ES2216054T3 - Valvula dosificadora y medios de control para la misma. - Google Patents
Valvula dosificadora y medios de control para la misma.Info
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Abstract
EL APARATO DE VALVULA DOSIFICADORA INCLUYE UN CUERPO DE VALVULA CILINDRICO (3) QUE TIENE UNA PRIMERA ENTRADA (11) PARA LA RECEPCION DE UN PRIMER FLUIDO, UNA SEGUNDA ENTRADA (13) PARA LA RECEPCION DE UN SEGUNDO FLUIDO, UNA CAMARA DE MEZCLA (27) Y UNA SALIDA (15) PARA LIBERAR UNA MEZCLA DE LAS DOS ENTRADAS RESPECTIVAS. SE SITUA UNA BARRERA GIRATORIA (21) JUNTO A LAS ENTRADAS PRIMERA (11) Y SEGUNDA (13) QUE ACTUA PARA RESTRINGIR SELECTIVAMENTE EL FLUJO DE FLUIDOS A TRAVES DE LAS ENTRADAS PRIMERA SEGUNDA Y HASTA LA CAMARA DE LA VALVULA (27). LA ROTACION DE LA BARRERA DE VALVULA GIRATORIA (21) EN UNA PRIMERA DIRECCION CIERRA LA PRIMERA ENTRADA (11) MIENTRAS ABRE LA SEGUNDA ENTRADA (13) AL MISMO TIEMPO. LA PRESENTE INVENCION INCLUYE ADEMAS UN SISTEMA DE CONTROL DE CIRCUITO CERRADO QUE UTILIZA LA MEDICION DE LA DENSIDAD DE LA MEZCLA DE SALIDA PARA CONTROLAR LA ACTIVACION DE LA VALVULA DOSIFICADORA.
Description
Válvula dosificadora y medios de control para la
misma.
La presente invención se refiere a un sistema de
control para controlar una válvula dosificadora para mezclar un
primer y un segundo caudal de entrada de gases o líquidos para
producir un caudal de salida mezclado.
Mezclar diferentes gases o líquidos para lograr
la proporción deseada es una tarea que consume tiempo y es tediosa.
Frecuentemente esta tarea se realiza midiendo físicamente un primer
gas o líquido y a continuación añadiendo este primer gas o líquido
a una cantidad medida de un segundo gas o líquido. Las mediciones
se pueden realizar en peso o en volumen. A continuación el material
combinado se debe mezclar para que adquiera la consistencia deseada.
Desafortunadamente, este es un procedimiento que consume tiempo y
que requiere una pluralidad de contenedores para las mezclas y una
considerable mano de obra. Por ejemplo, en el campo de las
composiciones líquidas utilizadas para combatir los incendios
forestales, las composiciones frecuentemente constan de un
concentrado y una disolución acuosa que se deben mezclar según
diversas tasas de proporcionalidad desde 4.5:1 a 10:1 partes de
agua por partes de concentrado. Varios aparatos y procedimientos
han sido utilizados haciendo un esfuerzo para obtener con
precisión y eficacia estas composiciones antifuego incluyendo los
procedimientos manuales de medición y mezclado descritos
anteriormente.
Desafortunadamente, las actuales válvulas
dosificadoras y los medios de control para controlar dichas
válvulas dosificadoras no son eficaces para producir de forma
precisa y eficiente una mezcla efluente. Por ejemplo, la patente
U.S. nº 4.561.629 da a conocer una válvula solenoide para mezclar
gases y obtener el caudal de salida deseado. Desafortunadamente, el
caudal de salida se obtiene haciendo que la válvula solenoide
realice ciclos de hasta 20 Hz. Además, esta válvula es
particularmente ineficiente ya que el primer y el segundo orificios
de entrada no pueden estar ambos, desobstruidos del todo durante un
momento.
Una válvula solenoide adicional se da a conocer
en la patente U.S. nº 4.428.558. Dicho documento da a conocer un
dispositivo de válvula que comprende un único conducto de entrada
que conduce un gas hacia el interior de una cámara de mezcla. A
continuación el gas es desviado hacia un primer y un segundo
conductos de salida. Desafortunadamente, no se da a conocer que el
dispositivo sea adecuado para flujos tanto de gases como de
líquidos. Además, la válvula está configurada únicamente con un
único conducto de entrada para dividir un único flujo de entrada en
dos conductos divergentes. En contraposición, se necesita una
válvula dosificadora para mezclar una pluralidad de gases o fluidos
para obtener una única mezcla a la salida.
