ES2214625T3 - Metodo para la limpieza por pulverizacion de hielo. - Google Patents
Metodo para la limpieza por pulverizacion de hielo.Info
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Abstract
APARATO (10) Y PROCEDIMIENTO PARA GUIAR CONTINUAMENTE PARTICULAS DE HIELO (20A) A UN SUSTRATO PARA TRATAR SU SUPERFICIE. EL APARATO INCLUYE UNA SUPERFICIE CURVADA REFRIGERADA QUE SE PONE EN CONTACTO CON AGUA PARA FORMAR UNA FINA CAPA DE HIELO (20) SOBRE LA SUPERFICIE (15). UNA CUCHILLA FIJA (22) INTERCEPTA EL BORDE DELANTERO DE LA CAPA DE HIELO PARA FRAGMENTARLA Y PRODUCIR PARTICULAS DE HIELO QUE PASAN A UN TUBO (30). SE FLUIDIFICAN LAS PARTICULAS MEDIANTE AIRE Y SE TRANSPORTAN HACIA UNA MANGUERA (52) PARA LLEVARLAS A TRAVES DE UNA TOBERA SOPLANTE (54) A PRESION.
Description
Método para la limpieza por pulverización de
hielo.
La invención proporciona un método para la
producción continua de un chorro de partículas de hielo.
En los últimos años ha ido en aumento el interés
por la utilización de las técnicas de limpieza por pulverización de
hielo para tratar superficies. Para determinadas aplicaciones, la
limpieza por pulverización de hielo supone importantes ventajas
respecto al tratamiento de superficies con productos químicos, la
limpieza por pulverización de arena u otros materiales abrasivos,
la limpieza por pulverización de agua, y la limpieza por
pulverización de vapor o hielo seco. La técnica puede utilizarse
para eliminar materiales sueltos, irregularidades y rebabas de
componentes metálicos de producción, como placas del canal de
transmisión después del mecanizado, e incluso materiales más
blandos, como materiales poliméricos orgánicos, incluyendo
componentes de plástico y goma. Dado que el agua es respetuosa con
el medio ambiente tanto cuando está congelada como en estado
líquido, y barata, la limpieza por pulverización de hielo no
plantea problema alguno desde el punto de vista de la eliminación de
residuos. La técnica puede también utilizarse para la limpieza de
superficies, para quitar pintura o contaminantes de una superficie,
sin utilizar productos químicos, materiales abrasivos, temperaturas
elevadas o vapor.
Debido a estas aparentes ventajas, la limpieza
por pulverización de hielo ha despertado un considerable interés
comercial que ha llevado al desarrollo de múltiples tecnologías
diseñadas para proporcionar un spray sometido a una elevada presión
que contiene partículas de hielo para llevar a cabo determinados
procedimientos de tratamiento de superficies. Algunas de estas
tecnologías se muestran, por ejemplo, en las patentes
norteamericanas nº 2,699,403; 4,389,820; 4,617,064; 4,703,590;
4,744,181; 4,965,968; 5,203,794; y 5,367,838. En concreto, el
documento nº A-9 416 861 muestra un método para la
producción continua de un chorro de partículas de hielo, método que
comprende:
- (a)
- la congelación continua de agua sobre una superficie curvada en una lámina de hielo fina curvada;
- (b)
- la fragmentación continua de la lámina de hielo curvada para formar partículas de hielo;
- (c)
- la separación continua de las partículas de hielo fragmentadas de la superficie curvada obligando de manera continuada a las partículas de hielo, a medida que se van formando, a penetrar directamente en una corriente de aire con suficiente velocidad para fluidizar las partículas;
- (d)
- el mantenimiento de las partículas de hielo en un estado fluidizado; y
- (e)
- la expulsión continua de las partículas de hielo fluidizadas a velocidad controlada desde una tobera.
A pesar de todo el esfuerzo dedicado a los
equipos de limpieza por pulverización de hielo, los equipos
disponibles actualmente adolecen aún de importantes defectos que
llevan a la interrupción de los trabajos y a periodos de
inactividad con motivo del mantenimiento de los equipos. Esta es una
desventaja concreta respecto a la utilización de la limpieza por
pulverización de hielo en una línea de producción continua
automatizada para tratar superficies de piezas mecanizadas.
En general, en los equipos del estado de la
técnica anterior, a las partículas de hielo se les confiere su
tamaño de manera mecánica, proceso que puede hacer que las
partículas de hielo se derritan parcialmente y, en consecuencia,
que se peguen unas a otras dando lugar a partículas de mayor
tamaño. En consecuencia, no sólo hay una amplia variedad en cuanto
al tamaño de las partículas de hielo producidas y la velocidad a la
que se expulsan estas partículas desde una tobera sobre la
superficie que se quiere tratar, sino que también se producen
obturaciones frecuentes que precisan dejar inactivo el equipo para
la limpieza de la zona obturada. Además, en los equipos
disponibles, las partículas de hielo permanecen almacenadas en las
tolvas, donde quedan físicamente en reposo, mientras entran en
contacto unas con otras. Esto hace que las partículas de hielo
formen una unidad para crear bloques de hielo de mayor tamaño que
en última instancia causan obturaciones que, a su vez, provocan la
detención de la operación de limpieza por pulverización de hielo
debido a un suministro insuficiente de partículas de hielo en la
tobera de pulverización. En otros equipos, las partículas de hielo
fluyen a lo largo de una trayectoria que presenta una zona de la
sección transversal con variaciones abruptas para el flujo. Esto
ocasiona frecuentemente la acumulación de partículas de hielo finas
en determinadas zonas de baja presión. Esta acumulación también
provoca en última instancia una obturación del aparato, dando lugar
a una parada no programada de la operación de limpieza por
pulverización de hielo.
