ES2228553T3 - Valvula de homogeneizacion. - Google Patents
Valvula de homogeneizacion.Info
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- ES2228553T3 ES2228553T3 ES00943409T ES00943409T ES2228553T3 ES 2228553 T3 ES2228553 T3 ES 2228553T3 ES 00943409 T ES00943409 T ES 00943409T ES 00943409 T ES00943409 T ES 00943409T ES 2228553 T3 ES2228553 T3 ES 2228553T3
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Abstract
Una válvula de homogeneización (2) incluyendo: una carcasa (14) que tiene una entrada (4) y una salida (42); un elemento de válvula (10) dentro de la carcasa y que tiene un asiento de válvula (52) que define, con una superficie de válvula (51), un intervalo (16) mediante el que se comprime fluido radialmente de un primer volumen a alta presión (8) en comunicación con la entrada (4) a un segundo volumen a baja presión (12) en comunicación con la salida (42); y un accionador (26) que actúa en el elemento de válvula para controlar la anchura del intervalo; caracterizada porque el primer volumen (8) y el segundo volumen (12) están respectivamente fuera y dentro con respecto al elemento de válvula (10), e incluyen además un restrictor de flujo (30) en la salida (42) que restringe el flujo de fluido de la válvula (2) para crear contrapresión en la válvula.
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 comprimido 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 comprimía 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 al 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 cedidas al cesionario de la presente. Se
apilan múltiples elementos de válvula anulares uno encima de otro.
Los agujeros centrales de los elementos apilados definen una cámara
común 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 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.
Tales sistemas requieren altas fuerzas de accionamiento y presiones
resultantes, por ejemplo, de aproximadamente
3,45-6,90 x 10^{6} Nm^{-2} (500 a 1000 psi)
para mantener la presión de homogeneización en la válvula de
homogeneización.
US-A-5.749.650
describe una válvula de homogeneización y un método de homogeneizar
un fluido que tiene las características de las porciones
precaracterizantes de las reivindicaciones 1 y 19,
respectivamente.
La presente invención proporciona una válvula de
homogeneización incluyendo: una carcasa que tiene una entrada y una
salida; un elemento de válvula dentro de la carcasa y que tiene un
asiento de válvula que define, con una superficie de válvula, un
intervalo a través del que se comprime fluido radialmente de un
primer volumen a alta presión en comunicación con la entrada a un
segundo volumen a baja presión en comunicación con la salida; y un
accionador que actúa en el elemento de válvula para controlar la
anchura del intervalo; caracterizada porque el primer volumen y el
segundo volumen están respectivamente fuera y dentro con respecto
al elemento de válvula, e incluyen además un restrictor de flujo en
la salida que restringe el flujo de fluido de la válvula para crear
contrapresión en la válvula.
Según los aspectos preferidos de la presente
invención, la válvula de homogeneización incluye una carcasa y
elementos de válvula apilados dentro de la carcasa. Los elementos
de válvula tienen agujeros centrales a su través que definen un
volumen a baja presión.
Con el fluido homogeneizado que fluye desde el
volumen exterior a alta presión radialmente hacia dentro, los
elementos de válvula o aros se colocan en compresión para mayor
durabilidad, al costo de requerir potencialmente una carcasa de
válvula más resistente y más pesada. Además, la disposición se
presta a equilibrar las fuerzas de alta presión aplicadas
axialmente contra el conjunto de válvula.
La válvula de homogeneización puede incluir al
menos un mecanismo de equilibrio que reduce la cantidad de fuerza de
accionamiento requerida para mantener una presión de
homogeneización predeterminada. Así, se puede usar accionadores
preexistentes para aplicaciones, tal como emulsiones de silicona al
recubrir tejidos, que requieren fuerza de accionamiento aún mayor
que la actualmente disponible. Como consecuencia de la fuerza de
accionamiento reducida que se requiere, se puede usar según la
presente invención accionadores pneumáticos que usan dispositivos
convencionales de suministro de aire, por ejemplo, 5,8x10^{5}
Nm^{-2} (85 psi). Los accionadores pneumáticos eliminan la
necesidad de una bomba eléctrica, un termointercambiador incluyendo
bobinas de refrigeración, y otros accesorios asociados con los
accionadores hidráulicos.
