ES2226104T3 - Valvula de homogeneizacion. - Google Patents

Valvula de homogeneizacion.

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ES2226104T3 ES98909117T ES98909117T ES2226104T3 ES 2226104 T3 ES2226104 T3 ES 2226104T3 ES 98909117 T ES98909117 T ES 98909117T ES 98909117 T ES98909117 T ES 98909117T ES 2226104 T3 ES2226104 T3 ES 2226104T3
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Richard R. Kinney
William D. Pandolfe
R. Daniel Ferguson
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Abstract

UN DISEÑO DE UNA VALVULA DE HOMOGENIZACION CON EL QUE SE OBTIENE UN RENDIMIENTO DE HOMOGENIZACION MEJORADO. LA LONGITUD DE LA SUPERFICIE DE LA VALVULA RESPECTO AL ASIENTO DE LA VALVULA O RESALTE SE CONTROLA DE MODO QUE LA SUPERPOSICION QUEDE LIMITADA. ESTO PERMITE UNA CONVERGENCIA ENTRE LAS CAPAS DE MEZCLA TURBULENTAS Y UNA ZONA DE HOMOGENIZACION. PREFERENTEMENTE HAY, NO OBSTANTE, UNA CIERTA SUPERPOSICION PARA CONTRIBUIR A LA ESTABILIDAD DE LAS VALVULAS Y EVITAR UN CHIRRIDO DESTRUCTIVO.

Description

Válvula de homogeneización.
Antecedentes de la invención
La homogeneización es el proceso de descomponer y mezclar componentes dentro de un fluido. Un ejemplo familiar es la homogeneización de la leche en la que glóbulos de grasa de la leche se rompen y distribuyen a la masa de la leche. La homogeneización también se utiliza para procesar otras emulsiones tal como aceite de silicona y procesar dispersiones tal como pigmentos, antiácidos, y algunos recubrimientos de papel.
El dispositivo más común para llevar a cabo la homogeneización es una válvula de homogeneización. La emulsión o dispersión se introduce a alta presión en la válvula, que funciona como un restrictor de flujo para generar turbulencia intensa. El fluido a alta presión es expulsado a través de un intervalo de válvula generalmente estrecho a un entorno a presión más baja.
La homogeneización se produce en la región que rodea el intervalo de válvula. El fluido experimenta aceleración rápida acoplada con caídas extremas de la presión. Las teorías sugieren que la turbulencia y la cavitación en esta región son los mecanismos que facilitan la homogeneización.
Las primeras válvulas de homogeneización tenían una sola placa de válvula que se empujaba contra un asiento de válvula por algún sistema de accionamiento, típicamente mecánico o hidráulico. La leche, por ejemplo, se expulsaba a través de un agujero anular o hendidura de válvula entre la válvula y el asiento de válvula.
Aunque ofrecían la ventaja de una construcción relativamente simple, las primeras válvulas no podrían manejar eficientemente altos caudales de leche. La homogeneización se produce muy eficientemente con intervalos de válvula comparativamente pequeños, lo que limita el caudal de leche para una presión dada. Así, solamente se podía lograr caudales más altos incrementando el diámetro o el tamaño de una sola válvula homogeneizadora.
Los más modernos diseños de válvulas de homogeneización han tenido más éxito en permitir altas tasas de flujo a la vez que mantienen los intervalos de válvula óptimos. Algunos de los mejores ejemplos de estos diseños se describen en las Patentes de Estados Unidos números 4.352.573 y 4.383.769 de William D. Pandolfe y cedida al cesionario de la presente, incorporándose aquí las ideas de estas patentes en su totalidad por esta referencia. Se apilan múltiples elementos de válvula anulares uno encima de otro. Los agujeros centrales de los elementos apilados definen una cámara común, típicamente a alta presión. Se forman ranuras anulares en las superficies superior y/o inferior de cada elemento de válvula, concéntricas con el agujero central. Las ranuras están en comunicación de fluido entre sí mediante orificios circulares dirigidos axialmente que se extienden a través de los elementos, y las ranuras y los orificios definen conjuntamente una segunda cámara, típicamente a baja presión. En cada elemento de válvula, la pared entre el agujero central y las ranuras está achaflanada para proporcionar bordes de cuchilla. Cada borde de cuchilla forma un asiento de válvula espaciado una pequeña distancia de una superficie de válvula opuesta en el elemento de válvula adyacente. En este diseño se puede mantener una separación de válvula óptima para cualquier caudal; los caudales más altos se permiten simplemente añadiendo más elementos de válvula a la pila.