Sin embargo, el aparato para la limpieza por
pulverización de hielo es necesario, así como un método para esa
limpieza por pulverización de hielo que pueda desarrollarse de
manera continuada, con el mínimo riesgo de paradas no programadas
debidas a la formación de obturaciones de hielo en el aparato. Este
aparato, y su método de funcionamiento, permitirán el desarrollo de
operaciones más eficaces de limpieza por pulverización de hielo,
reduciendo los costes laborales ocasionados por paradas no
programadas, los costes laborales en los que se incurre por la
eliminación de obturaciones en el equipo, y permitirá una mejor
integración de la limpieza por pulverización de hielo en una línea
de producción automatizada.
La invención proporciona un método para la
producción continua de un chorro de partículas de hielo, método que
comprende:
- (a)
- la congelación continua de agua sobre una superficie curvada en una lámina de hielo fina curvada, en el que la curvatura de la lámina curvada y el gradiente de temperatura a través de la lámina curvada provocan roturas por tensión, predisponiendo de esta forma la lámina curvada a su posterior fragmentación en partículas;
- (b)
- la fragmentación continua de la lámina de hielo curvada para formar partículas de hielo;
- (c)
- la separación continua de las partículas de hielo fragmentadas de la superficie curvada obligando de manera continuada a las partículas de hielo, a medida que se van formando, a penetrar directamente en una corriente de aire con suficiente velocidad para fluidizar las partículas;
- (d)
- el mantenimiento de las partículas de hielo en un estado fluidizado; y
- (e)
- la expulsión continua de las partículas de hielo fluidizadas a velocidad controlada desde una tobera.
En general, la invención puede llevarse a cabo
utilizando un aparato para la fabricación de partículas de hielo
que tiene una superficie curvada y refrigerada, en la que se forma
una lámina de hielo fina que luego se fragmenta en partículas de
hielo que se fluidizan y conducen a un conducto por el que sale
aire para chocar contra la superficie que se quiere tratar. El
conducto es preferiblemente liso, y con una zona de sección
transversal sustancialmente uniforme para el flujo, con el fin de
minimizar o eliminar la aglomeración de partículas de hielo y la
consiguiente obstrucción del aparato.
El aparato incluye un dispositivo refrigerado con
una superficie curvada, como un tambor cilíndrico que se monta
preferiblemente de forma giratoria con las superficies exteriores
adaptadas para formar una capa de hielo fina. En una realización,
el tambor está montado horizontalmente en un cuenco de agua. A
medida que el tambor, que está refrigerado a una temperatura en
superficie de al menos 0ºC, rota en el cuenco, se forma una lámina
de hielo fina curvada en las superficies cilíndricas externas del
tambor. Se monta una herramienta para romper el hielo, como una
cuchilla, cerca del lado del tambor cubierto de hielo, y que se
extiende a lo largo de toda la longitud del tambor. La cuchilla está
orientada para interceptar un borde protuberante de la lámina de
hielo y fragmentarla en partículas de hielo a medida que gira el
tambor. Un tubo para la recepción de hielo está colocado de manera
adyacente, y se extiende a la largo de toda la longitud de la
cuchilla, y está orientada de tal forma que una ranura longitudinal
en el tubo pueda recibir las partículas de hielo formadas. Un
extremo del tubo está asociado a una manguera que suministra aire
frío, y el otro extremo está asociado a una manguera de
distribución de hielo que aplica succión al espacio interno del
tubo. La manguera de distribución termina en una tobera para la
limpieza por pulverización de hielo. A medida que las partículas de
hielo penetran en el tubo para la recepción de hielo, las partículas
son transportadas mediante una corriente continua de aire frío
dentro de la manguera de distribución y desde allí a la tobera para
la limpieza por pulverización de hielo. El conducto de flujo para
las partículas de hielo (tubo y mangueras) tiene una superficie
interna sustancialmente lisa (es decir, libre de obstrucciones e
irregularidades en la superficie), y una zona de sección
transversal sustancialmente uniforme para el flujo, evitando así
puntos de baja velocidad en los que se asientan y acumulan las
partículas de hielo formando obturaciones.
El tambor refrigerado se rocía con agua para
formar la lámina de hielo fina. El tambor puede estar montado
horizontalmente, si se prefiere, para formar una lámina de hielo
con grosor uniforme, o puede tener un ángulo de inclinación. En
esta realización de la invención, el tambor refrigerado está
orientado verticalmente y se rocía agua sobre el tambor para formar
una lámina de hielo fina y curvada. Como se ha explicado más
arriba, una cuchilla se extiende a lo largo de toda la longitud del
tambor para fragmentar las partículas de hielo de la lámina que
pasan a un tubo para la recepción de hielo adyacente y con la
misma
longitud.
longitud.