Un sistema de control para controlar la mezcla de
un primer fluido a una primera temperatura con un segundo fluido a
una segunda temperatura se da a conocer en la patente U.S. nº
3.721.386. El sistema de control incluye la medición de la
temperatura del fluido a la salida para controlar el funcionamiento
de una válvula para realizar la mezcla del primer fluido con el
segundo fluido. Desafortunadamente, el sistema de control no
resulta adecuado para mezclar gases o líquidos cuando los caudales
de entrada presentan temperaturas iguales o similares.
El documento
US-A-2713788 da a conocer un sistema
para controlar la mezcla de fluidos que presenta las características
previstas en el preámbulo de la reivindicación 1. El documento
US-A-1856370 da a conocer una
válvula mezcladora.
Resultaría ventajoso disponer de una válvula
dosificadora capaz de mezclar con exactitud y precisión, un primer y
un segundo caudal de entrada gaseoso o líquido en las proporciones
deseadas para proporcionar una mezcla deseada de gases o líquidos.
Además, resultaría ventajoso disponer de un sistema de control para
controlar una válvula dosificadora para mezclar con exactitud y
precisión un primer y un segundo caudales de entrada de líquidos o
gases para obtener una mezcla deseada de gases o líquidos.
Un sistema de control de bucle cerrado para
controlar la mezcla de un primer gas o líquido y un segundo gas o
líquido para obtener una mezcla de gases o líquidos con la
proporción deseada del primer gas o líquido y del segundo gas o
líquido según la invención se expone en la reivindicación 1.
Las características de una realización preferida
se exponen en las reivindicaciones dependientes.
El sistema de control de bucle cerrado de la
presente invención supera las desventajas citadas
anteriormente.
En funcionamiento, el primer y segundo orificios
de entrada están conectados a un primer y segundo depósitos,
respectivamente, a través de unas conducciones tubulares.
Materiales gaseosos o líquidos contenidos en el primer y segundo
depósitos pueden fluir libremente por presión, gravedad o de modo
similar a través de respectivas conducciones y a través del primer
y segundo orificios de entrada para combinarse y mezclarse en la
cámara de válvula de la válvula dosificadora. La actuación de los
medios de control de válvula hace que gire la barrera giratoria
para obstruir selectivamente el primer y el segundo orificios de
entrada con el fin de controlar las proporciones del primer y
segundo líquidos o gas para obtener una mezcla deseada a la
salida.
También se ha constatado que cuando las
densidades del primer y segundo gas o líquido son diferentes o
cuando la mezcla del primer y segundo gas o líquido produce una
emisión de diferente densidad a la salida, como en el caso de una
reacción química entre gases o fluidos, la densidad de la mezcla
medida a la salida proporciona un factor exacto y preciso para
controlar la válvula dosificadora.
Otras características y ventajas de la presente
invención resultarán evidentes para los expertos en la materia con
la lectura de la siguiente descripción detallada en relación a los
dibujos anexos.
La Figura 1 es una vista esquemática de una
válvula dosificadora con sistema de bucle cerrado según la presente
invención;
La Figura 2 es una vista en sección de la válvula
dosificadora de la Figura 1 en la que se representa el cabezal de
la válvula y el obturador giratorio; y
La Figura 3 es un diagrama de bloques en el que
se representa el sistema de control de bucle cerrado para válvulas
dosificadoras según la presente invención.
A pesar que la presente invención es susceptible
de realizarse de varias formas, se ha representado en los dibujos y
se describirá seguidamente una realización preferida de la
invención, debiéndose entender que la presente descripción debe
considerarse únicamente a título de ejemplo de la invención y que no
pretende limitar la invención a la realización específicamente
representada.
Tal como se ha representado en los dibujos, en
los que con los mismos números se representan los mismos elementos,
la invención se ha materializado en un dispositivo de válvula
dosificadora y en un sistema de control para mezclar gases o
fluidos de forma exacta y precisa.