En la Patente de Estados Unidos número 4585357 se describe una homogeneizadora que tiene microgrupos entre válvulas para expulsar el líquido homogeneizante.
Resumen de la invención
El continuo avance del diseño de las válvulas de homogeneización es impulsado en general por dos factores. Por una parte, se desean productos bien homogeneizados de forma consistente. La duración de la leche en almacén se limita por el tiempo entre la homogeneización y el tiempo en que la formación de nata comienza a afectar al aspecto visual. Esto es el reverso del proceso de homogeneización en el que la grasa de la leche se separa de nuevo de la masa de leche. El segundo factor, a veces conflictivo, es el costo de la homogeneización, que viene dictado en gran parte por la energía consumida.
El tamaño de los glóbulos de grasa de la leche en la leche homogeneizada determina la velocidad a la que se produce nata. Así, para prolongar la duración en almacén, es importante que el proceso de homogeneización produzca pequeños glóbulos de grasa en la leche homogeneizada. Cuanto menores sean los glóbulos de grasa, más dispersada está la grasa, y se tarda más tiempo en que una cantidad suficiente de los glóbulos de grasa coalescan y produzcan nata apreciable. Sin embargo, la homogeneización más completa requiere en general presiones más altas, lo que mina el segundo factor puesto que las presiones más altas requieren mayores entradas de energía.
Sin embargo, la desviación estándar en el tamaño de los glóbulos de grasa en la leche homogeneizada también desempeña un papel al determinar la duración de la leche en almacén. Algunos diseños de válvula producen en general pequeños glóbulos de grasa, lo que sugiere una larga duración en almacenamiento. Sin embargo, a causa de las características de las regiones que rodean el intervalo de válvula, algunos glóbulos de grasa pueden escapar en gran parte o totalmente al proceso de homogeneización cuando pasan a través de la válvula. Estos glóbulos de grasa más grandes en la leche homogeneizada contienen una cantidad relativamente grande de grasa, y forman nata rápidamente en comparación con los glóbulos de grasa muy pequeños. Así, aunque el tamaño medio de los glóbulos de grasa puede ser pequeño en una muestra dada de leche, la duración en almacén todavía puede ser relativamente corta debido a la existencia de una cantidad relativamente pequeña de glóbulos grandes.
Las realizaciones de la presente invención se dirigen a un diseño de elemento de válvula mejorado que es aplicable al diseño descrito en la serie de patentes de Pandolfe. Más en general, los principios de la presente invención se pueden aplicar a otras configuraciones de válvulas de homogeneización.
Según un aspecto de la invención, se facilita una válvula homogeneizadora incluyendo superficies de restricción de flujo una enfrente de otra a ambos lados de un intervalo de válvula que se extiende lateralmente, caracterizada porque las terminaciones situadas hacia abajo de las superficies opuestas están escalonadas, y dichas terminaciones situadas hacia abajo de las superficies opuestas están inclinadas menos de aproximadamente 90º a respectivos planos definidos por las superficies de restricción de flujo opuestas.
En general, las realizaciones de la invención proporcionan una válvula homogeneizadora en la que las superficies de restricción de flujo están una enfrente de otra a ambos lados de un intervalo de válvula que se extiende lateralmente. Las terminaciones situadas hacia abajo de las superficies opuestas están escalonadas una con respecto a otra al menos una distancia necesaria para inhibir el chirrido de la válvula. La investigación ha demostrado que las válvulas sin solapamiento tienden a ser inestables, dando lugar al acortamiento de la vida operativa. Sin embargo, el solapamiento es suficientemente pequeño para garantizar que una zona de homogeneización converja con las capas de mezcla o se extienda a través de su anchura completa. Esto da lugar a homogeneización completa puesto que las porciones del fluido no son capaces de dejar a un lado la zona.
