ES2234711T3 - Procedimiento y dispositivo para deteminar la permeabilidad al gas de un contenedor. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la determinación de la permeabilidad de un recipiente (1; 23, 24) a los gases, con el volumen V1, con una envoltura (2; 21, 22) para este recipiente (1; 23, 24), donde la envoltura (2; 21, 22) presenta el volumen V2 y donde para la proporción entre los volúmenes del recipiente (1; 23, 24) y de la envoltura (2; 21, 22) se aplica la relación V2 - V V1 < V1, un dispositivo medidor de presión (30, 31) que mide la presión del gas en el espacio (3) entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24), un dispositivo (24, 25) para generar una sobrepresión en el recipiente (1; 23, 24) con respecto a la presión en el espacio (3) entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24), donde la presión en el espacio (3) al principio de la determinación de la permeabilidad a los gases es presión atmosférica, y un dispositivo que, a partir del tiempo en que se desarrolla la presión medida, calcula la permeabilidad total del recipiente (1; 23, 24) a los gases.

Description

Procedimiento y dispositivo para determinar la permeabilidad al gas de un contenedor.

La invención se refiere a un dispositivo y a un método según los términos generales de las reivindicaciones 1, 2 y 13, 14.

Casi todos los recipientes firmemente cerrados presentan una mayor o menor permeabilidad a los gases. Especialmente las botellas de plástico, por ejemplo, de tereftalato de polietileno (PET), tienden a desprender gases, por ejemplo, CO_{2}, cuando su presión interior es mayor que la presión exterior. Por lo tanto, se intenta reducir la permeación de gas aplicando recubrimientos en la cara interior y/o exterior de dichas botellas.

Para poder comprobar las mejoras obtenidas mediante tales recubrimientos, es necesario determinar la permeabilidad de las botellas a los gases antes y después de aplicar los recubrimientos. A este fin, se necesitan equipos medidores para determinar la permeabilidad a los gases.

Para comprobar la impermeabilidad de un recipiente, ya se conoce el método mediante el que se produce dentro del recipiente, y con ayuda de sobrepresión, una difusión de los gases hacia el exterior (folleto de Leybold-Heraeus GmbH, "Industrielle Dichtheitsprüfung" [Prueba industrial de impermeabilidad], 1987, págs. 64, 65). Según este método de sobrepresión, se llena la probeta con un gas de ensayo o con una mezcla de gas de ensayo y aire, y se cubre con una envoltura cuyo volumen es conocido. El gas de ensayo que sale a través de las fugas de la probeta, se va acumulando en la envoltura y, una vez transcurrido un tiempo preestablecido de acumulación o de espera, se mide dicho gas con un dispositivo olfateador.

El inconveniente aquí es que se tiene que emplear un costoso dispositivo olfateador que comprende un espectrómetro de masas (compárese Wutz, Adam, Welcher: "Theorie und Praxis der Vakuumtechnik" [Teoría y práctica de la tecnología del vacío], 4ª edición, 1988, págs. 466, 467). Cada vez que se cambia el gas de ensayo, también debe sustituirse o calibrarse de nuevo el espectrómetro de masas.

Además, para medir la permeabilidad de las paredes y/o del cierre de los cuerpos envolventes tridimensionales a los gases, se conoce un método según el que se introduce el cuerpo envolvente a ensayar, que contiene un relleno gaseoso a presión atmosférica, en una cámara de medición, y según el cual se llena el espacio vacío entre el cuerpo envolvente y la cámara interior de medición con cuerpos de relleno (DE26 10 800). A continuación, se genera en la cámara de medición una baja presión, y se mide el tiempo durante el que transcurre un determinado intervalo de aumento de presión; el tiempo necesitado para ello representa un criterio de medida para la tasa de fuga del cuerpo envolvente y/o del cierre. La medición de la presión se efectúa con un elemento de medición de vacío Pirani, que es un manómetro de resistencia cuya resistencia eléctrica depende de la presión del gas. El inconveniente de este elemento de medición Pirani o de conducción térmica es, que sólo trabaja con exactitud en un rango de presiones comprendido entre 0,01 y 1 mbar, y en el rango de presiones de 10 a 1.000 mbar no trabaja con exactitud, y para presiones superiores a 100 mbar ya sólo posee una resolución mínima. Otro inconveniente de este método consiste en que en la cámara de medición tiene que generarse una baja presión de hasta 0,02 Torr (= 0,027 mbar = 2,7 Pa). Para esto se necesita una bomba de vacío.