Haciendo referencia a las Figuras 1 y 2, en una
realización preferida el dispositivo de válvula dosificadora 1
comprende un cuerpo de válvula substancialmente cilíndrico 3
formado con una cámara de válvula integral 27. Además, el
dispositivo de válvula dosificadora comprende un primer y un segundo
orificios de entrada, 5 y 7, respectivamente, para recibir los
gases o líquidos seleccionados en la cámara de válvula. En una
realización preferida, cada uno de las respectivos orificios de
entrada comprende una válvula antiretorno (no representada) que
permite circular en un único sentido los gases o líquidos
seleccionados hacia el interior de la cámara. El conjunto de la
presente invención también comprende depósitos de almacenamiento
35, 37 que proporcionan una fuente de suministro de los fluidos o
líquidos seleccionados que se mezclan en la cámara de válvula 27.
Los fluidos o gases seleccionados, son conducidos desde los
depósitos de almacenamiento al primer y segundo orificio de entrada
de la válvula dosificadora a través de una primera y una segunda
conducción de entrada 11 y 13 respectivamente. La válvula
dosificadora también incluye un elemento orificio de salida 9 para
expeler la mezcla de gases o líquidos de la cámara de válvula.
El cuerpo cilíndrico de válvula 3 comprende un
orificio que se extiende axialmente concéntricamente. Un eje
giratorio 19 pasa a través del orificio y hacia el interior de la
cámara de válvula 27. Acoplado en el extremo del eje giratorio y
dispuesto en la cámara de válvula se encuentra un obturador
giratorio 17. El obturador giratorio 17 está formado por un elemento
barrera 21 y un brazo soporte 18 tangencialmente fijado al eje
giratorio. El brazo soporte 18 se extiende tangencialmente desde el
eje giratorio a través del interior de la cámara de válvula para
acoplarse al elemento de barrera giratoria 21. El elemento de
barrera giratoria está configurado para selectivamente bloquear al
primer y segundo orificio de entrada de forma que cuando el
obturador giratorio es desviado en una primera dirección por medio
del eje giratorio, el elemento barrera 21 descubre el primer
orificio de entrada 5 mientras que simultáneamente cierra el
segundo orificio de entrada 7. De esta forma, cuando el obturador
giratorio 17 se hace girar en una primera dirección a través del eje
giratorio 17, se incrementa la cantidad de fluido o gas que pasa a
través del primer orificio de entrada, mientras que la cantidad de
fluido o gas que pasa a través del segundo orificio de entrada se
reduce. Similarmente, cuando el obturador giratorio 17 se hace
girar en una segunda dirección a través del eje 19, se cierra el
primer orificio de entrada mientras que simultáneamente se abre el
segundo orificio de entrada. De este modo, al girar el obturador
giratorio 17 en una segunda dirección se hace que disminuya el
flujo de fluido o gas que pasa a través del primer orificio de
entrada mientras que se incrementa la cantidad de fluido o gas que
pasa a través del segundo orificio de entrada hacia el interior de
la cámara de válvula 27.
Haciendo referencia, además, a la Figura 3, la
válvula dosificadora de la presente invención comprende, además,
unos medios de control válvula 47. Los medios de control válvula
están típicamente formados por un servomotor, motor solenoide,
motor paso a paso o por algún otro elemento similar de medio de
control bien conocido por los expertos en la materia. Los medios de
control 47 se acoplan con el extremo del eje giratorio 19 dispuesto
en el exterior de la cámara de válvula 27. La activación de los
medios de control de válvula afecta al giro del eje giratorio y,
consecuentemente, al giro del obturador giratorio. De esta forma,
los medios de control controlan selectivamente el giro del
obturador giratorio de forma que el giro del obturador giratorio en
una primera dirección actúa obstruyendo el primer orificio de
entrada 5 mientras que simultáneamente abre el segundo orificio de
entrada 7. Similarmente, la activación de los medios de control para
hacer girar el eje giratorio y el obturador giratorio en una
segunda dirección actúa abriendo el primer orificio de entrada
mientras que simultáneamente obstruyen el segundo orificio de
entrada. Por consiguiente, el dispositivo de válvula dosificadora de
la presente invención proporciona una eficiente y efectiva válvula
mezcladora para proporcionar una mezcla a la salida con una
proporción exacta de un primer gas o líquido con un segundo gas o
líquido.
