mínima de flujo de gas de purga para el túnel es la requerida para impedir que el aire se infiltre a través de las aberturas de entrada y salida 14, 16 del túnel. Esta es determinada más fácilmente por monitorización del nivel de oxígeno cerca de la entrada y salida del túnel mientras que varía la tasa de flujo laminar con la tasa de flujo turbulento ajustada a cero.

Para aplicar la invención, un túnel con 10,2 cm de ancho por aberturas de entrada y salida de 17,8 cm de altura y de una longitud de 2,41 m fue purgado con nitrógeno a temperatura ambiente por medio de un inyector laminar. El flujo de gas de purga turbulento fue nulo. El flujo de gas de purga laminar fue inyectado uniformemente a través de la longitud del túnel. El flujo en cada abertura era aproximadamente igual. Los niveles de oxígeno medidos en las aberturas de entrada y salida del túnel con respecto a la tasa de flujo de gas de purga laminar están indicadas en la Tabla I a continuación

TABLA I

Flujo de gas purga de laminar	O_{2} % en la entrada	O_{2} % en la salida
(m^{3}/h de N_{2})
30,6	15	20
58,4	3,1	2,5
85,9	0,3	0,1

Un mínimo de 42,5 m^{3}/h del flujo laminar fue necesario en cada abertura para impedir la infiltración del aire, de manera que el contenido de oxígeno del túnel fuera menor del 1%. La tasa total mínima de flujo de gas de purga en este ejemplo es, por consiguiente, 85 m^{3}/h.

El flujo total de gas de purga laminar dirigido hacia la abertura de entrada puede tener que ser mayor que el mínimo para diluir el contenido de oxígeno del aire contenido en los recipientes. El flujo requerido para diluir el aire entrante a un nivel determinado viene dado por la ecuación:

Flujo de entrada = (C-O_{2})/O_{2} * flujo de aire del recipiente

El flujo de entrada es el flujo total de gas de purga que sale de la abertura de entrada del túnel, C es la concentración porcentual de oxígeno en el aire, por ejemplo, 20,9 por ciento del volumen, O_{2} es el nivel de oxígeno deseado en la entrada, y flujo de aire en el recipiente es la tasa de flujo de aire llevada por los recipientes dentro del túnel.

Es deseable que en la entrada del túnel, la concentración de oxígeno sea menor que C, preferiblemente menor que el 10% y más preferiblemente menor que el 2%.

En el ejemplo del túnel al que se ha hecho referencia antes, se requieren 227 m^{3}/h de N_{2} para la abertura de entrada al túnel para diluir el aire que entra contenido en los recipientes al 2% cuando 600 recipientes por minuto entran en el túnel, conteniendo cada recipiente 7,1 dm^{3} de aire. El flujo total de gas de purga requerido para el túnel entonces se convierte en 269 m^{3}/h ó 227 m^{3}/h para la entrada más 42,5 m^{3}/h para la salida.

Es preferible tener una desviación del flujo activa en el túnel de flujo turbo-laminar para asegurar que la cantidad correcta de flujo es dirigida a cada abertura de túnel. Son apropiadas diversas técnicas conocidas para la desviación del flujo. Una técnica preferida está descrita en la patente norteamericana 4.920.998, "method and Apparatus for Controlling Flow Bias in a Multiple Zone Process" ("Método y aparato para controlar la desviación del flujo en un proceso de múltiples zonas"), por Deitrick y otros, incorporada como referencia. En esta técnica, la desviación es media introduciendo un gas indicador dentro del flujo dirigido hacia una abertura particular del túnel. La tasa de flujo hacia la abertura es determinada a partir de la concentración del gas indicador aguas abajo del punto de inyección de acuerdo con la ecuación:

Flujo en la apertura = 100/(% de indicador) * Flujo del indicador,

donde el flujo en la abertura es la tasa de flujo de gas de purga dirigido hacia una abertura dada del túnel, % de indicador es la concentración del indicador expresada en %, y flujo del indicador es la tasa de flujo del gas indicador.