El mecanismo de equilibrio incluye una superficie
dirigida axialmente expuesta al volumen exterior a alta presión
para equilibrar sustancialmente las fuerzas del volumen exterior a
alta presión contra el accionador. En una realización preferida, el
accionador empuja un elemento de transferencia de fuerza
interpuesto entre el accionador y el elemento de válvula, y el
elemento de transferencia de fuerza incluye la superficie dirigida
axialmente.
Según un aspecto preferido de la presente
invención, muelles anulares que alinean pares contiguos de
elementos de válvula están colocados dentro de ranuras elásticas en
los elementos de válvula. Preferiblemente, los muelles se colocan
en el volumen a alta presión de manera que los muelles estén
expuestos a flujo menos turbulento. En una realización preferida,
se ha previsto un elemento de alineación, tal como una varilla,
para mantener la alineación angular de la pila de elementos de
válvula.
Según otros aspectos preferidos de la presente
invención, los elementos de válvula incluyen elementos separadores
integrales para mantener los intervalos a anchuras predeterminadas
donde el accionador ajusta la anchura de sustancialmente todos los
intervalos comprimiendo los elementos separadores. Los elementos
separadores se pueden formar de un primer material tal como acero
inoxidable y los asientos de válvula y las superficies de válvula se
pueden formar de un segundo material tal como carburo de tungsteno.
Esta configuración minimiza el desgaste del asiento de válvula y la
superficie a la vez que permite la compresión de los elementos
separadores para mantener los intervalos de válvula.
Se ha dispuesto un restrictor de flujo en la
salida de la válvula de homogeneización para crear contrapresión.
La válvula puede incluir además una superficie dirigida axialmente
expuesta a la contrapresión para equilibrar sustancialmente las
fuerzas de la contrapresión contra el accionador. El accionador
puede ser un accionador hidráulico o neumático.
La presente invención también proporciona un
método de homogeneizar un fluido, incluyendo: comprimir un fluido a
través de un intervalo de un primer volumen a alta presión a un
segundo volumen a baja presión definido por una pluralidad de
elementos de válvula; y controlar la anchura del intervalo con un
accionador; caracterizado porque el primer volumen y el segundo
volumen están respectivamente fuera y dentro de la pluralidad de
elementos de válvula por lo que el fluido es comprimido a través
del intervalo en una dirección hacia dentro con respecto a los
elementos de válvula.
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 particular y el
dispositivo que realiza la invención se representan a modo de
ilustración y no como una limitación 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; en cambio, se
ha puesto énfasis en ilustrar los principios de la invención. En
los dibujos:
La figura 1 es una vista en sección transversal
de una realización preferida de una válvula de homogeneización
equilibrada hidráulicamente según la presente invención.
La figura 2 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 2- 2 de la figura 1.
La figura 3 es una vista en sección transversal
parcial de otra realización preferida de una válvula de
homogeneización equilibrada hidráulicamente según la presente
invención.
La figura 4 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de 4-4 de la figura 3.
Las figuras 5-7 ilustran la
carcasa de una válvula de homogeneización mostrada en la figura 3
acomodando cantidades variables de elementos de válvula.
La figura 8 es una vista en planta de un elemento
de válvula ejemplar con adaptadores separadores según la presente
invención.
La figura 9 es una vista lateral del elemento de
válvula representado en la figura 8.
La figura 10 es una vista en sección transversal
tomada a lo largo de la línea 10-10 de la figura
8.
La figura 11 es una vista ampliada del área
rodeada con un círculo referenciada como "A" en la figura
10.
La figura 12 es una vista ampliada del área
rodeada con un círculo referenciada como "B" en la figura
10.
La figura 13 es una vista isométrica en sección
transversal de los elementos de válvula de la figura 1.
Y la figura 14 es una realización alternativa de
un elemento de válvula de las figuras 8-13.
La figura 1 es una vista en sección transversal
de un conjunto de válvula primaria equilibrada hidráulicamente 2
para uso en un sistema de homogeneización (no se representa el
sistema completo) que se ha construido según los principios de la
presente invención.
La emulsión o dispersión a homogeneizar se bombea
a alta presión con una bomba (no representada) y suministra al
orificio de entrada 4 de una pestaña de entrada 6 donde se dirige a
una cámara o volumen exterior a alta presión 8. Elementos de
válvula 10, que son generalmente anulares y tienen agujeros
centrales a su través para formar una cámara o volumen interior a
baja presión 12, se apilan uno encima de otro dentro de la carcasa
14. El fluido o líquido a alta presión de la cámara de alta presión
8 se comprime a través de intervalos o hendiduras de válvula 16 a
la cámara de baja presión 12. El fluido que pasa a la cámara de baja
presión 12 entra en un orificio de salida 42 de una pestaña de
salida 44.