Haciendo referencia a la Figura 3, la presente
invención también comprende un sistema de control para proporcionar
un exacto y preciso control del dispositivo de válvula dosificadora
para dispensar una mezcla a la salida con una deseada proporción de
un primer fluido o gas con un segundo fluido o gas. Los medios de
control comprenden un sistema de control de bucle cerrado que
comprende medios de medición de la densidad 43, un procesador de
señal 45, y medios de control de válvula 47, acoplados al eje
giratorio 19. El orificio de salida 9 está conectado a un conducto
de salida 15 para expeler la mezcla deseada. Agregada al conducto
de salida se encuentra una corriente secundaria 41 que continuamente
recibe una pequeña muestra de control de la mezcla salida y retorna
la muestra de control de nuevo al conducto 15. La corriente
secundaria 41 esta acoplada a medios de medición de la densidad 43
que miden la densidad de la mezcla salida. El medidor de la
densidad mide la densidad de la mezcla salida de forma continua o
periódica y a partir de estas mediciones proporciona señales
representativas de la densidad de la mezcla salida. Conectando el
medidor de la densidad a los medios de control de válvula se
encuentra un medidor de señal 45. El medidor de señal, que puede
estar constituido por un microprocesador, microcontrolador, u otro
tipo de máquina o circuito digital o analógico bien conocido por los
expertos en la materia, recibe las señales generadas por el medidor
de la densidad representativas de la densidad de la mezcla salida y
como respuesta proporciona comandos a los medios de control de
válvula para hacer girar selectivamente el eje giratorio para
proporcionar la salida de mezcla deseada.
En la realización, la mezcla salida
indistintamente de un gas o un líquido fluye desde la cámara de
válvula 27 a través del orificio de salida 9 y el conducto de
salida 15. La mezcla salida es a continuación parcialmente desviada
en un corriente secundaria 41. El medidor de densidad 43 mide la
densidad de la mezcla salida y genera una señal representativa de
la densidad de la misma que es enviada al procesador 45. El
procesador 45 está programado para proporcionar un rango de
densidades deseadas a la mezcla salida. Si el medidor de densidad
transmite una señal al procesador indicando que la mezcla salida
presenta una baja proporción del primer gas o líquido de entrada
con relación al segundo gas o liquido de entrada, el procesador 45
transmite una señal al controlador de válvula 47 operativa para
hacer girar el eje giratorio 19 y el obturador giratorio 17 en una
primera dirección para abrir el primer orificio de entrada 5 y
mientras simultáneamente cerrar el segundo orificio de entrada 7.
Similarmente, si el procesador 45 recibe una señal del medidor de
densidad indicando que hay una elevada proporción del primer gas o
líquido de entrada con relación al segundo gas o líquido de
entrada, entonces el procesador transmite una señal al controlador
de válvula 47 operativa para hacer girar el eje giratorio y el
obturador giratorio de forma tal que cierre el primer orificio de
entrada mientras que simultáneamente abre el segundo orificio de
entrada. Finalmente, cuando el medidor de densidad transmite una
señal al procesador indicando que la mezcla salida está dentro del
rango escogido, el procesador mantiene el eje giratorio y el
obturador giratorio en una posición fija.
Como comprenderán los expertos en la materia, el
dispositivo de válvula dosificadora de la presente invención y el
sistema de control de bucle cerrado que comprende medios de
medición de la densidad, tienen múltiples aplicaciones. Se ha
comprobado que la presente invención es particularmente útil para
obtener mezclas líquidas útiles para la extinción de los incendios
forestales. Estas mezclas líquidas, que frecuentemente se lanzan
desde un aeroplano sobre un incendio forestal, comprenden un
líquido concentrado y una disolución en agua. El concentrado se
debe diluir en agua en varias proporciones desde 4,5:1 a 10:1
partes de agua por partes de concentrado. Se ha comprobado que
introduciendo el concentrado en el primer orificio de entrada e
introduciendo el agua en el segundo orificio de entrada, estos dos
líquidos se pueden mezclar en la cámara de válvula para producir un
efluente con la proporción deseada de concentrado en el agua.