La teoría sugiere que las terminaciones situadas hacia abajo de las superficies opuestas en la realización preferida deberán estar escalonadas al menos una altura del intervalo de válvula para estabilidad, pero escalonadas no más de aproximadamente diez veces la altura del intervalo para homogeneización completa. La experimentación con homogeneización de leche usando intervalos de menos de 0,003 pulgada (7,6 x 10^{-5} m), en la práctica entre 0,0010 y 0,0020 pulgada (2,5 x 10^{-5} m - 5,1 x 10^{-5} m), indica que el escalonamiento o el solapamiento deberá ser mayor que aproximadamente 0,0010 pulgada (2,5 x 10^{-5} m) pero siempre inferior a 0,025 pulgada (6,4 x 10^{-4} m).
La válvula homogeneizadora preferida incluye una pila de elementos de válvula de forma anular que definen un agujero central y conductos axiales de fluido. Esta configuración se puede aplicar en aplicaciones comerciales que requieren tasas de flujo de 500 gal/hora (1893 l/min) y mayores. Se utilizan muelles anulares para alinear pares contiguos de los elementos de válvula, encajan do los muelles en ranuras de muelle formadas en los elementos de válvula. Se produce homogeneización cuando el fluido pasa entre el agujero central y los conductos axiales de fluido a través de los intervalos de válvula anulares intervinientes. Preferiblemente, una de las superficies opuestas en cada par contiguo de los elementos de válvula es un saliente de borde de cuchilla, que tiene una longitud total preferiblemente entre (0,015 a 0,020 pulgada) 3,8 x 10^{-4} - 5,1 x 10^{-4} m, pero siempre inferior a (0,06 pulgada) 1,5 x 10^{-3} m.
La válvula puede tener una pila de elementos de válvula de forma anular que definen un agujero central y conductos axiales de fluido, produciéndose homogeneización cuando el fluido pasa entre el agujero central y los conductos axiales de fluido a través de intervalos de válvula anulares intervinientes definidos por superficies de válvula opuestas y asientos de válvula, siendo los intervalos de menos de (0,003 pulgada) 7,6 x 10^{-5} m, en la que las terminaciones situadas hacia abajo de las superficies de válvula tienen un solapamiento que es inferior a (0,025 pulgada) 6,4 x 10^{-4} m, por lo que se inhibe el chirrido de la válvula; y muelles anulares que alinean pares contiguos de los elementos de válvula, encajando los muelles en ranuras de muelle formadas en los elementos de válvula.
Según un segundo aspecto de la presente invención, se facilita un método de homogeneización que incluye bombear un fluido a través de una válvula incluyendo una superficie de válvula opuesta y asiento de válvula a un entorno a presión más baja, caracterizado por escalonar una terminación situada hacia abajo de la superficie de válvula con respecto a una terminación situada hacia abajo del asiento de válvula, e inclinar dicha terminación situada hacia abajo de la superficie de válvula y dicha terminación situada hacia abajo del asiento de válvula menos de aproximadamente 90º a respectivos planos definidos por los respectivos de la superficie de válvula opuesta y el asiento de válvula.
En este método, se realizan los pasos siguientes: bombear un fluido a través de una válvula incluyendo una superficie de válvula opuesta y un asiento de válvula a un entorno a presión más baja; solapar una terminación situada hacia abajo de la superficie de válvula con respecto al asiento de válvula para inhibir el chirrido de la válvula; y limitar el solapamiento para permitir la convergencia de una capa de mezcla con una zona de homogeneización.
En otro método, se realizan los pasos siguientes: bombear un fluido entre elementos de válvula apilados que proporcionan superficies de válvula opuestas y asientos de válvula; mantener los elementos de válvula en alineación con muelles anulares que encajan en ranuras de muelle formadas en los elementos de válvula; separar los asientos de válvula de las superficies de válvula una distancia de menos de 0,003 pulgada) 7,6 x 10^{- 5} m; solapar una terminación situada hacia abajo de las superficies de válvula con respecto al asiento de válvula una distancia necesaria para evitar el chirrido; y limitar el solapamiento a menos de aproximadamente (0,025 pulgada) 6,4 x 10^{-4} m.