La superficie cilíndrica refrigerada constituye
la superficie interior de una corona. Al menos una tobera para
rociar se monta con el propósito de dirigir el agua a las paredes
cilíndricas de la corona para formar una lámina de hielo fina.
Igual que en el caso anterior, se utiliza una cuchilla que se
extiende a lo largo de toda la longitud de la pared cilíndrica para
fragmentar las partículas de hielo con una escasa distribución de
tamaños desde la lámina de hielo a una ranura en un tubo para la
recepción de hielo que es adyacente y que tiene la misma longitud
que la cuchilla.
La totalidad del aparato para la fabricación de
las partículas de hielo está encerrado en un recipiente
presurizado. El recipiente puede mantenerse a una presión dentro
del margen comprendido desde aproximadamente 20 hasta
aproximadamente 150 psig. Además, en esta realización se suministra
aire presurizado, u otro gas, al aparato para fluidizar las
partículas de hielo, y conducir las partículas de hielo hacia una
tobera, o una pluralidad de toberas, para la limpieza por
pulverización de una superficie.
De acuerdo con el método de la invención, las
partículas de hielo se preparan con agua congelada formando una
lámina de hielo fina y curvada. Esta lámina de hielo fina y
curvada, ya sometida a tensiones gracias a la curvatura, se
fragmenta con relativa facilidad en partículas de hielo cuyo tamaño
depende del grosor de la lámina de hielo y del radio de curvatura.
Estas partículas de hielo son arrastradas con presión por succión
hacia una corriente de aire frío y seco que fluidiza y arrastra las
partículas hacia un conducto de flujo con una superficie lisa que
tiene una zona de sección transversal sustancialmente uniforme para
el flujo. En uno de los extremos de este conducto de flujo se
expulsan las partículas de hielo sobre una superficie de un sustrato
mediante una tobera a alta velocidad para desbarbar, limpiar, o
realizar otras operaciones, en función de la velocidad de las
partículas de hielo y de la corriente de aire.
Las anteriores características de esta invención,
y muchas de las ventajas que conllevan, podrán apreciarse mejor con
un mayor entendimiento de la misma con referencia a la descripción
detallada que sigue, junto con los dibujos que se acompañan, en los
que:
la Figura 1 es una ilustración de un trabajador
limpiando por pulverización una superficie con partículas de hielo
de un dispositivo de limpieza por pulverización de hielo;
la Figura 2 es un esquema simplificado de un
equipo para la fabricación de partículas de hielo;
la Figura 3 es una vista en perspectiva
esquemática de una realización de un aparato para la limpieza por
pulverización de hielo;
la Figura 4A es una vista posterior de una
realización que muestra detalles de la herramienta para desprender
el hielo y el tubo para la recepción de hielo;
la Figura 4B es una vista posterior de una
realización que incluye las toberas de rociado de agua para la
formación de una lámina de hielo sobre una superficie cilíndrica de
un tambor rotatorio refrigerado;
la Figura 4C es una vista en perspectiva
esquemática de una realización del tubo para la recepción de hielo,
equipado con una ventana opcional;
la Figura 5 es un diagrama esquemático que
muestra otra realización del aparato para la fabricación de
partículas de hielo en el que el tambor rotatorio refrigerado está
orientado verticalmente y se rocía con agua para formar una lámina
de hielo sobre las superficies externas del tambor;
la Figura 6 es otra realización preferida del
dispositivo para la fabricación de partículas de hielo en la que el
tambor rotatorio tiene una superficie cilíndrica interna sobre la
que se forma una lámina de hielo fina que luego se fragmenta en el
tubo para la recepción de hielo;
la Figura 7 es una ilustración esquemática de la
sección transversal de un tubo para la recepción de partículas de
hielo, dividido en dos secciones, para suministrar dos chorros de
partículas de hielo fluidizadas;
la Figura 8 es una representación esquemática de
una realización del aparato encerrado en un recipiente a presión, y
al que se suministra aire comprimido.
La invención proporciona un método para la
producción continua de partículas de hielo y la liberación continua
de estas partículas de hielo a una velocidad elevada y controlada
sobre un sustrato. Las partículas de hielo se forman a partir de la
fragmentación de una "lámina fina y curvada" de hielo. En la
memoria y las reivindicaciones esto significa una lámina con una
curvatura y un grosor tales que, como consecuencia de los mismos,
dicha lámina presenta tensiones residuales y un gradiente térmico
que predisponen dicha lámina a una fragmentación mejor. Un ejemplo
de esa lámina cilíndrica es una lámina con aproximadamente 1,5 mm
de grosor y con un radio de curvatura de aproximadamente 100 mm.
Preferiblemente, esta lámina tiene un grosor comprendido entre
aproximadamente 1,0 y aproximadamente 2,0 mm, y tiene un radio de
curvatura de aproximadamente 50 mm hasta aproximadamente 150 mm.