La tasa de flujo hacia una abertura del túnel dada puede ser controlada controlando un chorro direccional de gas de purga dirigido hacia o lejos de dicha abertura para mantener un % de indicador no deseado. Tal chorro de gas direccional 38 se muestra en la Fig. 1 cerca del centro del túnel. Preferiblemente es controlado desde una fuente de gas separada, de manera que su tasa de flujo pueda ser controlada.

Se descubrió que una técnica preferida para controlar la desviación del flujo en un túnel de purga en el que los recipientes contienen aire significativo es monitorizar el nivel de oxígeno, tanto a la entrada como a la salida del túnel. El chorro direccional 38 es controlado por la diferencia en el nivel de oxígeno medido entre las lecturas de entrada y salida. Cuando la diferencia es demasiado alta, hay un flujo insuficiente de gas de purga a la entrada y la desviación de flujo de gas hacia la entrada es incrementado por dirigir el flujo desde la tobera 38 hacia la entrada. Cuando la diferencia es demasiado baja, hay exceso de flujo a la entrada y la desviación hacia la entrada es disminuida dirigiendo flujo de gas de purga desde el chorro 38 hacia la salida del túnel o reduciendo la desviación del flujo de gas hacia la entrada. En general, se requiere más desviación de flujo hacia la entrada que hacia la salida, puesto que los recipientes que llegan contienen una cantidad significativa de oxígeno y el movimiento de los recipientes tiende a desviar el flujo hacia la salida. El sistema descrito responde correctamente en el caso extremo de que aire significativo se infiltre dentro de la abertura de salida y fluya a la entrada. El nivel de oxígeno en la salida será mucho mayor que el nivel de oxígeno en la entrada y la desviación a la entrada será disminuida apropiadamente. Esta técnica puede emplearse también en sistemas de procesamiento que no emplean el purgado turbo-laminar de esta invención.

Fue descubierto también que otra técnica para controlar el flujo total a cualquier túnel de purgado en el que los recipientes contienen aire significativo es monitorizar el nivel de oxígeno a la entrada y a la salida del túnel. El flujo laminar al túnel es controlado por la suma del nivel de oxígeno en la entrada y la salida. Cuando la suma es alta, hay un flujo total inadecuado, y el flujo laminar se incrementa, Cuando la suma es baja, hay exceso de flujo y el flujo total es disminuido.

Un sistema de control preferido combina la desviación del flujo y el control del flujo total como se describió antes. Este sistema de control puede también emplearse en sistemas de procesamiento que no emplean el purgado turbo-laminar de esta invención.

El flujo turbulento debería ser suficientemente alto para eliminar el aire de los recipientes que están siendo purgados durante el tiempo que están en el túnel. Una tasa de flujo de gas de purga turbulento demasiado baja tendrá por resultado un purgado inadecuado del recipiente. Una tasa de flujo turbulento demasiado alta provocará infiltración de aire en las aberturas del túnel o producirá alteraciones.

Para determinar los parámetros de flujo turbulento se usó el túnel de purgado mencionado antes de 10,2 cm de ancho por aberturas de 17,8 cm de altura y una longitud 2,41 m. Un inyector laminar de metal poroso fue instalado a través de toda la longitud del túnel cerca de su techo. Un inyector turbulento en dos secciones, cada una de 85,1 cm de largo y dispuestas extremo junto a extremo fue instalado a través de la longitud del túnel. Cada sección tenía una fila única de agujeros de 0,8 mm de diámetros espaciados 13 mm. Había una distancia de 35,6 cm entre cada abertura de túnel y el agujero más cercano en la sección de inyector turbulento. Ésta era 3,5 veces la dimensión mínima de la dimensión más pequeña de abertura (10,2 cm de ancho). Se usó nitrógeno de alta pureza (<10 PPM O_{2}) tanto para el flujo turbulento como para el laminar.