Las anteriores y otras características de la invención que incluyen varios detalles nuevos de construcción y combinaciones de partes, y otras ventajas, se describirán ahora más en particular con referencia a los dibujos anexos y se señalarán en las reivindicaciones. Se entenderá que el método y dispositivo particular que realiza la invención se representan a modo de ilustración y no como limitación de la invención. Los principios y características de esta invención se pueden emplear en varias y numerosas realizaciones sin apartarse del alcance de la invención.
Breve descripción de los dibujos
En los dibujos anexos, los caracteres de referencia se refieren a las mismas partes en todas las distintas vistas. Los dibujos no están necesariamente a escala; se ha puesto énfasis, en cambio, en ilustrar los principios de la invención. En los dibujos:
La figura 1 es una vista en sección transversal de un sistema de homogeneización mostrando elementos de válvula que realizan la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva y parcialmente cortada de los elementos de válvula de la invención en una pila de elementos de válvula en el sistema de homogeneización.
La figura 3 es una vista en sección transversal parcial vertical de los elementos de válvula apilados mostrando la región de intervalo de válvula para una válvula de homogeneización de la técnica anterior y la válvula de homogeneización.
La figura 4 es una vista en sección transversal de la región de intervalo de válvula de la técnica anterior y las condiciones de flujo para el fluido que sale a través del intervalo de válvula.
La figura 5 es una vista en sección transversal de la región de intervalo de válvula en la que no existe solapamiento entre las superficies superior e inferior del agujero de boquilla que realiza la presente invención.
La figura 6 es una vista en sección transversal de la región de válvula mostrando una válvula solamente con solapamiento moderado que realiza la presente invención.
La figura 7 es una gráfica del tamaño de las gotitas en función de la presión de homogenización para varias distancias de solapamiento de válvula durante la homogeneización de leche a escala comercial.
Y la figura 8 es una gráfica del diámetro de gotita en función del solapamiento para varias presiones de homogeneización usando leche llenada a un caudal de 40 galones (15 l) por hora.
Descripción detallada de las realizaciones preferidas
La figura 1 es una vista en sección transversal de un sistema de homogeneización que se refiere al diseño descrito en las patentes de Pandolfe. El sistema incluye elementos de válvula 100 construidos según los principios de la presente invención, entendiéndose mejor muchos de los detalles de estos elementos con referencia a la figura 2.
Con referencia a las figuras 1 y 2, un orificio de entrada 112, formado en una pestaña de entrada 114, transporta un fluido a alta presión a una pila de elementos de válvula 116. El fluido a alta presión es introducido en una cámara interior 118 definida por los agujeros centrales 103 formados a través de los elementos de válvula generalmente anulares 100. El fluido a alta presión es expulsado después a través de intervalos de válvula 102 a una cámara de baja presión 120 que se define por los orificios axiales 122 a través de los elementos de válvula 100 y las ranuras anulares 124 en los elementos de válvula. El fluido que pasa a la cámara de baja presión entra en un orificio de descarga 126 en un conjunto de pestaña de descarga 130.
La pila 116 de elementos de válvula 100 está sellada contra la pestaña de entrada 114 mediante un elemento de válvula base 132. El elemento de válvula superior engancha un obturador de válvula superior 140 que sella a través de la cámara interior 118. Este obturador de válvula superior 140 es empujado hidráulica o neumáticamente por el conjunto accionador 142, que incluye un cuerpo accionador 144 que rodea un pistón accionador 146 sellado a él mediante un aro en O 148. El pistón 146 está conectado al obturador superior 140 mediante el vástago de accionador 150. Una placa de guía de accionador 152 asienta entre el cuerpo 144 y el conjunto de pestaña de descarga 130. Variando la presión de un fluido hidráulico o neumáticamente en la cavidad 154, el tamaño de los intervalos de válvula 102 se puede modular induciendo la flexión radial de los elementos de válvula 100.