Obviamente, aparatos más grandes o más pequeños resultan también
útiles.
Las partículas de hielo se mantienen en
movimiento constante (y están "fluidizadas"), de acuerdo con la
invención, de forma que no permanecen en reposo en ninguna parte
del aparato y no entran en contacto estacionario entre ellas para
formar una unidad y bloques de partículas de hielo de mayor tamaño
que puedan originar obturaciones en el aparato. Además, el trayecto
de flujo recorrido por las partículas de hielo gracias a un gas
fluidizante, como aire frío, es liso y está desprovisto de cambios
abruptos en la zona de la sección transversal del flujo, dado que
podrían originar depósitos y subsiguientes acumulaciones de
partículas de hielo que, a su vez, conducen a obturaciones.
Preferiblemente, el conducto de flujo tiene un diámetro de
aproximadamente 25 a aproximadamente 50 mm. Para minimizar
cualquier fusión de las partículas de hielo que pueda conducir a la
formación de una unidad o a la adhesión y obturación, los
componentes del aparato en contacto con las partículas de hielo
están preferiblemente fabricados con materiales lisos y de baja
conductividad térmica. Se prefieren los materiales de plástico,
especialmente plásticos que no se pegan como TEFLÓN, que puede
utilizarse para el revestimiento interno.
Puede entenderse mejor el aparato por referencia
a los dibujos que se acompañan, los cuales representan
esquemáticamente las realizaciones preferidas del aparato para la
fabricación de partículas de hielo y la liberación de las mismas
mediante una tobera sobre la superficie de un sustrato. Las
referencias de los dibujos a las realizaciones facilitan la
explicación de las características de la invención.
La Figura 1 ilustra esquemáticamente la operación
de limpieza por pulverización de hielo. Conforme a una realización
de la invención, una única máquina para la fabricación de hielo 10
que produce partículas de hielo con dimensiones controladas, como
se detallará más adelante, suministra partículas de hielo
fluidizadas a una manguera de distribución de hielo y aire 52 a la
que está conectada una tobera 54 unida a una manguera de alta
presión 56 que recibe el aire presurizado del dispositivo 58, un
compresor o un cilindro presurizado. El aire a alta presión es
suministrado mediante la manguera 56 a la tobera 54 y crea una
succión tras su punto de entrada en la tobera que arrastra
partículas de hielo en la manguera de distribución 52, como se
explicará más adelante, y acelera la velocidad de circulación de
las partículas de hielo de forma que puedan ser expulsadas desde la
tobera 54, bajo el control de un operario (o bajo un control
automatizado), sobre una superficie 80 que se quiere tratar con la
limpieza por pulverización de hielo. Como resultará evidente más
adelante, la máquina única de fabricación de hielo 10 no está
necesariamente presurizada (aunque puede estarlo en algunas
realizaciones), si bien en la realización ilustrada se arrastra
aire a su interior a través de la manguera 50, y desde ella se
libera una mezcla de aire-partículas de hielo a
través de la manguera de distribución 52 a la tobera 54. Es
importante mantener una caída de presión suficiente entre la
entrada de aire 30a del tubo 30 y la salida de aire 30b para hacer
que fluya suficiente aire que fluidice las partículas de hielo
formadas y acelere las partículas (véase Figura 2).
Con respecto a la realización de las Figuras 2,
3, 4A y 4B, una máquina para la fabricación de hielo 10 incluye una
caja 12 parcialmente llena de agua 13. Un tambor cilíndrico 14 con
un eje axial 16 se monta de manera rotatoria de forma que una parte
de su superficie cilíndrica externa 15 queda cubierta con agua,
cuando la caja contiene un volumen de agua de funcionamiento. El
tambor está refrigerado, normalmente mediante una pluralidad de
canales en el interior del tambor cilíndrico que contienen un
refrigerante (no mostrado). De acuerdo con la ilustración, el
tambor 14 rota en el sentido contrario a las agujas del reloj
alrededor de su eje axial 16 que está asociado a un motor directo
eléctrico 18 a una velocidad que permite la formación de una capa
de hielo de grosor adecuado sobre su superficie. Cuando el tambor
refrigerado rota, el agua en contacto con su superficie cilíndrica
externa se congela para formar una fina lámina de hielo 20. Esta
lámina de hielo se hace girar hasta otro lado del tambor donde se
desprende formando partículas de hielo 20a. La superficie del
tambor libre de hielo continúa entonces rotando y vuelve a
introducirse en el agua para formar una lámina de hielo.
Es preciso señalar que la lámina de hielo fina
curvada está sometida a tensiones como consecuencia de su forma y
de un gradiente de temperatura que se extiende a lo largo de todo
su grosor de manera que queda predispuesta a la fragmentación en
partículas de hielo. La distribución de tamaño de estas partículas
de hielo depende del grosor, la temperatura y el radio de curvatura
de la lámina de hielo, que a su vez dependen de la velocidad de
rotación y de la temperatura del tambor, y del radio del tambor
14.