Latas con forma cilíndrica de 7,6 mm de diámetro y 7,6; 10,2; 12,7 ó 15,2 cm de altura, de patatas fritas fueron pasadas a través del túnel. El tiempo de permanencia (paso total) de cada lata en (a través de) el túnel fue de 10 segundos. Después de que las latas pasaron a través del túnel fueron selladas y fue medido el oxígeno residual en las latas. Para esta aplicación era deseable reducir el contenido de oxígeno en los recipientes al 1,5% o menos. Los resultados se dan en la Tabla II.

TABLA II

Altura de la	O_{2} en las	O_{2} en las	O_{2} en las
lata en cm	latas para	latas para	latas para
	flujo laminar	flujo laminar	flujo laminar
	de 104 m^{3}/h y	de 399 m^{3}/h y	de 86 m^{3}/h y
	flujo turbulento nulo	turbulento nulo	turbulento de
			17 m^{3}/h
7,6	1,70% O_{2}	0,45%	1,32% O_{2}
10,2	4,76% O_{2}	1,37%	1,18% O_{2}
12,7	4,68% O_{2}	1,67%	0,85% O_{2}
15,2	5,49% O_{2}	2,03%	0,94% O_{2}

En el caso de ausencia de flujo turbulento, incluso con un flujo laminar de gas de purga tan alto como aproximadamente 396 m^{3}/h, los recipientes más grandes no pudieron ser purgados adecuadamente. Cuando el flujo de gas turbulento fue de 17 m^{3}/h, sin embargo, sólo aproximadamente 102 m^{3}/h de flujo de gas de purga total fue requerido para reducir el nivel de oxígeno en todos los recipientes a menos del 1,5%. Sorprendentemente, el gas de purga fue incluso más efectivo para los recipientes mayores de lo que fue para los pequeños. Se requiere más flujo turbulento con un tiempo de permanencia más corto de las latas en el túnel. También, un flujo turbulento mayor se requeriría si los agujeros del inyector turbulento fueran mayores o más numerosos.

Debe haber al menos suficiente flujo laminar para evitar la infiltración del aire a través de la entrada y salida del túnel cuando no hay flujo turbulento y también diluir el aire contenido en los recipientes. Pueden requerirse mayores niveles de flujo de gas de purga laminar cuando se usan tasas de flujo turbulento altas. Las tasas de flujo turbulento altas provocan algo de infiltración de aire a través de las aberturas del túnel a pesar de su distancia de dichas aberturas. La cantidad total de flujo laminar requerida para evitar la infiltración de aire es entonces proporcional al flujo turbulento.

La razón necesaria entre el flujo laminar y el flujo turbulento es determinada por experimentación rutinaria para una aplicación particular. Se requieren razones altas cuando el inyector turbulento tiene agujeros pequeños o pocos. La cantidad total de flujo laminar requerido, sin embargo, es independiente del tamaño o número de los agujeros del inyector turbulento. La razón incrementada provocada por los agujeros pequeños del inyector turbulento es compensada por el volumen menor de flujo turbulento debido a los agujeros pequeños.

Tanto la razón entre el flujo de gas de purga laminar y el turbulento como la cantidad total de flujo laminar se incrementan cuando el inyector turbulento es movido próximo a una abertura del túnel dada. Con una tasa de flujo turbulento mayor los agujeros del inyector de flujo turbulento deberían estar espaciados más lejos de la abertura del túnel adyacente.

En el túnel representado en la Tabla II, fueron variados los flujos laminar y turbulento. Los niveles de oxígeno fueron medidos a la entrada y a la salida del túnel. La Tabla III a continuación muestra los resultados. No había recipientes en el túnel.