Dos realizaciones diferentes de la invención se
representan a ambos lados del eje longitudinal A-A,
teniendo la de la izquierda tres intervalos de válvula 16 y
teniendo la de la derecha diez intervalos. El número de intervalos
se controla eligiendo conjuntos diferentes de elementos de válvula
colocados en el conjunto. Los intervalos 16 previstos entre cada
par de elementos de válvula forman un paso restringido a cuyo
través se comprime la emulsión o dispersión a la cámara de baja
presión 12. Los intervalos 16 se pueden construir según lo ilustrado
en la figura 3 de la patente '769. Preferiblemente, los intervalos
16 se construyen según lo descrito en la Patente de Estados Unidos,
de mismo cesionario, 5.749.650, presentada el 13 de marzo de 1997,
y la Patente de Estados Unidos 5.899.564 presentada 11 de mayo de
1998, cuyo contenido se incorpora aquí en su totalidad por esta
referencia.
Más específicamente, la altura del intervalo 16
es preferiblemente de entre 0,0330 y 0,0457 mm (0,0013 y 0,0018
pulgada) generalmente de aproximadamente 0,0381 mm (0,0015
pulgada), pero en cualquier caso inferior a 0,0762 mm (0,003
pulgada). Esta dimensión se define como la distancia vertical entre
el asiento de válvula o parte plana y la superficie de válvula
opuesta, en gran parte plana. Experimentos han demostrado que el
intervalo no se debería incrementar simplemente más de 0,0762 mm
(0,003 pulgada) para obtener caudales más altos puesto que tales
aumentos darán lugar a eficiencias de homogeneización más
bajas.
En la realización preferida, el asiento de
válvula es una configuración de filo de cuchilla. Con referencia a
las figuras 10-13, en el lado de alta presión,
situado hacia arriba, del intervalo, el asiento de válvula o meseta
52 está achaflanada a un ángulo de 45º inclinado hacia la
superficie de válvula 51. En el intervalo, el asiento de válvula 52
es plano en una distancia ideal de aproximadamente 0,381 a 0,508 mm
(0,015 a 0,020 pulgada) pero inferior a 0,15 mm (0,06 pulgada). En
el lado de baja presión, situado hacia abajo, del intervalo 16, el
asiento de válvula 52 se inclina alejándose de la superficie de
válvula 51 en un ángulo de 5 a 90º o más, aproximadamente 60º en la
realización ilustrada. Como se ilustra en particular en la figura
12, la superficie de válvula 51 está construida igualmente. Las
terminaciones situadas hacia abajo de las superficies de válvula
solapan los asientos de válvula o mesetas no más de 0,635 mm (0,025
pulgada). Preferiblemente, las terminaciones situadas hacia abajo
de las superficies de válvula 51 solapan los asientos de válvula 52
al menos una altura de los intervalos de válvula 16. También se ha
hallado que también puede ser efectivo un solapamiento nulo entre
los asientos de válvula 52 y las superficies de válvula 51.
Volviendo a la figura 1, la pila de elementos de
válvula 10 está sellada contra la pestaña de salida 44 en su
extremo inferior por juntas tóricas 25. El elemento de válvula
superior 10 engancha la chapa superior 22 que efectúa un cierre
hermético a través de la cámara interior 12. La chapa superior 22 es
empujada hidráulica o neumáticamente por el accionador 26 mediante
el elemento intermedio de transferencia de fuerza 24. Se ha
dispuesto una tuerca 21 en el vástago de accionador 34 para
transferir la fuerza descendente al elemento 24. Variando la
presión de un fluido hidráulico o neumáticamente en el accionador
26, la presión aplicada a la chapa superior 22 y por lo tanto a los
elementos de válvula 10 por el vástago de accionador 34 puede ser
regulada dinámicamente para controlar el tamaño del intervalo de
válvula 16. El vástago de accionador 34 incluye un saliente 33 para
fijar la chapa superior 22 y el elemento 24 conjuntamente (y,
además, el separador 23 en el lado izquierdo de la realización) con
la tuerca de apriete 21. Las juntas tóricas 27 proporcionan un
cierre estanco a los fluidos entre el saliente 33 y la chapa
superior 22 y entre la chapa superior y el elemento 24. Las juntas
tóricas 43 proporcionan además un cierre estanco a los fluidos
entre la carcasa 14, el elemento 24 y el accionador 26.