El elemento de válvula base 132 y otros elementos de válvula 100 están alineados uno con respecto a otro y se mantienen en la formación de pila por muelles de válvula en serpentín 134 que se confinan dentro de ranuras de muelle cooperantes 136, 138 formadas en las superficies de borde periférico, por lo demás planas, de cada elemento de válvula 100.
La figura 3 es una vista en sección transversal de los elementos de válvula alrededor de los intervalos de válvula, mostrando una región de intervalo de válvula 160 de la técnica anterior y la región de intervalo de válvula 170 en la válvula de homogeneización de la invención.
La altura de ambos intervalos es preferiblemente de entre 0,0015 y 0,0020 pulgada (3,8 x 10^{-5} m - 5,1 x 10^{-5} m), generalmente de aproximadamente 0,0018 pulgada (4,6 x 10^{-5} m), pero en cualquier caso inferior a 0,003 pulgada. Esta dimensión se define como la distancia vertical entre el asiento de válvula o saliente 158 y la superficie de válvula opuesta, en gran parte plana 156. La experimentación ha demostrado que el intervalo no se debería incrementar simplemente más de 0,003 pulgada (7,6 x 10^{-5} m) para obtener caudales más altos puesto que tales aumentos conducirán a menores eficiencias de homogeneización.
En la realización preferida, el asiento de válvula es una configuración de borde de cuchilla. En el lado de alta presión, situada hacia arriba, del intervalo, el asiento de válvula 158 está achaflanado en el ángulo 45E inclinado hacia la superficie de válvula 156. En el intervalo, el asiento de válvula 158 es plano a través de una distancia ideal de aproximadamente 0,015 a 0,020 pulgada (3,8 x 10^{-4} m - 5,1 x 10^{-4} m), pero inferior a 0,06 pulgada (1,5 x 10^{-3} m). En el lado de baja presión, situado hacia abajo, del intervalo 102, el asiento de válvula se inclina alejándose de la superficie de válvula en un ángulo de 5 a 90E o mayor, 45E en la realización ilustrada.
En la región de intervalo de válvula 160 de la técnica anterior, el fluido que pasa a través del intervalo de válvula 102 se acelera cuando pasa sobre el asiento de válvula o saliente 158 relativamente corto. El elemento de válvula contiguo presenta una superficie de válvula plana 156 que se extiende radialmente hacia fuera, paralela a la dirección de flujo de fluido a través del intervalo 102. La longitud total de la superficie de válvula que se extiende radialmente desde el saliente no es una tolerancia estrictamente controlada, pero tiende a ser relativamente larga, de aproximadamente 0,055 pulgada (1,4 x 10^{-3} m) de longitud.
La figura 4 ilustra las condiciones de flujo del fluido que pasa a través de la región de intervalo de válvula 160 de la técnica anterior. Justo antes del paso del fluido por el extremo 187 del saliente 158, el flujo entre el saliente 158 y la superficie de válvula 156 es totalmente laminar 180. Se produce poca homogeneización en este espacio, pero el fluido se acelera altamente en este punto. Después de pasar a través del intervalo de válvula, la porción del fluido 180 en flujo laminar se reduce al aumentar la distancia desde el intervalo 102. Las capas alejadas de la superficie de válvula 156 son convertidas progresivamente en capas tridimensionales turbulentas de mezcla a alta y baja velocidad 182 en las que no existen las características laminares. En conjunto, las capas de mezcla turbulenta tienen forma de cuña que se expande hacia abajo del intervalo de válvula a un ángulo de aproximadamente \alpha = 5,7 grados. En algún punto, la disipación de energía en la capa de mezcla turbulenta es máxima y se forma un frente o zona de homogeneización 184 en el que las capas de mezcla se unen y se hacen completamente turbulentas. Aquí es donde se produce la mayor parte de la homogeneización. Es aquí donde la energía contenida en la presión y velocidad del fluido se convierte en la disrupción de los glóbulos de grasa de la leche o la mezcla de componentes en las emulsiones o dispersiones, en general.