TABLA III

	O_{2} para flujo	O_{2} para flujo	O_{2} para flujo
	Laminar de 124 m^{3}/j	Laminar de 171 m^{3}/h	Laminar de 231 m^{3}/h
Flujo turbulento	0,0015% O_{2}	0,0004% O_{2}	0,004% O_{2}
de 11,3 m^{3}/h
Flujo turbulento	1,4% O_{2}	0,0005% O_{2}	0,004% O_{2}
de 20,1 m^{3}/j
Flujo turbulento	10% O_{2}	2,5% O_{2}	0,004% O_{2}
de 29,3 m^{3}/h 66

Una razón entre el flujo laminar y el turbulento de al menos 6:1 fue necesaria para mantener niveles de oxígeno de menos del 2% para este diseño de túnel e inyector turbulento.

El concepto de flujo de gas de purga turbo-laminar puede ser usado para purgar el aire de los espacios entre productos adyacentes en una línea de transporte antes de ser envueltos individualmente en una máquina envasadora tal como una máquina de formación-llenado-sellado horizontal. Esto es particularmente ventajoso cuando la envoltura va a ser apretada en torno al producto. En los sistemas existentes, el aire es purgado de entre el producto inyectando gas de purga de flujo turbulento entre la película de envasado y el producto. Cuando la envoltura es apretada, no existe espacio para el inyector de gas de flujo turbulento. Una máquina de formación-llenado-sellado horizontal envuelve el producto con película de envasar, sella la película alrededor del producto y después sella y corta los extremos de la película para hacer los envases individuales.

La Fig. 3 muestra en diagrama una máquina de envasado de formación-llenado-sellado 40 y un túnel de purga 41 usando un purgado de gas turbo-laminar. Los envases 32 que van a ser envueltos en película 42 de un rodillo son alimentados en la entrada 43 del túnel de purga 41 que tiene un inyector turbulento y un inyector laminar. El túnel de purga 41 elimina cualquier aire contenido en el producto. Los productos 32 abandonan el túnel y son envueltos con la película de envasados para formar un producto envuelto 45.

Puede ser inyectado gas de purga adicional entre el producto y la película 42 si hay espacio para un inyector de gas, tal como 44, bien del tipo de flujo turbulento o laminar a la salida del túnel. Por ejemplo, puede ser inyectado un flujo de gas laminar a través de un cilindro poroso usado para el inyector 44. Un inyector de este tipo tiene la ventaja de reducir el ladeamiento u ondulación de la película. Esto contribuye a una envoltura más suave de la película y una reducción en bolsas de gas encerrado entre la película y los envases y arrugas en la película envuelta, y tiene aplicaciones independientemente del presente túnel de purga, es decir, incluso en túneles convencionales en los que son empleadas tales películas.

El concepto turbo-laminar puede ser aplicado a inyectar gas en el tubo de formación de una máquina de formación-llenado-sellado. Una máquina de formación-llenado-sellado vertical es similar a una máquina de formación-llenado-sellado horizontal, excepto en que el producto a granel, tal como patatas fritas, se deja caer verticalmente. En esta realización la máquina de formación-llenado-sellado comprende la zona de procesamiento y el tiempo de permanencia es el tiempo que tarda el producto a granel en pasar a través de esta zona de procesamiento. Como se muestra en la Fig. 4, tal máquina tiene un tubo de formación 52 normalmente cilíndrico que la película de envasado 46 envuelve cuando es formado en una bolsa. Se deja caer el producto en la parte superior del tubo 52 dentro de un envase abierto formado por la película que está siendo envuelta. Dentro del tubo de formación 52 hay un inyector turbulento 54 que inyecta gas de purga a través de la longitud de la zona de procesamiento, es decir el tubo de formación 52. Un inyector laminar 56 localizado dentro del tubo de formación inyecta gas de purga cerca de la base del tubo de formación 52. Aquí también, un cilindro de procesamiento puede ser usado para el inyector de flujo laminar. Esto permite el uso de flujo de gas alto sin hacer que los productos de bajo peso caigan a través del túnel para levitar, es decir, ser soplados hacia la parte superior del túnel. Después de que el producto cae a la base del tubo de formación 52, el producto sellado 47 es formado; la película es abatida y se hace un sello, por ejemplo por calor o sellado ultrasónico, para formar la parte superior del envase. El sellado forma también la base del siguiente envase.