Aparte de eso, en la técnica de localización de fugas se conoce la detección de una fuga en una probeta a través de la sobrepresión existente dentro de la probeta (Wutz, Adam, Welcher: "Theorie und Praxis der Vakuumtechnik" [Teoría y práctica de la tecnología del vacío], 4ª edición, 1988, pág. 483). En este caso, la probeta con el volumen V se va llenando con gas de ensayo a través de una válvula, hasta alcanzarse la presión p_{1} deseada. Seguidamente, se cierra la válvula y se mide el intervalo \Deltat durante el cual la presión disminuye en un valor \Deltap_{1} << p_{1}. En este caso, la tasa total de fugas de la probeta es:

q_{L} = V \cdot \frac{\Delta p_{1}}{\Delta t}

La sensibilidad de comprobación en la localización de fugas por sobrepresión mediante medición de la caída de presión está limitada a 1 mbar - \ell \cdot s^{-1}; este valor, sin embargo, sólo se alcanza utilizando equipos medidores de presión diferencial. En esta técnica de localización de fugas, por lo tanto, no se genera una baja presión fuera de la probeta, sino que se genera una sobrepresión dentro de la probeta. Debido a que fuera de la probeta no existe ningún espacio limitado y definido, el descenso de la presión debe medirse dentro de la misma probeta. Aquí, el inconveniente consiste en que con las probetas de gran volumen tarda mucho tiempo hasta que se produce un descenso lineal de la presión.

La invención se basa en el problema de determinar, con equipos medidores sencillos y económicos, la permeabilidad de recipientes, especialmente de recipientes de plástico.

El problema planteado se soluciona de acuerdo a las características de las reivindicaciones 1, 2 y 12, 13.

La invención se refiere, por lo tanto, a un dispositivo y a un método para la determinación de la permeabilidad de un recipiente a los gases, por ejemplo, de una botella de PET. Este recipiente se cubre, pues, con una envoltura que sella herméticamente el recipiente hacia el entorno. El espacio intermedio entre el recipiente y la envoltura presenta sólo un volumen muy pequeño comparado con el volumen del recipiente. Al principio del proceso de determinación de la permeabilidad a los gases, en este espacio intermedio se genera, por ejemplo, una presión atmosférica, mientras se va introduciendo, a través de unas tuberías especiales de admisión, un gas de ensayo en el recipiente, hasta que en éste se genera una sobrepresión con respecto al espacio intermedio. Debido a la posterior difusión del gas de ensayo a través de la pared del recipiente hacia el espacio intermedio, se produce un aumento de la presión en el espacio intermedio, siendo este aumento por unidad de tiempo una medida para determinar la permeabilidad del recipiente a los gases.

La ventaja obtenida con la invención consiste especialmente en el hecho de poder determinar la permeabilidad del recipiente independientemente del gas elegido como medio para generar la sobrepresión y utilizando equipos medidores sencillos. Además, la determinación de la permeabilidad se realiza de forma relativamente rápida. A esto hay que añadir que puede determinarse muy rápidamente la mejora de la permeabilidad mediante recubrimientos aplicados al recipiente, por ejemplo, a través de métodos PVD, CVD o PECVD. Este aspecto adquiere especial importancia en caso de las botellas de bebidas llenadas con líquidos que contienen CO_{2}. Estas botellas, sin recubrimiento pierden aproximadamente un 3% de su ácido carbónico por semana. Otra ventaja es que la invención no se limita a un gas de ensayo determinado. Por lo tanto, aparte de CO_{2}, también pueden emplearse oxígeno, helio o mezclas de gases. Un ejemplo de ejecución de la invención está representado en los dibujos, y se explicará a continuación con más detalle. Representando:

Fig. 1

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Un dispositivo para determinar la permeabilidad de una botella de plástico sin representación de un sensor de presión.

Fig. 2

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Una curva que representa el aumento de presión en un recipiente que envuelve una botella de plástico.

Fig. 3

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Un montaje con varios dispositivos para determinar la permeabilidad de diferentes botellas de plástico.

Fig. 4

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Un montaje con cuatro dispositivos para determinar la permeabilidad de diferentes botellas de plástico, donde en uno de los dispositivos se ha retirado el recipiente que envuelve las botellas de plástico.

Fig. 5

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Una representación del principio básico mostrando el sistema de fijación de un recipiente que se coloca encima de una botella de plástico.

Fig. 6

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Un montaje como en la fig. 4, pero con dos montajes más, tapados con cubiertas.

Fig. 7

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Una instalación completa con tres montajes en total de los que cada uno presenta cuatro dispositivos para medir la permeabilidad de botellas de plástico.