Los componentes del aparato que fragmentan la
lámina de hielo se muestran con mayor claridad en las Figuras 4A y
4B. Una herramienta para desprender el hielo, o cuchilla 22, está
montada sobre un soporte 24 de manera que la punta de la
herramienta se extiende en un ángulo aproximado de 45º para
interceptar un borde protuberante de la lámina de hielo 20. La
cuchilla 22 y su soporte 24 se extienden sustancialmente a lo largo
de toda la longitud del tambor cilíndrico 14, como se muestra en
las Figuras 2 y 3. De esta forma, cuando el borde protuberante de
la lámina de hielo topa con la punta de la cuchilla 22, la lámina
de hielo sometida a tensiones se fragmenta en partículas de hielo
20a. Las partículas de hielo 20a entran entonces en un tubo que
preferiblemente tiene una zona de sección transversal interna para
el flujo sustancialmente uniforme y una superficie interior lisa,
como se muestra en las Figuras 4A y 4C. Dentro de estas
limitaciones, el tubo puede tener cualquiera de los múltiples
diseños posibles que puedan ocurrírsele a un experto en la materia
que haya leído esta descripción. En la realización ilustrada, estas
partículas de hielo penetran en una ranura 28 de un tubo para la
recepción de hielo 30 que se extiende sustancialmente a lo largo de
toda la longitud del tambor 14. La superficie interna lisa del tubo
30, mostrada con mayor detalle en la Figura 4C, está montada de
manera que un borde longitudinal 26 de la ranura longitudinal está
en contacto con y sellada a un extremo superior de la cuchilla 22
mediante presión mecánica. El otro borde longitudinal 27 de la
ranura 28 se curva por encima de la lámina de hielo y hacia atrás,
hacia el borde protuberante de la lámina de hielo al tiempo que se
extiende hacia abajo a una posición en contacto con la lámina de
hielo 20. El borde 27 está por tanto sellado a la superficie de la
lámina de hielo. De esta forma, las partículas de hielo 20a son
capturadas en la ranura y penetran en el tubo para la recepción de
hielo 30, donde son inmediatamente fluidizadas y transportadas,
como se explicará más adelante. Con el fin de permitir la
inspección del interior del tubo para la recepción del hielo 30, el
tubo está opcionalmente equipado con una ventana longitudinal de
cristal 34 sujetada por un marco 35. Esta ventana opcional de
cristal 34 se extiende a lo largo de la longitud sustancial de la
superficie superior del tubo para la recepción de hielo 30, donde
se ha eliminado una sección correspondiente del tubo. El tubo para
la recepción de hielo está fijado a un soporte 40 que se extiende a
lo largo de su superficie externa superior. El soporte 40 está
montado en la caja 12 e interconectado con un sistema de alarma
opcional descrito a continuación.
El aparato preferiblemente tiene un sistema de
alarma para detectar cuándo se llena el tubo para la recepción de
hielo, o cuándo está obturado. En estas condiciones, la rotación
continua del tambor, que fuerza a las partículas adicionales a
entrar en un tubo que ya está lleno, hace que el tubo 30 se salga
del tambor 14, y en consecuencia hace que el soporte 40 se desplace
hacia arriba. Este soporte se mantiene en su posición, alineado con
la superficie superior de la caja 12 mediante una serie de pares de
tornillos de compresión-retención 42. Cada uno de
estos tornillos está rodeado por un muelle en espiral 44 que
mantiene comprimido entre una superficie superior del soporte 40 y
una arandela cerca del extremo superior del tornillo de retención
42. Así, cuando el soporte se ve obligado a desplazarse hacia
arriba, los muelles se comprimen. Esta compresión es detectada por
un sensor 45 e inmediatamente suena una alarma. Este sistema
permite detectar con anticipación obturaciones potenciales o
fácticas, de forma que puedan llevarse a cabo las tareas de
mantenimiento necesarias. Tal y como se ha explicado, sin embargo,
esa obturación no debería producirse salvo en raras ocasiones,
porque las partículas de hielo formadas se mantienen en un estado
fluidizado, en movimiento constante, y no se dejan depositar ni
formar una unidad, de manera que por lo general no hay posibilidad
de que se formen obturaciones. No obstante, las obturaciones pueden
producirse como consecuencia de un suministro inadecuado de aire
para la fluidización o porque la cuchilla esté mal alineada, dando
lugar a una rotura incorrecta de la lámina de hielo.
Volviendo a las Figuras 2, 3 y 4, una manguera de
aire 50 está conectada a un extremo para la entrada de aire 30a del
tubo para la recepción de hielo 30, y una manguera de distribución
de medios (hielo y aire) 52 está conectada al otro extremo 30b del
tubo. Así, el suministro de aire frío comprimido en la manguera 50
fluidiza las partículas de hielo 20a que se fragmentan en el
interior del tubo 30 y transporta estas partículas hacia la
manguera de distribución de medios 52. Como se explicará a
continuación, el tubo para la recepción de hielo 30 no está
sometido a una diferencia de alta presión entre su interior y sus
alrededores sino que está próximo a la presión atmosférica en
algunas realizaciones. En otras realizaciones, como se explicará a
continuación, todo el aparato puede estar encerrado en un
recipiente presurizado. Mayor importancia reviste la diferencia de
presión entre la entrada de aire y la salida de aire del tubo.