Claims (5)
1. Sistema de control de bucle cerrado para
controlar la mezcla de un primer gas o líquido con un segundo gas o
líquido con el fin de obtener una mezcla gaseosa o líquida con una
proporción deseada del primer gas o líquido con el segundo gas o
líquido, comprendiendo el sistema de control de bucle cerrado:
- unos primeros medios de suministro (35) para suministrar un primer gas o líquido;
- unos segundos medios de suministro (37) para suministrar un segundo gas o líquido;
- un dispositivo de válvula dosificadora (1) que comprende un cuerpo de válvula (3), un primer orificio de entrada (5) para recibir dicho primer gas o líquido, un segundo orificio de entrada (7) para recibir dicho segundo gas o líquido y un orificio de salida (9) para expeler un flujo de salida de un tercer gas o líquido compuesto por una mezcla de dicho primer gas o líquido y dicho segundo gas o líquido;
- un primer conducto (11) para comunicar dicho primer gas o líquido entre dichos primeros medios de suministro (35) y dicho primer orificio de entrada (5);
- un segundo conducto (13) para comunicar dicho segundo gas o líquido entre dichos segundos medios de suministro (37) y dicho segundo orificio de entrada (7);
- unos medios de control de válvula (47) para controlar la tasa de flujo de dicho primer gas o líquido a través de dicho primer orificio de entrada (5) y para controlar la tasa de flujo de dicho segundo gas o líquido a través de dicho segundo orificio de entrada (7);
- unos medios de medición de la densidad (43) para medir la densidad de dicho flujo de salida gaseoso o líquido y generar señales representativas de la densidad de dicho flujo de salida; y
- unos medios de procesamiento (45) acoplados a dichos medios de medición de densidad y a dichos medios de control de válvula para recibir dichas señales y ser sensibles a ellas con el fin de controlar la tasa de flujo de dicho primer gas o líquido a través de dicho primer orificio de entrada y controlar la tasa de flujo de dicho segundo gas o líquido a través de dicho segundo orificio de entrada para obtener dicha mezcla a la salida con una proporción deseada de dicho primer gas o líquido con dicho segundo gas o líquido, caracterizado porque:
- el dispositivo de válvula dosificadora además comprende:
- una cámara de válvula (27) formada en el centro del cuerpo de válvula (3), estando la cámara de válvula en comunicación fluida con el primer orificio de entrada (5), con el segundo orificio de entrada (7) y con el orificio de salida (9) para combinar y mezclar gases o líquidos provenientes del primer orificio de entrada y del segundo orificio de entrada (7);
- un eje giratorio (19) soportado giratoriamente por dicho cuerpo de válvula (3);
- una barrera giratoria de válvula (21) dispuesta en dicho cuerpo de válvula (3) y fijada en dicho eje giratorio (19), estando dicha barrera giratoria de válvula (21) configurada para cerrar selectivamente dichos primer y segundo orificios de entrada (5 y 7), siendo el giro de dicha barrera giratoria de válvula en una primera dirección apto para cerrar dicho primer orificio de entrada mientras simultáneamente abre dicho segundo orificio de entrada, y siendo el giro de dicha barrera giratoria de válvula en una segunda dirección apto para abrir dicho primer orificio de entrada mientras simultáneamente cierra dicho segundo orificio de entrada;
- un obturador giratorio (17) acoplado al eje giratorio, dispuesto en la cámara de válvula (27), comprendiendo dicho obturador giratorio un brazo de soporte (18) fijado al eje giratorio y al elemento de barrera giratoria (21), extendiéndose el brazo de soporte desde el eje giratorio situado centradamente a través del interior de la cámara de válvula para acoplarse y soportar el elemento de barrera giratoria, estando dispuesto el elemento de barrera giratoria en las proximidades del primer y el segundo orificios de entrada, de tal forma que obstruya selectivamente durante la operación de dosificación del primer y segundo orificios de entrada, el flujo de gases o líquidos a través del primer y el segundo orificios de entrada y hacia el interior de la cámara de válvula.
2. Sistema según la reivindicación 1, en el que
el cuerpo de válvula (3) es cilíndrico.
3. Sistema según la reivindicación 2, en el que
el eje giratorio (19) se extiende telescópicamente a través un
orificio concéntricamente situado en el cuerpo de válvula (3).
4. Sistema según la reivindicación 1, en el que
los medios de control de válvula (47) están fijados en el exterior
del cuerpo cilíndrico de válvula para controlar el giro del
obturador giratorio (17).
5. Sistema según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que los medios de control de
válvula (47) están constituidos por un servomotor, motor paso a
paso, motor solenoide o similar que se acopla con el eje giratorio
(19) que se extiende telescópicamente a través del cuerpo de
válvula (3).
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