La fig. 1 representa una botella 1 de material plástico, colocada boca abajo, que posee un volumen V_{1} conocido. En lugar de una botella, también podría utilizarse cualquier otro cuerpo hueco. La botella 1 está cubierta por un recipiente 2, resistente a la presión y cerrado herméticamente, con el volumen V_{2} conocido. El espacio intermedio 3 entre el recipiente 2 y la botella 1 tiene, por lo tanto, el volumen V_{3} = V_{2} - V_{1}. A la proporción de los volúmenes de la botella 1 y del recipiente 2 se aplica V_{2} - V_{1} < V_{1}, es decir, que el volumen del espacio intermedio 3 es menor que el volumen de la botella 1. Al comienzo de una medición de permeabilidad existe en el recipiente 2 y, en consecuencia, también en el espacio intermedio 3 preferentemente una presión atmosférica p_{0}. En cambio, en la botella 1 existe una sobrepresión, producida por un gas determinado, por ejemplo, CO_{2}, introducido previamente en la botella 1. La botella 1, en el extremo de su cuello, presenta una rosca 4 que actúa en conjunción con un capuchón de cierre 5. Antes de enroscar este capuchón de cierre 5 sobre la botella 1, se introduce en esta botella 1 un gas comprimido, por ejemplo, CO_{2} en forma de nieve carbónica. El capuchón de cierre 5 se encuentra insertado en el orificio 6 de una tapa de cierre 7 para cerrar el recipiente 2. Este orificio 6, a su vez, está cerrado mediante un tapón hueco 8 que presenta una tapa 9. Entre la tapa de cierre 7 y una brida 10 del recipiente se encuentra un anillo de junta 11. Asimismo, se encuentra entre la tapa 9 y el tapón hueco 8 un anillo de junta 12. En la zona superior del recipiente 2 se encuentra un tubo corto 13 en cuyo interior puede disponerse un sensor de presión. La brida 10 es una brida abrazadera fijada por soldadura al recipiente 2, mientras que la tapa 9 es una brida ciega que obtura el tapón hueco 8 por medio del anillo de junta 12.

Si dentro de la botella 1 existe una presión de CO_{2} p_{Fl} conforme a la definición, y si en el espacio intermedio 3 existe una presión p_{z}, siendo, al principio, p_{z} equivalente a la presión atmosférica p_{0}, y si, además, se aplica p_{Fl} > p_{z}, entonces, y debido a la sobrepresión existente en la botella 1, se saturarán con CO_{2} primero las paredes de la botella 1, fabricada en material plástico, antes de que el CO_{2} penetra hacia el espacio intermedio 3. En caso de una botella de PET con un grosor de pared de 0,25 mm, un peso de 28 g, un volumen de 0,51 y llenada de gas de ensayo CO_{2}, este proceso de saturación tarda unas 12 a 24 horas.

La presión en el espacio intermedio se desarrolla, por lo tanto, en la forma representada en la fig. 2, es decir, que permanece casi constante durante un tiempo t_{2} - t_{1}, es decir, que se mantiene en el valor p_{z} = p_{0}, para después ir aumentando a partir de t_{2} de forma casi lineal hasta llegar a un valor p_{3}. Si la botella 1 se somete a la presión interior p_{Fl} durante el lapso de tiempo t_{2} - t_{1} antes de su introducción en el recipiente 2, quedará suprimido el tramo horizontal de la curva mostrada en la fig. 2, y comenzará en seguida la subida casi lineal de la curva, caracterizada en la fig. 2 mediante el intervalo t_{3} - t_{2}. Con los datos indicados para una botella de PET, el lapso de tiempo t_{3} - t_{2} es de aprox. 24 a 72 horas.

Mientras la presión en el espacio intermedio 3 durante el lapso de tiempo t_{3} - t_{2} va aumentando lineal o casi linealmente, la presión en la botella 1 va disminuyendo de forma correspondiente. Tal y como ya se ha descrito anteriormente, la tasa total de fugas de una probeta, que en este caso es la botella 1, asciende a q_{L} = V - \Deltap_{1}/\Deltat. Esta definición de la tasa total de fugas se refiere a la presión interior de una probeta, siendo la presión exterior constante y existiendo, por ejemplo, siempre una presión atmosférica, lo que se debe al hecho de que no se ha previsto ningún recipiente 2.

En el montaje según la fig. 1 no existen tales circunstancias, puesto que la presión en el espacio intermedio 3 va aumentando constantemente. La permeación a través de la botella 1 termina en el momento en que la presión en la botella 1 es igual a la presión en el espacio intermedio 3, es decir, cuando existe el estado p_{Fl} -\Delta_{PFl} = p_{z} + \Delta_{Pz}. De esta manera, al final de la permeación no se ha generado ninguna presión atmosférica dentro de la botella, como sería el caso si no estuviera el recipiente 2.

En la botella 1, que sólo contiene CO_{2} según los requisitos establecidos, no existen presiones parciales. En cambio, la presión total en el espacio intermedio 3 se compone de presiones parciales producidas por los diferentes componentes gaseosos en el espacio intermedio (Ley de Dalton). Para los fines de la presente invención, sin embargo, sólo tienen relevancia las presiones parciales. Contrariamente a la determinación conocida de la tasa total de fugas, en la que se determinan los cambios de presión en la botella 1, según el método conforme a la invención se determina el desarrollo de la presión en el espacio intermedio 3. Frente a la medición del desarrollo de la presión en la botella 1, la medición del desarrollo de la presión en el espacio intermedio 3 tiene la ventaja de poder efectuarse las mediciones a niveles de presión bajos, por ejemplo, a 1.000 mbar en vez de 4.000 ó 6.000 mbar, pudiendo emplearse, por lo tanto, un sensor de presión con un menor rango de medición, por ejemplo, de 0 a 1.500 mbar, que con una resolución dada, por ejemplo, de un 0,25% de la escala completa, proporciona una resolución claramente mayor que, por ejemplo, un sensor de presión para el rango de presiones de, por ejemplo, 0 a 7.500 mbar. Como medidores de presión pueden emplearse, por ejemplo, aquellos equipos en los que una membrana mecánica o piezoeléctrica adopta una desviación bajo la presión que actúa sobre ella, representando dicha desviación una medida para la
presión.