El accionador 26 está fijado a la carcasa
principal 14 del conjunto de válvula 2 por tornillos 35, espárragos
y tuercas, u otros medios de sujeción adecuados. Preferiblemente,
el accionador 26 es un accionador neumático trietápico que tiene un
orificio de entrada 37 y un orificio de salida 39. Como se entiende
en la materia, el orificio de entrada 37 recibe aire comprimido
donde se dirige a tres chapas 41 para incrementar el área
superficial en la que puede actuar el aire comprimido. Se crea baja
presión debajo de cada chapa 41 mediante el orificio de salida
39.
Es sabido que los intervalos de válvula aumentan
con el uso de la válvula cuando el fluido desgasta el asiento de
válvula y las superficies de válvula. Esto da lugar a una menor
diferencia de presión entre la cámara exterior de alta presión 8 y
la cámara de baja presión 12. en consecuencia, el fluido no se puede
homogeneizar correctamente. Los sistemas de la técnica anterior han
empleado el accionador para aplicar una mayor fuerza descendente
para cerrar el número deseado de intervalos de válvula (por
ejemplo, generalmente dos o tres intervalos de válvula para
mantener un área de flujo constante). Por ejemplo, como se describe
en la patente '769, la fuerza descendente flexiona los elementos de
válvula superiores para cerrar el número deseado de intervalos de
válvula para regular la presión diferencial.
Los elementos de válvula novedosos 10 de la
presente invención incluyen elementos o adaptadores separadores que
permiten comprimir los elementos de válvula con el accionador 26 de
tal manera que sustancialmente todos los intervalos de válvula 16
se regulen para compensar el desgaste. Esto tiene la ventaja de
mantener una distancia de separación predeterminada (y
frecuentemente optimizada) entre el asiento de válvula y la
superficie de válvula cuando se produce desgaste.
Las figuras 8-13 ilustran
adaptadores separadores ejemplares 50 que forman parte del elemento
de válvula 10. El área 57 se maquina dejando los adaptadores
separadores 50. Los elementos de válvula 10 se apilan uno sobre otro
con los adaptadores separadores 50 de un elemento de válvula
contactando el lado inferior 53 de un elemento de válvula contiguo
para formar los intervalos de válvula 16 entre el asiento de
válvula 52 y la superficie de válvula opuesta 51. Alternativamente,
los adaptadores separadores 50 pueden ser un elemento separado
acoplado o colocado junto a los elementos de válvula 10. Los
adaptadores separadores 50 son suficientemente pequeños de modo que
puedan ser comprimidos por el accionador 26. En una realización
preferida de la presente invención, cada adaptador separador 50
tiene un área superficial de aproximadamente 11 mm^{2} que toca
el lado inferior 53 de un elemento de válvula contiguo 10 cuando
está montado. Esto permite comprimir cada adaptador separador 50
hasta aproximadamente 0,0508 mm (0,002 pulgada).
La figura 14 ilustra una realización alternativa
del elemento de válvula, designado por el número de referencia 10'.
El elemento de válvula 10' se forma a partir de al menos dos
materiales: un material duro duradero adyacente al asiento de
válvula y una superficie para minimizar su desgaste, y un material
relativamente blando, compresible, adyacente a los adaptadores
separadores 50 para permitir su compresión. Preferiblemente, un aro
interior 55 de un material relativamente duro, tal como carburo de
tungsteno, se introduce en un aro exterior 56 de material más
blando, tal como acero inoxidable. En una realización preferida, el
material duro tiene un número de dureza en la escala Rockwell A
superior a 90 y el material compresible tiene un número de dureza en
la escala Rockwell A no superior a 80. Los aros 55, 56 se mantienen
en posición por un ajuste de interferencia u otros métodos
adecuados, tal como soldadura.