Tanto el purgado turbo-laminar como el purgado sólo laminar son beneficiosos para las máquinas de envasar que cargan el producto verticalmente dentro de recipientes abiertos que pueden ser rígidos o flexibles. Las máquinas de carga vertical dejan caer el producto a través de un tubo de llenado dentro de un recipiente abierto. El recipiente después se mueve horizontalmente a una estación de sellado. La estación de llenado y sellado puede estar en un túnel, tal como está mostrado por el túnel 69, pero no necesita estar en un túnel. La Fig. 5 muestra una máquina de llenado vertical para producto a granel 60, por ejemplo, cacahuetes, caramelos, etc., que es dispensado a través de un tubo de llenado 62 dentro de un recipiente abierto 64 por debajo del tubo de salida 66.

El gas es inyectado laminarmente dentro del tubo de alimentación 60 por un inyector 68 localizado a través de la longitud del tubo de alimentación 60 próximo a su extremo de entrada 67 para evitar la infiltración de aire dentro del tubo 62. La combinación de usar flujo laminar de gas de purga en el tubo de alimentación y pasar el producto a través de un túnel de purga es superior al túnel de purga sólo. El inyector 60 de gas de purga laminar dentro del tubo de alimentación 62 es preferiblemente un collar anular de metal poroso. El collar es ligeramente mayor que el tubo de alimentación para evitar que el producto golpee el metal poroso cuando cae.

El inyector de flujo turbulento de purga localizado dentro del tubo de llenado 62 tiene su chorro de salida 70 apuntando directamente dentro del envase abierto 64. En esta realización la zona de procesamiento comprende el tubo de llenado y la estación de llenado y el tiempo de permanencia es el tiempo que tarda el recipiente en atravesar la estación de llenado. La combinación de una purga laminar 68 dentro del tubo y la purga turbulenta 70 a la salida, como se muestra en la Fig. 5, resultó para ser efectiva en una aplicación de prueba en la que el producto a granel 60 era fruta seca y el envase 64 era flexible. La invención puede ser practicada con dos gases de purga diferentes en los que un gas de purga tiene una densidad o peso específico mayor, es decir, es más pesado, que el otro gas de purga. Cuando un gas pesado (por ejemplo, argón) fue inyectado laminarmente sobre un gas ligero turbulento (por ejemplo, N_{2}), se obtuvieron niveles de oxígeno inferiores en el recipiente 64 que cuando se usó sólo argón o sólo N_{2}, tanto para el gas laminar como el turbulento. El beneficio de la estratificación de los dos gases de purga de diferente densidad fue observado también cuando fue inyectado un gas ligero (N_{2}) laminarmente por debajo de un gas pesado laminar. La disposición preferida usa inyección laminar para el gas pesado e inyección turbulenta para el gas ligero de acuerdo con esta invención.

La Fig. 6 muestra un sistema que elimina la necesidad de mantener los recipientes purgados en un túnel cuando se mueven desde una estación de llenado a la estación de sellado. En la disposición mostrada en la Fig. 6, un producto en crema 71 (por ejemplo crema para el pelo) es puesto en un recipiente abierto (como un tubo de pasta de dientes) en una estación de llenado por cualquier aparato apropiado (no mostrado). El recipiente 72 después se mueve a una estación de nivelación 73 en la que el aire que permanece en el recipiente en el espacio por encima del producto de crema es purgado por medio de una purga turbulenta proporcionada a través de un inyector 74 cuando pasa a través de la estación de nivelación. El recipiente entonces se mueve a una estación de sellado en la que el extremo es plegado para cerrarse por medio de cualquier aparato apropiado (no mostrado). En esta realización la zona de procesamiento comprende la estación de nivelación y el tiempo de permanencia es el tiempo que tarda el recipiente para atravesar la estación de nivelación.