Como medida para la permeación P puede utilizarse la siguiente magnitud

P = V_{3} \cdot \frac{p_{3} - p_{2}}{t_{3} - t_{2}}

siendo p_{3} la presión existente en el espacio intermedio 3 en el momento t_{3}, y siendo p_{2} la presión existente en el espacio intermedio 3 en el momento t_{2}.

El lapso de tiempo t_{2} - t_{1}, es decir, el tiempo necesario para que el gas de ensayo CO_{2} penetre la pared de la botella, es de aprox. 12 a 24 horas, como ya se ha mencionado antes, en el caso de una botella de PET, mientras que el lapso de tiempo t_{3} - t_{2} es de 24 a 72 horas, con el mismo material y contado desde el aumento de la presión en el espacio intermedio 3 hasta alcanzar el estado p_{3}.

Si el volumen del espacio intermedio 3 es grande en comparación con el volumen de la botella 1, el aumento de la presión en el espacio intermedio tarda relativamente mucho tiempo, porque se debe alimentar un volumen grande a través de la permeación desde un volumen pequeño. Por lo tanto, conviene mantener el espacio intermedio 3 lo más reducido posible con respecto al volumen de la botella 1. A este fin, pueden disponerse elementos eliminadores de volumen en el espacio intermedio 3. También existe la posibilidad de dotar la pared interior del recipiente de acanaladuras que entran en contacto con la pared exterior de la botella 1. De esta manera, se evita también que la botella 1 se deforme o reviente bajo la sobrepresión generada.

La permeación P aquí definida se refiere al espacio intermedio 3. Sin embargo, es correlativa a la tasa total de fugas qL, conocida de la literatura pertinente, tal y como se desprende de las siguientes reflexiones: Puesto que en los gases ideales, en todos los rangos de presiones y temperaturas, el cociente pV/T es constante, se aplica al contenido de la botella 1 p_{Fl} (t) \cdot V_{Fl}/T = K_{1}, y al contenido del espacio intermedio, p_{z} (t) \cdot V_{Z}/T = K_{2}. Es decir, que mientras las presiones en la botella 1 y en el espacio intermedio 3 dependen del tiempo transcurrido, los volúmenes de la botella 1 y del espacio intermedio 3 permanecen constantes. Por lo tanto, y siendo la temperatura la misma, se aplica lo
siguiente:

\frac{P_{F'} (t) \cdot V_{F'} \cdot T}{T \cdot p_{Z} (t) \cdot V_{Z}} = \frac{K_{1}}{K_{2}} = K_{3}

La relación entre V_{Fl} y V_{Z} también es una constante, y se aplica:

\frac{p_{F'} (t)}{p_{Z} (t)} = K_{4}

\newpage

o bien

P_{FL} (t) = P_{Z} (t) \cdot K_{4}

es decir, que entre la presión en la botella y la presión en el espacio intermedio existe una relación lineal - al menos, en caso de los gases ideales y sin tener en consideración los fenómenos de saturación de paredes. Esto significa que la permeación es proporcional a la tasa total de fugas q_{L}.

Si se desea registrar más detalladamente el desarrollo de la saturación de las paredes con gas, como queda especialmente caracterizado por el intervalo t_{2} - t_{1}, también puede incorporarse un equipo medidor de presión directamente en la botella. Este equipo medidor se utilizaría, por un lado, para controlar el proceso de llenado y determinar la presión de llenado, mientras que, por otro lado, mediría dentro de la misma botella el desarrollo de la presión correspondiente a los intervalos t_{2} - t_{1} y t_{3} - t_{2} de la fig. 2. Como muestran las mediciones, este desarrollo de la presión no es una curva casi recta como lo es el tramo de curva t_{2} - t_{1} y t_{3} - t_{2} de la fig. 2, sino que es una curva sinuosa que no presenta ninguna transición clara como en el punto t_{2} de la fig. 2. Esta circunstancia es uno de los motivos por los que la medición de la presión interior de la botella sólo permite hacer afirmaciones menos precisas sobre la permeabilidad real de una botella. La salida de gas, relativamente abrupta desde el punto de vista de la medición del espacio intermedio, después de la saturación con gas de la pared de la botella, no tiene ninguna correspondencia desde el punto de vista de la medición en el interior de la botella, porque los caudales másicos son diferentes. No obstante, y una vez alcanzado el estado de saturación, los caudales másicos dentro y fuera de la botella son iguales. El comportamiento de un material plástico hasta la saturación en muchos casos tiene relevancia. Así, es importante saber qué cantidad de gas es necesaria para la saturación de la pared de la botella o del recipiente completo con unas condiciones de presión y temperatura dadas.