Los elementos de válvula 10 están alineados uno
con respecto a otro y se mantienen en la formación apilada por
muelles de válvula en serpentín u ondulados 18 que están confinados
dentro de ranuras elásticas cooperantes 20 formadas en cada
elemento de válvula. Los muelles de válvula 18 también separan los
elementos de válvula 10 para incrementar los intervalos de válvula
16 cuando se reduce la presión actuante en una operación de
limpieza de la válvula. Además, cuatro lóbulos 15 o salientes de la
carcasa 14 contribuyen a mantener la alineación de la pila de
elementos de válvula como se representa específicamente en la
figura 2. Además, los extremos del muelle de válvula 18 se pueden
curvar, por ejemplo, 90 grados, e introducir en ranuras o cavidades
maquinadas 58 (véase la figura 8) en elementos de válvula
adyacentes de tal manera que la pila de elementos de válvula
mantenga la alineación angular preferible. Tal configuración evita
la rotación de los elementos de válvula 10 uno con relación a otro.
Es decir, los adaptadores separadores 50 están alineados en filas
verticales cuando se alinean preferiblemente.
También es significativo que los muelles de
válvula 18 están colocados hacia arriba de los intervalos de
válvula 16, es decir, en el lado de alta presión de los intervalos
de válvula. Los diseños de la técnica anterior comprimen el fluido
a un entorno cerrado entre los elementos de válvula. En la presente
invención, sin embargo, el fluido a alta presión pasa por la región
de muelle antes de ser comprimido a través de los intervalos de
válvula 16. Por consiguiente, el fluido turbulento comprimido está
en la cámara abierta 12 y no sobre los muelles, disposición que se
ha hallado que reduce el chirrido de los elementos de válvula 10.
El chirrido de los elementos de válvula 10 no es deseable porque
puede dañar los elementos de válvula, emitir ruido, y producir
otros efectos nocivos en la operación de la válvula 2.
La alta presión del fluido produce una fuerza
ascendente en la chapa superior 22 en una superficie anular que se
extiende desde los intervalos de válvula 16 hacia fuera hacia la
cámara 8. Esta fuerza ascendente se equilibra por una fuerza
descendente del accionador 26. Más específicamente, el accionador 26
ejerce una fuerza en el elemento 24 que a su vez ejerce una fuerza
en la chapa superior 22 (y además mediante un separador 23 en la
realización del lado izquierdo).
Se ha dispuesto un mecanismo de equilibrio para
reducir la fuerza ascendente neta producida por el fluido en el
accionador 26. Un mecanismo preferido proporciona una superficie
dirigida axialmente 28 (véase la figura 1) en el elemento 24 que
permite empujar hacia abajo el fluido a alta presión en la cámara
8, reduciendo por ello la fuerza general ascendente en el accionador
26. Así, se requiere una presión de accionador más baja para
equilibrar la fuerza ascendente producida por el fluido. En
consecuencia, se puede emplear un accionador más pequeño, y
típicamente menos caro, y se consume menos energía. Además, se puede
usar el mismo accionador para otras aplicaciones que requieren
mayor fuerza de accionamiento que la que se precisa en la
actualidad.
Los sistemas de la técnica anterior, tal como el
descrito en la patente '769, comprimen fluido de una cámara interior
a alta presión a una cámara de baja presión fuera de los elementos
de válvula. La configuración de estos sistemas hace
excepcionalmente difícil equilibrar completamente la presión
ascendente porque toda superficie de equilibrio se debe colocar
entre los bordes de la cuchilla. Así, habrá una cierta fuerza
ascendente. El equilibrio completo de la región de alta presión de
la válvula presente, a costa de una carcasa más resistente, permite
que el mismo accionador acomode una mayor presión de homogeneización
utilizada en aplicaciones tal como emulsiones de silicona al
recubrir tejidos.
Se ha dispuesto orificios de vapor 47, 49 encima
y debajo de la pila de elementos de válvula 10, como se ilustra en
la figura 1, para proporcionar esterilidad a la válvula 2. Más en
concreto, se pasa vapor u otro fluido estéril adecuado a alta
presión a los orificios de entrada 47 y se pasa alrededor del
elemento 24 en la parte superior y el pistón 36 en la parte inferior
donde el fluido sale por los orificios de salida 49. De esta
manera, se minimiza la contaminación del fluido homogeneizado
debido a posibles escapes de fluido.
La válvula puede estar provista además en la
pestaña de salida 44 de una válvula monoetápica 30 que proporciona
contrapresión en la cámara 12. Las teorías sugieren que tal
contrapresión suprime la cavitación y aumenta la turbulencia en la
cámara 12, incrementando por ello la eficiencia de la válvula 2. La
contrapresión preferida está entre 5% y 20% de la presión en el
orificio de entrada 4. Se ha hallado que una contrapresión de
aproximadamente 10% es especialmente adecuada. La válvula 30
incluye un émbolo 31 empujado por el accionador 32 para restringir
el flujo de salida. Se puede emplear otros restrictores de flujo
adecuados según la presente inven-
ción.
ción.