Preferiblemente, existe una transición suave
desde el tubo 30 hasta la manguera de distribución 52, de manera
que no existen obstrucciones internas al flujo de hielo que puedan
hacer que las partículas de hielo se depositen, adhieran, formen
una unidad u obturaciones. La manguera de distribución,
preferiblemente con un revestimiento interno liso, termina en una
tobera para la limpieza por pulverización de hielo 54, que puede
ser controlada manualmente por un operario o manejada de manera
automática. Cuando se cierra la tobera, una válvula de derivación
62 redirecciona los medios a través de la manguera 64 para eliminar
residuos. De esta forma, el aparato para la fabricación de hielo
puede funcionar de manera continuada sin que se acumulen las
partículas 20a cuando se suspenden temporalmente las operaciones de
pulverización. Esto evita la necesidad de reiniciar el aparato, así
como el funcionamiento inestable asociado al arranque, y facilita la
reanudación de las operaciones de pulverización.
En la realización ilustrada, una manguera de aire
a alta presión 56 está unida a la parte posterior de la tobera 54
para arrastrar hielo hacia la tobera mediante succión y para
impeler las partículas a una velocidad controlada a través de la
tobera 54. La conexión a la parte posterior de la tobera, con aire
dirigido hacia la punta de la tobera, crea un efecto de succión
detrás de la tobera, de forma que las partículas de hielo se
arrastran desde el tubo para la recepción de hielo 30 y son
propulsadas hacia la tobera 54. De esta forma, el tubo 30 no está
presurizado con aire que entra a través de la manguera 50, sino que
el aire es arrastrado hacia el interior con succión a través de la
manguera 50 y este aire mantiene las partículas de hielo en
movimiento constante en un estado fluidizado.
En una realización alternativa, ilustrada en la
Figura 4B, el tambor 14 no rota en un contenedor de agua. En su
lugar, el tambor 14 está montado en un contenedor con al menos una
tobera de rociado que está orientada para rociar agua sobre las
superficies cilíndricas del tambor y de esta manera formar una
lámina de hielo sobre la superficie refrigerada. Así, como se
muestra en la Figura 4B, los distribuidores de agua 72 se extienden
longitudinalmente a lo largo de la longitud del tambor orientado
horizontalmente 14, y rocían agua desde la tobera 70 sobre la
superficie externa del tambor. Cualquier exceso de agua se deposita
en el fondo del contenedor y puede drenarse y reciclarse para ser
enviada a las toberas 70. Obviamente, aunque se prefiere la
orientación horizontal del tambor 14 para formar una lámina de
hielo fina con un grosor sustancialmente uniforme, también son
posibles otras orientaciones.
Una realización alternativa del aparato para la
fabricación de hielo se muestra en la Figura 5. En esta
realización, el tambor 14 está orientado verticalmente y rota
alrededor de un eje central 16. Al menos una tobera de rociado 70,
montada cerca del tambor cilíndrico, rocía un spray de agua sobre
las superficies cilíndricas exteriores frías (al menos 0ºC) 15 del
tambor. Este spray de agua se congela al entrar en contacto con las
superficies de una lámina de hielo. De nuevo, la lámina de hielo
curvada se rompe en partículas de hielo cuando un borde
protuberante de la lámina choca con el borde frontal de una
cuchilla. La cuchilla está montada sobre un soporte (no mostrado), y
preferiblemente se extiende sustancialmente a lo largo de la
longitud de la superficie cilíndrica paralela al eje axial del
tambor. Un tubo para la recepción de hielo 30 se extiende a lo
largo de la longitud de la cuchilla, y una ranura longitudinal del
tubo intercepta las partículas de hielo, dirigiendo éstas hacia el
interior del tubo 30, tal y como se ha explicado anteriormente.
Igual que en el caso anterior, una manguera de
aire 50 está unida a un extremo abierto superior 30a del tubo 30,
mientras que una manguera de distribución de medios 52 está
conectada al extremo abierto inferior 30b del tubo de recepción 30.
De esta forma, el aire arrastrado hacia el interior a través de la
manguera 50 fluidiza las partículas de hielo en el tubo 30 y
transporta las partículas fluidizadas por la manguera de
distribución 52, y desde allí hacia una tobera de distribución 54,
como se ha explicado anteriormente.
En otra realización mostrada en la Figura 6, la
lámina de hielo se forma sobre una superficie cilíndrica interna de
una corona cilíndrica refrigerada 17. En esta realización, la
corona refrigerada 17 tiene un espacio cilíndrico interno 75
rodeado por paredes cilíndricas. La corona se sujeta mediante
fricción entre tres ejes rotatorios 80 dispuestos en forma de
triángulo sobre sus superficies externas, de forma que rota a una
velocidad controlada a medida que rotan los ejes. El agua,
preferiblemente de las toberas de un distribuidor 76, paralelo al
eje central de la corona 17, se rocía sobre las paredes cilíndricas
frías internas que rodean a la corona 17. Este agua se congela en
una lámina de hielo que se fragmenta mediante una cuchilla que se
extiende longitudinalmente y que está montada para interceptar el
borde protuberante de la lámina de hielo del interior del espacio
cilíndrico interno. Como se ha explicado más arriba, las partículas
de hielo se capturan en un tubo para la recepción de hielo 30 a
través de una ranura que se extiende longitudinalmente en el tubo
que se extiende sustancialmente a lo largo de toda la longitud de la
superficie cilíndrica que la rodea. Un extremo superior 30a del
tubo 30 está en comunicación fluida con una manguera de suministro
de aire 50, mientras que un extremo inferior 30b del tubo está en
comunicación fluida con una manguera de distribución de medios 56.
