ES2226104T3 - Valvula de homogeneizacion. - Google Patents
Valvula de homogeneizacion.Info
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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.
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.
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.
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.
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.
(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.
(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).
(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).
(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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