Si se emplea la válvula 30, se puede producir en
la cámara 12 una contrapresión significativa que produce una fuerza
ascendente (es decir, fuerza ejercida en la chapa superior 22 entre
los intervalos de válvula 16) en el accionador 26. Para reducir
esta fuerza ascendente, el vástago de accionador 34 se extiende
desde el accionador 26 en su extremo superior a un pistón 36 en su
extremo inferior. El pistón 36 incluye una superficie anular 38 en
la que el fluido presente en la cámara empuja hacia abajo, lo que
equilibra la fuerza ascendente. Preferiblemente, el diámetro
interno del pistón 36 se aproxima a la distancia entre los
intervalos de válvula, es decir, a través del volumen central 12. El
pistón 36 está sellado a la válvula 2 por juntas tóricas 40. Así,
se dispone un segundo mecanismo de equilibrio para reducir la
fuerza de contrapresión en el accionador 26.
La figura 3 ilustra otra realización preferida de
una válvula primaria de homogeneización equilibrada hidráulicamente
54 donde los números de referencia análogos se refieren a elementos
idénticos o similares. La válvula 54 incluye un elemento de
alineación o varilla 45 para mantener la alineación angular de la
pila de elementos de válvula 10. Como se representa en la figura 4,
cada elemento de válvula 10 incluye en la periferia una ranura que
acepta la varilla 45, manteniendo por ello la alineación de los
elementos de válvula.
Dado que la cámara de alta presión 8 está en el
exterior de los elementos de válvula generalmente anulares 10, la
fuerza radial hacia dentro pone cada elemento del elemento de
válvula 10 en compresión como se ilustra con las flechas 54 en la
figura 4. Otros sistemas, tal como el descrito en la patente '769,
tienen la cámara de alta presión dentro de los elementos de válvula
dando lugar a una fuerza radial hacia fuera que pone en tensión los
elementos de válvula. Dado que los elementos de válvula 10 se
forman típicamente de un material frágil endurecido, resisten las
fuerzas de compresión mucho mejor que las fuerzas de tracción,
haciendo más duradero el diseño de la presente invención.
Ventajosamente, la misma carcasa 14 puede
acomodar diferentes aplicaciones, que pueden requerir un número
diferente de intervalos de válvula 16 para variar las velocidades
de producción y las presiones de homogeneización, como se ilustra en
las figuras 5-7. Más en concreto, introduciendo y
quitando espaciadores inferiores 48 y espaciadores superiores 46,
respectivamente, el número total de intervalos de válvula 16 se
pueden modificar usando la misma carcasa 14. Las figuras
5-7 ilustran 11, 12 y 13 intervalos de válvula,
respectivamente.
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 detalles sin apartarse del alcance de la invención
definido por las reivindicaciones anexas.
Claims (22)
1. Una válvula de homogeneización (2)
incluyendo:
una carcasa (14) que tiene una entrada (4) y una
salida (42);
un elemento de válvula (10) dentro de la carcasa
y que tiene un asiento de válvula (52) que define, con una
superficie de válvula (51), un intervalo (16) mediante el que se
comprime fluido radialmente de un primer volumen a alta presión (8)
en comunicación con la entrada (4) a un segundo volumen a baja
presión (12) en comunicación con la salida (42); y
un accionador (26) que actúa en el elemento de
válvula para controlar la anchura del intervalo;
caracterizada porque el primer volumen (8)
y el segundo volumen (12) están respectivamente fuera y dentro con
respecto al elemento de válvula (10), e incluyen además un
restrictor de flujo (30) en la salida (42) que restringe el flujo
de fluido de la válvula (2) para crear contrapresión en la
válvula.
2. La válvula de la reivindicación 1, incluyendo
además una superficie dirigida axialmente (28) expuesta al volumen
exterior a alta presión (8) para equilibrar sustancialmente las
fuerzas del volumen exterior a alta presión contra el accionador
(26).
3. La válvula de la reivindicación 2, donde el
accionador (26) empuja un elemento de transferencia de fuerza (24)
interpuesto entre el accionador y el elemento de válvula (10),
incluyendo el elemento de transferencia de fuerza la superficie
dirigida axialmente (28).