La fig. 3 representa una instalación con la que pueden determinarse las permeabilidades de varias botellas o de otros recipientes. El 20 señala una cubierta colocada encima de un total de cuatro carcasas de las cuales sólo se ven dos carcasas 21, 22 en la fig. 3. En cada una de estas carcasas 21, 22 se ha dispuesto una botella 23, 24, donde la botella 23 contiene, por ejemplo, 1.000 ml y la botella 24, por ejemplo, 500 ml. En cada una de estas botellas 23, 24 se introduce un tubo de inyección 25, 26 para gas de ensayo, por ejemplo, dióxido de carbono, conectado a tuberías de admisión 27, 28. Entre estas tuberías de admisión 27, 28 y los tubos de inyección 25, 26 se ha previsto una placa calentadora 41 en la que se encuentran insertados los extremos de los sensores de presión 30, 31. Los sensores de presión son preferentemente sensores de presión absoluta con membrana preferentemente interior, que indican la presión a medir bajo una presión ambiental de aprox. 1.000 mbar. Tales sensores de presión absoluta presentan un volumen de referencia encapsulado, de manera que, durante la medición, las variaciones externas de la presión del aire no pueden ejercer ninguna influencia sobre los valores de presión medidos. Las posibles variaciones de la presión del aire antes de comenzar la medición, sólo modifican el valor inicial de la medición, pero éste no tiene ninguna relevancia para el cálculo del aumento de la presión durante el intervalo. Los sensores de presión aptos para los fines descritos, están disponibles en el mercado, por ejemplo, como sensores piezoresistivos o de película delgada (compárese sensor IMT 3248 de la empresa IMT Industrie-MeBtechnik GmbH, 60439 Frankfurt). En lugar de los sensores de presión absoluta, también pueden emplearse sensores con sobrepresión negativa o positiva. Encima de estos sensores de presión 30, 31 están colocados los casquillos 32, 33 con rosca en los que se enroscan las roscas 34, 35 de las botellas 23, 24. El gas suministrado a las botellas 23, 24 a través de los tubos de inyección 25, 26 puede controlarse a través de las válvulas 36, 37. De estas válvulas 36, 37 salen tuberías de conexión, aquí no representadas, hasta las botellas de gas que se encuentran alojadas dentro de un armario, representado más adelante, o fuera de este armario. A través de estas válvulas 36, 37 se controla la admisión de gas a las tuberías de gas 27, 28. La cubierta 20 puede retirarse o colocarse con ayuda de las asas 38, 39. El 40 señala un soporte para un termómetro de resistencia con el que se mide la temperatura en el recipiente 21. Esta temperatura sirve para regular una calefacción, realizada a través de la placa calentadora 41. Esta placa calentadora está dispuesta por debajo de una placa de asiento 29. A fin de evitar acumulaciones térmicas locales, se ha previsto un ventilador que hace circular el aire dentro de la cubierta.

La fig. 4 muestra un montaje de tres carcasas 50, 51, 52 que envuelven, cada una, una botella de plástico, así como una botella de plástico 53 sin carcasa. Con este montaje es posible determinar la permeabilidad de cuatro botellas de plástico simultáneamente. Las carcasas 50 a 52 y la botella 53 se encuentran dentro de un marco 54 que sirve para alojar una cubierta. Delante de este marco se encuentran cuatro llaves de paso 55 a 58, así como dos interruptores 59, 60 de las válvulas de llenado. Las llaves de paso 55 a 58 sólo tienen la función de cerrar herméticamente el volumen interior de la botella, como lo hace el capuchón en la fig. 1. Los interruptores 59, 60 de las válvulas de llenado son, en cambio, válvulas de control con las que la persona operadora puede llenar o vaciar las botellas pulsando los interruptores 59, 60. En este caso, naturalmente tienen que estar abiertas las llaves de paso 55 a 58. La persona operadora tiene, de esta manera, la posibilidad de llenar una o varias botellas simultáneamente. Al llenar varias botellas simultáneamente, lo que suele ser la regla, puede conseguirse una presión interior exactamente idéntica en todas las botellas.

Las carcasas 60 a 62 presentan en su extremo inferior una placa 61 a 63, cada una, en forma de anillo circular, con la que pueden fijarse dentro del marco 54.

En la fig. 5, se muestra detalladamente cómo se fija este montaje. La imagen izquierda de la fig. 5 representa una carcasa 50 con su placa 61 en forma de anillo circular en una posición antes de la fijación con una base 66. La placa 61 está dotada de tres taladros 67, 68, 69 que presentan una parte estrecha cada uno. A estos taladros 67, 68, 69 corresponden unos pasadores 70, 71 situados en la base 66 y que se componen de un vástago 72, 73 y una cabeza 74, 75. Para fijar la carcasa 50 a la base 66, se encajan los taladros 67, 68, 69 en los pasadores 70, 71 correspondientes. Seguidamente, se gira la carcasa 50 en relación a los pasadores 70, 71, de manera que los vástagos 72, 73 entren en la parte estrecha de los taladros 67 a 69. Puesto que las cabezas 74, 75 de los pasadores 70, 71 son más anchas que estas partes estrechas, la carcasa queda firmemente sujetada a la base. La imagen en el lado derecho de la fig. 5 muestra la carcasa 50 en posición bloqueada.