De esta forma, se succiona el aire dentro del extremo abierto
superior del tubo, fluidiza las partículas de hielo dentro del tubo,
y transporta las partículas de hielo fluidizadas por la manguera de
distribución 52 hacia una tobera para la limpieza por pulverización
de hielo 54.
El aparato incluye también opcionalmente una
válvula de derivación 62 para derivar las partículas de hielo hacia
una manguera 64 cuando la tobera 54 se cierra, de forma que el
proceso de fabricación de hielo sea continuo.
Pueden utilizarse una serie de tubos, de forma
que cada tubo pueda suministrar un chorro continuado de partículas
de hielo para la limpieza por pulverización de hielo, o bien un
único tubo puede estar dividido en al menos dos secciones de tubo,
aunque pueden ser una pluralidad, pudiendo cada una funcionar con
relativa independencia. De esta forma, por ejemplo, cuando las
superficies frontal y trasera de un sustrato tienen que ser
limpiadas por pulverización de hielo, esta realización de la
invención permite realizar una limpieza por pulverización de ambos
lados de manera simultánea. En determinadas realizaciones, las
toberas pueden estar montadas en cualquiera de los lados del
sustrato, para atravesar automáticamente ambas superficies, tratando
de esta forma tanto la superficie frontal como la trasera del
sustrato. En la realización mostrada en la Figura 7, un tubo para
la recepción de las partículas de hielo 30 está dividido mediante
un diafragma central 30c en dos secciones de tubo 31 y 33,
respectivamente. Así, una manguera para el suministro de aire 55a
penetra en la entrada 31a de la sección de tubo 31, cerca del
diafragma 30c. Preferiblemente, la manguera 55a está equipada con
una válvula de control 57a que ayuda a controlar el flujo de aire a
través de la sección de tubo 31. Como se ha explicado más arriba,
una manguera de descarga de partículas de hielo 52b está conectada
al extremo abierto 31b de la sección de tubo 31, de forma que las
partículas de hielo son arrastradas de manera continua desde la
sección de tubo 31 a la manguera 52b, y expulsadas a través de la
tobera. De manera similar, la sección de tubo 33 tiene una manguera
de entrada de aire 55b unida a su entrada 33a. La salida de la
sección de tubo 33b está asociada a una manguera de distribución de
partículas de hielo 52a que arrastra partículas de hielo
fluidizadas hacia la tobera para la limpieza por pulverización de
hielo. Así, resulta obvio que el tubo de recepción 30 puede estar
dividido en una serie de secciones para el suministro de una serie
de toberas con partículas de hielo. Además, dado que el aire
suministrado a cada tobera puede ser controlado de manera
individual, la velocidad de las partículas de hielo expulsadas desde
una tobera conectada a una sección de tubo para hielo puede ser
controlada individualmente.
Como se ha indicado anteriormente, las toberas
pueden estar conectadas a sistemas mecánicos/electrónicos para
atravesar automáticamente las superficies de un sustrato
estacionario o en movimiento. Así, el método y aparato de la
invención no están limitados a un funcionamiento manual de una
tobera para la limpieza por pulverización de hielo para tratar una
superficie. Por el contrario, el aparato está idealmente preparado
para la limpieza automatizada de una serie continuada de piezas
fabricadas en una línea de producción, como es habitual en, por
ejemplo, la industria del automóvil donde el aparato para la
limpieza por pulverización de hielo de la invención puede utilizarse
para desbarbar o tratar de cualquier otra forma las superficies de
las piezas. La invención proporciona la importante ventaja que
supone un funcionamiento continuo durante largos periodos de
tiempo, superando con ello un importante problema con el que se
topaban los métodos del estado de la técnica anterior.
Como se ha indicado más arriba, la fluidización
de las partículas de hielo depende del mantenimiento de una caída de
presión desde la entrada de aire a la salida de aire del tubo 30.
En general, para una determinada zona de sección transversal del
tubo para el flujo, cuanto mayor sea la caída de presión, mayor
cantidad de aire fluidizado será suministrado. Igualmente, cuanta
mayor sea la cantidad de aire fluidizado por unidad de zona de la
sección transversal para el flujo, mayor será la presión a la que
las partículas de hielo abandonan el tubo 30, y mayor la presión en
la tobera de distribución 54 (para una determinada longitud de la
manguera de distribución 52).