La posición del frente de homogeneización se puede definir de dos formas. Para un intervalo de válvula común para homogeneización de leche de 0,0018 pulgada (4,6 x 10^{-5} m), el frente de homogeneización está centrado a aproximadamente 0,012 pulgada
(3,1 x 10^{-4} m) del extremo 187 del saliente superficie. Más en general, sin embargo, el frente de homogeneización se extiende a través de una distancia de aproximadamente de 6 a 10 veces el tamaño del intervalo. Esta relación se puede generalizar a otras configuraciones de válvula.
El problema de este diseño de válvula de la técnica anterior es que hay convergencia incompleta entre la capa de mezcla turbulenta 182 y la zona o frente de homogeneización 184. Por lo tanto, el fluido que pasa por el intervalo de válvula 102 se homogeneiza de forma incompleta. Las porciones que pasan a través de la capa de mezcla turbulenta 182, pero evitan la zona de homogeneización 184, experimentan homogeneización incompleta.
Se ha realizado investigaciones en las que se recogieron microfotografías de gotitas de aceite colorante pasando a través de la válvula usando un láser Nd:YAG de frecuencia doble. Este trabajo sugiere que hay un mecanismo adicional que mina la homogeneización completa. Parece ser una región de flujo laminar 186 que se extiende más allá del frente de homogeneización 184 que se adhiere a la superficie de válvula 156. Esto permite que especies inhomogéneas relativamente grandes en el fluido dejen a un lado la zona de homogeneización 184. Este efecto explica la existencia de grandes estructuras inhomogéneas dentro de leche homogeneizada en estos tipos de válvulas incluso cuando se aplican presiones homogeneizantes altas. Esto da lugar a una desviación estándar relativamente grande en el tamaño de los glóbulos de grasa en el producto homogeneizado.
Volviendo a la figura 3, en la región de intervalo de válvula 170 que realiza la presente invención, los extremos de las superficies opuestas que definen el intervalo 102 todavía están escalonados uno con respecto a otro. La superficie de válvula 156, sin embargo, termina 188 mucho más cerca del extremo del saliente 158. Hay cierto solapamiento, pero la longitud del solapamiento se controla estrictamente.
La figura 5 muestra las condiciones de flujo para el fluido que emerge del intervalo de válvula 102 cuando no existe solapamiento. La región de flujo laminar 180 exhibe una sección transversal triangular que se aleja del intervalo de válvula, disminuyendo en su alejamiento superior e inferior de los extremos de las superficies de válvula. Muy importante, sin embargo, es que la zona o frente de homogeneización 184 converge con las capas de mezcla turbulenta 182. Virtualmente todo el fluido que sale de la válvula pasa a través de esta zona que existe a aproximadamente distancias de 5 intervalos y se homogeneiza completamente.
Como se representa en la figura 6, incluso con cierto solapamiento (solapamiento = 6 intervalos de válvula), se puede producir convergencia de la capa de mezcla turbulenta 182 y zona de homogeneización 184. El frente de homogeneización está presente a aproximadamente de 5 a 8 veces la altura del intervalo de válvula desde el extremo 187 del saliente 156.
Además, los efectos de pared de la superficie de válvula 156 no extienden el flujo laminar 180 más allá de la zona 184. En cambio, el truncamiento temprano de la superficie 156 perturba completamente el campo de flujo laminar 180, permitiendo que la zona de homogeneización 184 rodee completamente el fluido que sale del intervalo 102.
Más en general, los efectos de pared de la superficie de válvula 156 y el asiento de válvula 158 no surgirán de otro modo a condición de que el ángulo de achaflanado \beta, que se ilustra de 45 grados, no se aproxime al ángulo de divergencia de la capa de mezcla turbulenta, \alpha, que es de 5,7 grados. Generalmente, el ángulo \beta es de al menos 10 grados para evitar el riesgo de unión del flujo laminar a la pared.
Experimentos sugieren que esta convergencia se puede producir cuando el solapamiento es de diez intervalos de válvula o aproximadamente 0,02 pulgada (5,1 x 10^{-4} m) al utilizar alturas de intervalo de válvula convencionales. Un desborde óptimo es de aproximadamente ocho intervalos de válvula o 0,016 pulgada (4,1 x 10^{-4} m) de solapamiento o menos.