La fig. 6 muestra en su centro un montaje igual que el que se aprecia en la fig. 4. A la derecha e izquierda de dicho montaje, se ha dispuesto una cubierta 80, 81 para cada uno provista de dos asas 82, 83 ó 84, 85, respectivamente, cada una. Debajo de estas cubiertas 80, 81 se encuentran cuatro montajes de medida con recipientes y botellas. Las cubiertas 80, 81 con los montajes de medida están dispuestos sobre un armario 90 que aquí sólo está representado parcialmente.

En la fig. 7, este armario 90 está representado completamente. Presenta dos puertas 91, 92, un cierre 93 y cuatro patas, de las que sólo se aprecian tres patas 94, 95, 96 en la fig. 7.

Las carcasas 50 a 52 ó la botella 53, respectivamente, representadas en la fig. 6, no se aprecian en la fig. 7, porque están tapadas por una cubierta 100 con dos asas 101, 102. Delante de las cubiertas 80, 81, 100 están previstos cuatro interruptores 103 a 106, 107 a 110, y 111 a 114 para las válvulas de gas.

Junto al armario se encuentra un monitor 115 con un ordenador 116, soportado por un brazo vertical 117 que, a su vez, puede girarse alrededor del eje rotatorio de un brazo horizontal 118. Este brazo horizontal 118 puede estar unido al armario 90.

La determinación de la permeabilidad con ayuda de la instalación representada en las figs. 3 y 7, se efectúa de tal modo que, con la cubierta 20 y la carcasa 21, 22 quitadas, primero se colocan las botellas 23, 24 con su extremo abierto encima de los tubos de inyección 25, 26, enroscándolas en los casquillos 32, 33 con rosca. A continuación, se colocan los recipientes 21, 22 encima de las botellas 23, 24, y se cierran herméticamente por su extremo abierto. Después, y pulsando los botones 59, 60, y a través de la tuberías de admisión de gas 27, 28, se introduce gas en las botellas 23, 24 hasta que se genera una presión predeterminada. Esta presión es claramente mayor que la que existe entre un recipiente 21, 22 y una botella 23, 24. A pesar de que, en este caso, las botellas 23, 24 se llenan exclusivamente con un gas, cabe destacar expresamente que la invención también puede aplicarse con botellas u otros recipientes conteniendo un líquido gaseoso.

La presión existente entre un recipiente 21, 22 y una botella 23, 24 debería ser preferentemente presión atmosférica, pero también puede generarse cualquier otra presión. Una vez se ha generado la presión predeterminada en las botellas 23, 24, se cierran las tuberías de admisión de gas 27, 28 mediante las llaves de paso 55 a 58. La presión inicial p_{0}, medida con los sensores de presión 30, 31 en el espacio intermedio 3, y una vez alcanzada una temperatura constante en la carcasa 20 y en los recipientes 21, 22, permanece casi constante hasta un punto t_{2}, para después aumentar de forma relativamente abrupta. Este aumento puede registrarse, por ejemplo, midiendo la presión en determinados intervalos cortos y comparándola con la presión medida anteriormente. Durante el lapso de tiempo t_{2} - t_{1}, la diferencia de presión medida es muy pequeña. Una vez pasado el punto t_{2}, esta diferencia de presión, sin embargo, aumenta mucho. Si anteriormente se ha fijado una determinada diferencia de presión como valor umbral, y si se sobrepasa este valor umbral, automáticamente puede determinarse el momento de alcanzar el punto de desviación en el punto t_{2}. A continuación, se procede a medir las diferencias de presión que se generan en intervalos preestablecidos.

Estas diferencias de presión se dividen por el intervalo de tiempo durante el que se desarrollan, y el cociente resultante se multiplica por el volumen del espacio intermedio 3. El valor obtenido de esta manera representa el índice de permeabilidad.

En las botellas extensibles, la medición del índice de permeabilidad absoluta queda ligeramente alterada por el hecho de que los volúmenes en la botella y en el espacio intermedio entre recipiente y botella no son constantes. Más bien, el volumen de la botella se incrementa a medida que va aumentando la presión, mientras que el volumen en el espacio intermedio se va reduciendo. No obstante, es posible determinar las relaciones de los volúmenes en función de las diferentes presiones en mediciones calibradas y tenerlas en consideración en los valores medidos posterior-
mente.