De acuerdo con la realización de la Figura 8, un
aparato sustancialmente igual al descrito anteriormente, está
encerrado en un recipiente presurizado 72 preferiblemente dotado de
un manómetro 74. No obstante, en este caso, se suministra aire al
tubo 30 a través de una manguera 70 que transporta un fluido frío
comprimido, como puede ser aire. Así, mientras el tubo 30 está
presurizado, el aparato está encerrado en un recipiente a presión
72, de manera que la diferencia de presión entre el interior y el
exterior del tubo 30 se mantiene a un nivel que el tubo puede
tolerar sin romperse. Cuando el aire frío presurizado penetra por
el extremo de entrada del tubo, fluidiza y transporta las partículas
de hielo desde el extremo de salida 30b del tubo, que está en
comunicación fluida con la manguera de distribución 52 y desde allí
a la tobera 54.
Esta realización concreta es especialmente útil
para aplicaciones industriales a gran escala. En este caso, el
extremo de descarga de un compresor suministra aire comprimido a la
manguera 70, y puede utilizarse también, con un sistema de control
y manómetro 74, para regular y mantener la presión del recipiente a
presión 72.
La invención proporciona un método para la
limpieza por pulverización de hielo de superficies con partículas
de hielo. De acuerdo con el método, el agua se congela en una
lámina de hielo fina y curvada, preferiblemente congelando el agua
sobre una superficie cilíndrica. La lámina de hielo tiene un grosor
en el que las diferencias de temperatura entre sus caras curvadas
opuestas dan lugar a tensiones que predisponen la lámina de hielo a
la fragmentación en partículas de hielo. La lámina de hielo rota
por las tensiones se fragmenta al chocar un borde protuberante de
la lámina de hielo con un dispositivo, como una cuchilla, que se
extiende a lo largo del borde protuberante de la lámina de hielo. El
borde protuberante de la lámina de hielo tiene preferiblemente un
grosor sustancialmente uniforme a lo largo de su longitud para
conseguir un tamaño más uniforme de las partículas de hielo. Las
partículas de hielo fragmentadas se arrastran, con succión, a un
tubo donde se fluidizan las partículas de hielo con aire frío o con
otro gas sin que se derritan. Las partículas de hielo fluidizadas
se transportan entonces al interior de una manguera de distribución
desde la que las partículas de hielo son expulsadas a través de una
tobera sobre la superficie que se está limpiando por pulverización
de hielo. Para fluidizar, transportar y acelerar la velocidad de
las partículas de hielo que entran en el tubo, en una realización
se introduce aire a alta presión en la tobera, creando con ello una
zona de baja presión detrás del punto de entrada de la tobera. La
zona de baja presión está en comunicación fluida con la manguera de
distribución y arrastra, con succión, partículas de hielo desde el
paso de fragmentación al tubo y desde allí a la manguera de
distribución. La mayor presión alrededor de la punta de la tobera,
delante del punto de entrada del aire a alta presión, acelera las
partículas de hielo para la operación de limpieza por pulverización
de hielo. En otra realización, se utiliza aire/gas comprimido para
fluidizar las partículas de hielo en el tubo y transportar las
partículas a una punta de la tobera.
Claims (7)
1. Un método para la producción continua de un
chorro de partículas de hielo, método que comprende:
- (a)
- la congelación continua de agua (13) sobre una superficie curvada (14) en una lámina de hielo fina curvada (20), en el que la curvatura de la lámina curvada y el gradiente de temperatura a través de la lámina curvada provocan roturas por tensión, predisponiendo de esta forma la lámina curvada a su posterior fragmentación en partículas;
- (b)
- la fragmentación continua de la lámina de hielo curvada para formar partículas de hielo;
- (c)
- la separación continua de las partículas de hielo fragmentadas de la superficie curvada obligando de manera continuada a las partículas de hielo, a medida que se van formando, a penetrar directamente en una corriente de aire con suficiente velocidad para fluidizar las partículas;
- (d)
- el mantenimiento de las partículas de hielo en un estado fluidizado; y
- (e)
- la expulsión continua de las partículas de hielo fluidizadas a velocidad controlada desde una tobera (54).
2. El método de la reivindicación 1, en el que el
paso de congelación continua comprende la congelación en una lámina
curvada cilíndricamente.
3. El método de la reivindicación 1, en el que el
paso consistente en hacer que las partículas de hielo penetren en
la corriente de aire comprende el arrastre de las partículas de
hielo hacia una corriente de aire mediante presión por succión.
4. El método de la reivindicación 1, en el que el
paso (c) y el paso (d) se realizan sin que las partículas de hielo
se derritan, evitando que las partículas de hielo puedan formar
unidades de gran tamaño.
5. El método de la reivindicación 1, en el que la
fragmentación de la lámina de hielo curvada comprende el choque de
un borde protuberante de la lámina de hielo contra el filo de una
cuchilla (22) para separar las partículas de hielo de la lámina de
hielo.
6. El método de la reivindicación 1, en el que la
superficie curvada comprende un tambor (14) montado horizontalmente
en un recipiente (12) parcialmente lleno con agua.
7. El método de la reivindicación 1, en el que la
lámina de hielo curvada se forma rociando agua sobre una superficie
curvada, en el que la superficie curvada comprende un tambor (14)
cilíndrico montado verticalmente.
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