La figura 7 es una gráfica que presenta los resultados de experimentos correlacionando el diámetro de glóbulo medio en lecho homogeneizada en función de la presión para válvulas que utilizan diferentes solapamientos. Los solapamientos de válvula de entre 0,025 pulgada (6,4 x 10^{-4} m) (\Box) 0,040 pulgada
(1,02 x 10^{-3} m) (\Delta) y la 0,055 pulgada (1,4 x 10^{-3} m) estándar (\bullet) exhiben esencialmente el mismo rendimiento. Se produce un tamaño de glóbulo medio de aproximadamente 0,90 micras entre 1.100-1.200 psi (7584 kPa - 8274 kpa de presión homogeneizante. Sin embargo, cuando se utilizan solapamientos de 0,010 (\bullet) o 0,0 pulgada (2,54 x 10^{-4} m) (sin solapamiento) (*), el diámetro de glóbulo medio cae a aproximadamente 0,80 micras en el mismo rango de presiones homogeneizantes. Esta experimentación muestra que solapamientos inferior a 10 intervalos de válvula de largo, o aproximadamente 0,025 pulgada (6,4 x 10^{-4} m), obtienen una homogeneización sustancialmente mejor.
Sin embargo, la experimentación indica que en algunas circunstancias hay un solapamiento mínimo deseable. Cuando los puntos de datos se recogieron para la configuración de solapamiento cero en la generación de la gráfica en la figura 7, el saliente de borde de cuchilla se dañó ampliamente. Este efecto se puso de manifiesto por niveles de ruido más altos que los normales de la pila de válvula. La observación del borde de cuchilla después de una pasada de diez mil galones mostró amplio desconchado. Esto sugiere que había inestabilidades en la operación asociada con solapamiento cero. Se espera esta inestabilidad cuando no hay solapamiento o el solapamiento es inferior a la altura de un intervalo de válvula. En el diseño de la figura 1, esto se traduce en un solapamiento de menos de aproximadamente 0,0015-0,0020 pulgada
(3,8 x 10^{-5} m - 5,1 x 10^{-5} m).
La figura 8 muestra los resultados de experimentación usando un conjunto de laboratorio con un bajo caudal correspondiente. La gráfica es del diámetro de gotita en función del solapamiento o desborde para tres presiones homogeneizantes (1000 psi (6894 kPa) (\bullet), 1200 psi (8274 kPa) (\Box), y 1400 psi (9652 kPa) (\Delta)) usando leche llenada a un caudal de 40 galones por hora (151). Incluso a este caudal bajo, una reducción de solapamiento produce mejor homogeneización, de acuerdo con los experimentos en condiciones comerciales.
Aunque esta invención se ha mostrado y descrito con detalle con referencias a sus realizaciones preferidas, los expertos en la materia entenderán que se puede hacer varios cambios en la forma y detalle sin apartarse del alcance de la invención definida por las reivindicaciones anexas.

Claims (15)

1. Una válvula homogeneizadora incluyendo superficies de restricción de flujo (156, 158) una enfrente de otra a ambos lados de un intervalo de válvula que se extiende lateralmente (170),
caracterizada porque
las terminaciones situadas hacia abajo (188, 187) de las superficies opuestas están escalonadas, y dichas terminaciones situadas hacia abajo (188, 187) de las superficies opuestas están inclinadas menos de aproximadamente 90º a respectivos planos definidos por las superficies de restricción de flujo opuestas (156, 158).
2. Una válvula homogeneizadora como se reivindica en la reivindicación 1, donde dichas terminaciones situadas hacia abajo de las superficies opuestas están escalonadas al menos una altura del intervalo de válvula, pero no más de aproximadamente diez veces la altura del intervalo.
3. Una válvula homogeneizadora como se reivindica en la reivindicación 1, donde la altura del intervalo de válvula está entre 0,0010 y 0,0020 pulgada
(2,5 x 10^{-5} - 5,1 x 10^{-5} m), y las terminaciones situadas hacia abajo de las superficies opuestas están escalonadas una distancia inferior a 6,35 x 10^{-4} m (0,025 pulgada).