En la aplicación principal de la invención, es decir, en la determinación de una disminución de la permeabilidad tras aplicar un recubrimiento en la botella, no se produce el error antes mencionado, porque queda eliminado por simplificación. El factor de mejora de la permeabilidad P1, alcanzado mediante un recubrimiento, se define mediante el cociente

K_{V} = \frac{P_{sin \ recubrimiento}}{P_{con \ recubrimiento}}

Puesto que se aplica

K_{V} = \frac{V_{3} \ \frac{\Delta p_{sin \ recubrimiento}}{\Delta t_{sin \ recubrimiento}}}{V_{3} \ \frac{\Delta p_{con \ recubrimiento}}{\Delta t_{con \ recubrimiento}}}

la variable V_{3} queda eliminada por simplificación, quedando para el método de mejora sólo

K_{V} = \frac{\Delta p_{sin \ recubrimiento} \cdot \Delta t_{con \ recubrimiento}}{\Delta t_{sin \ recubrimiento} \cdot \Delta p_{con \ recubrimiento}}

Puesto que los intervalos de medida antes y después de aplicar el recubrimiento son idénticos, o deberían serlo, también se eliminarán por simplificación los lapsos de tiempo para poder determinar la mejora real, de manera que ya sólo es relevante la relación entre las presiones.

K_{V} = \frac{\Delta p_{sin \ recubrimiento}}{\Delta p_{con \ recubrimiento}}

En el ejemplo descrito anteriormente, la botella no fue llenada de CO_{2} hasta encontrarse en la posición mostrada en la fig. 3. De esta forma, se produce el trayecto de curva mostrado en la fig. 2.

Asimismo, es posible dotar la botella previamente con una sobrepresión y dejarla reposar en estado cerrado hasta que las paredes de la botella terminan de saturarse con el gas de sobrepresión. Si ahora se introduce esta botella, ya llenada con gas de sobrepresión, en el dispositivo mostrado en la fig. 3, y si se tapa con el recipiente 21, 22, comenzará en seguida, en el espacio intermedio 3, el aumento de presión, tal y como representa la fig. 2 para el lapso de tiempo t_{3} - t_{2}. Por lo demás, el método puede seguir desarrollándose de la misma manera que el método según el cual las botellas se llenan de gas una vez colocadas en el dispositivo de medición.

Si por determinados motivos no fuese posible mantener más pequeño el espacio intermedio entre la botella y el recipiente, que la envuelve, que el contenido de la botella, la invención también podría realizarse por inversión cinética. En este caso, el volumen sería inferior al volumen del espacio intermedio, la presión en el espacio intermedio sería mayor que el de la botella, y todas las mediciones de presión se efectuarían dentro de la botella.

Puesto que es de especial importancia que la permeabilidad de un recipiente a los gases se determine de forma rápida, es especialmente conveniente que, en lugar del gas para el que se desea obtener una barrera protectora, se emplee un gas con una mayor velocidad de permeación que la que tiene el gas de ensayo. Si se emplea, por ejemplo, helio como gas de ensayo, en vez de CO_{2}, se obtienen para las botellas de PET tiempos de medición de unas pocas horas, en lugar de 2 a 4 días, por ejemplo. Puesto que la interrelación entre la permeación del gas de ensayo y la permeación del gas utilizado posteriormente en las botellas o los recipientes es conocida o puede determinarse mediante ensayos, existe la posibilidad de convertir posteriormente los valores numéricos obtenidos con el gas de mayor permeación.

Se sobreentiende que las repercusiones negativas, provocadas por fuertes cambios de temperatura y efectos de saturación, también podrán eliminarse autónomamente con ayuda de software.

Claims (15)

1. Dispositivo para la determinación de la permeabilidad de un recipiente (1; 23, 24) a los gases, con el volumen V_{1}, con una envoltura (2; 21, 22) para este recipiente (1; 23, 24), donde la envoltura (2; 21, 22) presenta el volumen V_{2} y donde para la proporción entre los volúmenes del recipiente (1; 23, 24) y de la envoltura (2; 21, 22) se aplica la relación V_{2} - V_{1} < V_{1},

un dispositivo medidor de presión (30, 31) que mide la presión del gas en el espacio (3) entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24),

un dispositivo (24, 25) para generar una sobrepresión en el recipiente (1; 23, 24) con respecto a la presión en el espacio (3) entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24), donde la presión en el espacio (3) al principio de la determinación de la permeabilidad a los gases es presión atmosférica, y un dispositivo que, a partir del tiempo en que se desarrolla la presión medida, calcula la permeabilidad total del recipiente (1; 23, 24) a los gases.

2. Dispositivo para la determinación de la permeabilidad de un recipiente (1; 23, 24) a los gases, con el volumen V_{1}, con una envoltura (2; 21, 22) para este recipiente (1; 23, 24), donde la envoltura (2; 21, 22) presenta el volumen V_{2} y donde para la proporción entre los volúmenes del recipiente (1; 23, 24) y de la envoltura (2; 21, 22) se aplica la relación V_{2} - V_{1} > V_{1},

un dispositivo medidor de presión que mide la presión del gas en el recipiente (1; 23, 24),

un dispositivo para generar una sobrepresión en el espacio (3) entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24), con respecto a la presión existente en el recipiente (1; 23, 24), y

un dispositivo que, a partir del tiempo en que se desarrolla la presión medida, calcula la permeabilidad del recipiente (1; 23, 24) a los gases.

3. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el dispositivo medidor de presión (30, 31) está dispuesto en un punto cualquiera entre el recipiente (1; 23, 24) y la envoltura (2; 21, 22).

4. Dispositivo según la reivindicación 1, en el que el dispositivo medidor de presión (30, 31) está dispuesto fuera de la envoltura (2; 21, 22) y se comunica con el espacio interior de la envoltura (2; 21, 22) a través de un conducto.

5. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1, 3 ó 4, en el que el volumen entre la pared interior de la envoltura (2; 21, 22) y la pared exterior del recipiente (1; 23, 24) es lo más pequeño posible sin obstaculizar la salida de gas del recipiente (1; 23, 24).

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1, 3, 4 ó 5, en el que está previsto un equipo medidor de la presión absoluta para medir la presión en el espacio (3) entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24).

7. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, donde está prevista una calefacción (29) que mantiene el gas en el recipiente (1; 23, 24) y el gas en el espacio (3) entre el recipiente (1; 23, 24) y la envoltura (2; 21, 22) constantemente a una temperatura preestablecida.

8. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, donde está previsto un cuerpo (32, 33) dotado de una rosca hembra que se enrosca en la rosca macho de un recipiente (1; 23, 24).

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones precedentes, donde se combinan varios dispositivos para determinar la permeabilidad de un recipiente (1; 23, 24) formando una unidad que se tapa con una cubierta (20).

10. Dispositivo según la reivindicación 9, donde varias unidades (50, 51; 53) tapadas mediante una cubierta (80, 100, 81) están dispuestas sobre un armario (50) común.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, donde está previsto adicionalmente un monitor (115) con un ordenador (116).

12. Dispositivo de obturación según la reivindicación 1, donde un dispositivo medidor de presión (30, 31) está dispuesto adicionalmente en el recipiente (1; 23, 24).

13. Método para determinar la permeabilidad de un recipiente a los gases, donde

el recipiente (1; 23, 24) con el volumen V_{1} está cubierto herméticamente mediante una envoltura (2; 21, 22) con el volumen V_{2};

el espacio (3) con el volumen V_{3} entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24) es sometido a una presión preestablecida;

la presión en el recipiente (1; 23, 24) se aumenta por encima de la presión existente en la envoltura (2; 21, 22) introduciendo un gas de ensayo;

la presión en el espacio (3) entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24) se mide continuamente o en determinados intervalos durante un lapso de tiempo preestablecido;

se determina cuándo la presión sobrepasa un determinado valor umbral, almacenándose el valor de presión p_{2} obtenido, así como el momento t_{2}, en el que se alcanza el valor de presión p_{2};

se determina un valor de presión p_{3} al cabo de un determinado lapso de tiempo t_{3} - t_{2}, y se calcula la permeación

P = V_{3} \ \frac{p_{3} - p_{2}}{t_{3} - t_{2}} = V_{3} \ \frac{\Delta p}{\Delta t}

siendo V_{3} = V_{2} - V_{1}.

14. Método para determinar la permeabilidad de un recipiente a los gases, donde

el recipiente (1; 23, 24) con el volumen V_{1} se somete a una presión de gas superior a la presión existente en la parte exterior del recipiente (1; 23, 24);

durante un tiempo preestablecido, el recipiente (1; 23, 24) es expuesto a la presión existente en la parte exterior del mismo, correspondiendo este tiempo más o menos al tiempo que tiene que transcurrir para que la pared del recipiente (1; 23, 24) esté saturada con el gas que se encuentra en el recipiente (1; 23, 24);

una vez transcurrido el tiempo preestablecido, el recipiente (1; 23, 24) se cubre herméticamente mediante una envoltura (2; 21, 22) con el volumen V_{2};

en el espacio (3) entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24) se genera una presión preestablecida;

la presión en el espacio (3) entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24) se mide continuamente o en determinados intervalos durante un lapso de tiempo preestablecido;

se determina cuándo la presión sobrepasa un determinado valor umbral, almacenándose el valor de presión p_{2} obtenido, así como el momento t_{2}, en el que se alcanza el valor de presión p_{2};

se determina un valor de presión p_{3} al cabo de un determinado lapso de tiempo t_{3} - t_{2}, y se calcula la permeación

P = V_{3} \ \frac{p_{3} - p_{2}}{t_{3} - t_{2}} = V_{3} \ \frac{\Delta p}{\Delta t}

siendo V_{3} = V_{2} - V_{1}.

15. Método según las reivindicaciones 13 ó 14, donde la presión preestablecida en el espacio (3) entre la envoltura (2; 21, 22) y el recipiente (1; 23, 24) es igual a la presión de la atmósfera envolvente.