4. La válvula de la reivindicación 1, incluyendo
además muelles anulares (18) que alinean pares contiguos de
elementos de válvula (10), estando colocados los muelles dentro de
ranuras elásticas (20) en los elementos de válvula.
5. La válvula de la reivindicación 4, donde los
muelles (18) están colocados en el volumen a alta presión (8).
6. La válvula de la reivindicación 4, donde cada
muelle (18) tiene un primer extremo y un segundo extremo, estando
curvado cada extremo en un ángulo y colocado en ranuras (58) de
elementos de válvula adyacentes (10) para mantener la alineación
angular de los elementos de válvula.
7. La válvula de la reivindicación 1, incluyendo
además:
una pluralidad de elementos de válvula (10) para
formar una pluralidad de intervalos de válvula (16); y
una pluralidad de elementos separadores
compresibles, espaciados circunferencialmente (50) entre las
superficies de válvula (51) y los asientos de válvula (52) para
mantener los intervalos de válvula.
8. La válvula de la reivindicación 7, donde los
elementos separadores (50) son integrales a los elementos de
válvula (10).
9. La válvula de la reivindicación 7, donde el
accionador (26) ajusta la anchura de sustancialmente todos los
intervalos (10) comprimiendo los elementos separadores (50).
10. La válvula de la reivindicación 7, donde los
elementos separadores (50) se forman a partir de un primer material
(56) y los asientos de válvula (52) y las superficies de válvula
(51) se forman a partir de un segundo material (55).
11. La válvula de la reivindicación 10, donde el
primer material (56) es acero inoxidable y el segundo material (55)
es carburo de tungsteno.
12. La válvula de la reivindicación 1, incluyendo
además una superficie dirigida axialmente (38) expuesta a la
contrapresión para equilibrar sustancialmente las fuerzas de la
contrapresión contra el accionador (26).
13. La válvula de la reivindicación 1, incluyendo
además una pluralidad de elementos de válvula (10) apilados uno
encima de otro y el elemento de alineación (45) que mantiene la
alineación angular de los elementos de válvula.
14. La válvula de la reivindicación 13, donde el
elemento de alineación (45) incluye una varilla.
15. La válvula de la reivindicación 1, donde el
accionador (26) es un accionador hidráulico.
16. La válvula de la reivindicación 1, donde el
accionador (26) es un accionador neumático.
17. La válvula de la reivindicación 1, incluyendo
además una pila de elementos de válvula de forma anular (10) que
tienen agujeros centrales que definen el volumen a baja presión
(12), homogeneizando los elementos de válvula el fluido cuando pasa
del volumen a alta presión (8) radialmente hacia dentro a través de
intervalos de válvula anulares intervinientes (16) definidos por
superficies de válvula opuestas (51) y asientos de válvula
(52).
18. Un método de homogeneizar un fluido,
incluyendo:
comprimir radialmente un fluido a través de un
intervalo (16) desde un primer volumen a alta presión (8) a un
segundo volumen a baja presión (12) definido por una pluralidad de
elementos de válvula (10); y
controlar la anchura del intervalo con un
accionador (26);
caracterizado porque el primer volumen (8)
y el segundo volumen (12) están respectivamente fuera y dentro de la
pluralidad de elementos de válvula (10) por lo que el fluido se
comprime a través del intervalo (16) en una dirección hacia dentro
con respecto a los elementos de válvula (10).
19. El método de la reivindicación 18, incluyendo
además equilibrar sustancialmente (28) una fuerza del volumen
exterior a alta presión (8) contra el accionador (26).
20. El método de la reivindicación 18, incluyendo
además:
restringir (30) la salida del fluido del volumen
a baja presión (12) para crear una contrapresión contra el
accionador (26); y
equilibrar (38) sustancialmente todas las fuerzas
de la contrapresión contra el accionador.
21. El método de la reivindicación 18, incluyendo
además:
comprimir fluido a través de una pluralidad de
intervalos (16) del volumen exterior a alta presión (8) al volumen
a baja presión (12); y
comprimir elementos separadores (50) en los
elementos de válvula (10) con el accionador (26) para controlar la
anchura de sustancialmente todos los intervalos (16).
22. El método de la reivindicación 18, incluyendo
además el paso de alinear (45) pares contiguos de elementos de
válvula (10) con muelles anulares (18), estando colocados los
muelles dentro de ranuras elásticas (20) en los elementos de
válvula en el volumen a alta presión (8).
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