4. Una válvula homogeneizadora como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, incluyendo una pila de elementos de válvula de forma anular (100) que definen un agujero central (118) y conductos axiales de fluido (120) produciéndose la homogeneización cuando el fluido pasa entre el agujero central y los conductos axiales de fluido a través de los intervalos de válvula anulares intervinientes (102), en la que las superficies opuestas se han previsto por cada par contiguo de elementos de válvula.
5. Una válvula homogeneizadora como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde la válvula homogeneizadora está dispuesta en la práctica de manera que tenga un caudal de al menos 1893 l/hora (500 gal/h).
6. Una válvula homogeneizadora como se reivindica en cualquiera de las reivindicaciones 4 o 5, incluyendo además muelles anulares (134) que se utilizan para alinear pares contiguos de los elementos de válvula, encajando los muelles en ranuras de muelle (136, 138) formadas en los elementos de válvula.
7. Una válvula homogeneizadora según se reivindica en la reivindicación 4, donde una de las superficies opuestas en cada par contiguo de los elementos de válvula tiene una longitud total de aproximadamente 3,8 x 10^{-4} - 5,1 x 10^{-4} m (0,015 a 0,020 pulgada).
8. Una válvula homogeneizadora según se reivindica en cualquier reivindicación anterior incluyendo:
una pila de elementos de válvula de forma anular (100) que definen un agujero central (118) y conductos axiales de fluido (120) produciéndose la homogeneización cuando el fluido pasa entre el agujero central y los conductos axiales de fluido a través de dichas superficies de válvula opuestas de restricción de flujo (156, 158), siendo los intervalos de válvula inferiores a 0,003 pulgada (7,6 x 10^{-5} m), y teniendo las terminaciones situadas hacia abajo (188, 187) un solapamiento que es inferior a 6,4 x 10^{-4} m (0,25 pulgada); y
muelles anulares (134) que alinean pares contiguos de los elementos de válvula, encajando los muelles en ranuras de muelle (136, 138) formadas en los elementos de válvula.
9. Una válvula homogeneizadora como se reivindica en la reivindicación 9, donde dichas terminaciones situadas hacia abajo de las superficies de válvula solapan los asientos de válvula al menos una altura de la válvula.
10. Una válvula homogeneizadora como se reivindica en la reivindicación 8, donde los asientos de válvula tienen una longitud inferior a 1,5 x 10^{-3} m (0,06 pulgada).
11. Un método de homogeneización que incluye:
bombear un fluido a través de una válvula incluyendo una superficie de válvula opuesta (156) y asiento de válvula (158) a un entorno a presión más baja;
caracterizado por
escalonar una terminación situada hacia abajo (188) de la superficie de válvula con respecto a una terminación situada hacia abajo (187) del asiento de válvula; e
inclinar dicha terminación situada hacia abajo (188) de la superficie de válvula y dicha terminación situada hacia abajo (187) del asiento de válvula menos de aproximadamente 90º a los planos respectivos definidos por los respectivos de la superficie de válvula opuesta (156) y el asiento de válvula (158).
12. Un método como el reivindicado en la reivindicación 11, incluyendo además escalonar la terminación de la superficie de válvula al menos la distancia entre el asiento de válvula y la superficie de válvula.
13. Un método como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 11 o 12, incluyendo además limitar el escalonamiento de la terminación de la superficie de válvula a menos de aproximadamente diez veces la distancia entre el asiento de válvula y la superficie de válvula.
14. Un método como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 11 a 13, incluyendo además:
separar la superficie de válvula del asiento de válvula menos de 7,6 x 10^{-5} m (0,003 pulgada); y
limitar el escalonamiento de la terminación de la superficie de válvula con respecto al asiento de válvula a menos de aproximadamente 6,4 x 10^{-4} m (0,025 pulgada).
15. Un método de homogeneización como el reivindicado en cualquiera de las reivindicaciones 11 a 14, donde dicho paso de bombeo incluye bombear un fluido entre elementos de válvula apilados (100) que proporcionan superficies de válvula opuestas (156) y asientos de válvula (158); e incluyendo además mantener los elementos de válvula en alineación con muelles anulares (134) que encajan en ranuras de muelle (136, 138) formadas en los elementos de válvula.
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