El espacio de cabecera del recipiente 72 de producto es protegido del aire cuando está siendo nivelado en la estación 73 por una purga laminar de gas proporcionada desde un conducto 76 de la fuente que fluye dentro de la estación de nivelación 73. Gas inerte es introducido dentro de un impelente 78 en la estación de nivelación y distribuido uniformemente como un flujo laminar por una hoja de metal poroso 77. La hoja de metal poroso 77 es preferiblemente más ancha que los recipientes abiertos pero puede ser tan estrecha como ½ del ancho de los recipientes abiertos.

Ambos flujos, laminar y turbulento, son necesarios. Los sistemas conocidos usan un flujo turbulento de gas desde la estación de llenado a la estación de sellado para proteger el espacio de cabecera del recipiente de producto. El flujo turbulento fue generado fluyendo gas a través de una fila de agujeros perforados en una hoja sólida de metal sobre la base del impelente. Los sistemas conocidos tampoco usan una purga turbulenta en la estación de nivelación. Niveles de oxígeno del 10% se consiguen con los sistemas conocidos convencionales. Niveles de oxígeno de menos del 2% son obtenibles para una estación de llenado con la purga turbo-laminar de esta invención incluso cuando no se emplea un túnel cerrado.

Las características específicas de la invención se muestran en uno o más de los dibujos sólo por conveniencia, ya que cada característica puede ser combinada con otras características de acuerdo con la invención. Realizaciones alternativas serán reconocidas por aquellos expertos en la técnica y están destinadas a ser incluidas dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (7)

1. Método para purgar el aire de un recipiente que comprende:

(A) pasar un recipiente que tiene una parte abierta a través de una zona de procesamiento durante un tiempo de permanencia;

(B) pasar un flujo laminar de gas de purga a través de la zona de procesamiento mientras que el recipiente está dentro de la zona de procesamiento;

(C) inyectar un flujo turbulento de gas de purga en la zona de procesamiento; y

(D) exponer la parte abierta de dicho recipiente al flujo turbulento de gas de purga dentro de la zona de procesamiento durante al menos el 50 por ciento del tiempo de permanencia, en el que el gas de purga que tiene el flujo laminar es más pesado que el gas de purga que tiene el flujo turbulento.

2. Método según la reivindicación 1, en el que la zona de procesamiento comprende un túnel.

3. Método según la reivindicación 2, que comprende además la medición de la concentración de oxígeno en la entrada y salida del túnel y controlar el flujo de gas en respuesta a la diferencia entre las dos concentraciones de oxígeno medidas.

4. Método según la reivindicación 1, en el que el gas de purga que tiene el flujo laminar comprende argón y el gas de purga que tiene el flujo turbulento comprende nitrógeno.

5. Método según la reivindicación 1, en el que el gas de purga que tiene el flujo laminar y el gas de purga que tiene el flujo turbulento forman dos capas de gas estratificado dentro de la zona de procesamiento.

6. Aparato para purgar el aire de un recipiente que comprende:

(A) una zona de procesamiento que tiene un punto de entrada y un punto de salida;

(B) medios para pasar un recipiente que tiene una parte abierta a través de la zona de procesamiento desde el punto de entrada al punto de salida durante un tiempo de permanencia;

(C) medios para proporcionar un flujo laminar de gas de purga a través de la zona de procesamiento; y

(D) medios para inyectar un flujo turbulento de gas de purga dentro de la zona de procesamiento, de manera que la parte abierta del recipiente esté expuesta al flujo turbulento de gas dentro de la zona de procesamiento durante al menos el 50 por ciento del tiempo de permanencia, en el que el gas de purga que tiene el flujo laminar es más pesado que el gas de purga que tiene el flujo turbulento.

7. Aparato según la reivindicación 6, en el que la zona de procesamiento comprende un túnel.