ES2264724T3 - Un tubo de mantenimiento para una instalacion de tratamiento con calor que utiliza calentamiento por inyeccion. - Google Patents
Un tubo de mantenimiento para una instalacion de tratamiento con calor que utiliza calentamiento por inyeccion.Info
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Abstract
Un tubo de mantenimiento para una instalación de tratamiento con calor que hace uso de calentamiento por inyección, que comprende una primera sección fija consistente en un conducto (5) de longitud predeterminada y, también, una válvula (6) de contrapresión constante, caracterizado porque el tubo de mantenimiento incluye, también, una segunda sección regulable consistente en un ciclón (7) y un conducto inclinado (10) de longitud predeterminada, así como un dispositivo (28) dispuesto para mantener un nivel (21) definido de líquido en el conducto (10).
Description
Un tubo de mantenimiento para una instalación de
tratamiento con calor que utiliza calentamiento por inyección.
El presente invento se refiere a un tubo de
mantenimiento para una instalación de tratamiento con calor que
utiliza calentamiento por inyección, que comprende una primera
sección fija que consiste en un conducto de longitud predeterminada
y, también, una válvula de contrapresión constante.
El tratamiento con calor de productos
alimenticios para conseguir una vida en almacén prolongada es un
método bien conocido y empleado con frecuencia. Los productos
alimenticios pueden consistir, por ejemplo, en diversos productos
lácteos, tales como leche, nata o yogur.
El tratamiento con calor puede ser llevado a la
práctica en una pluralidad de formas diferentes, directa o
indirectamente. Los métodos indirectos consisten, por ejemplo, en
calentar por medio de diferentes tipos de intercambiadores de calor.
Existen dos tipos principales de métodos indirectos, inyección e
infusión, en los que el calentamiento se realiza por medio de vapor
de agua. Al emplear un método directo, se obtendrá un calentamiento
extremadamente rápido. El calentamiento rápido es deseable, en la
actualidad, cuando se busca obtener un producto con una larga vida
en almacén al tiempo que se intenta obtener un producto con
propiedades mejoradas en cuanto a su sabor. El calentamiento rápido
permite calentar a temperaturas elevadas durante cortos períodos de
tiempo, lo cual reduce las tensiones térmicas impuestas al producto
y, por tanto, reduce el riesgo de someterlo a un tratamiento
excesivo.
El presente invento se refiere al calentamiento
por medio de inyección. En la actualidad, la inyección constituye un
método de calentamiento común en las instalaciones comerciales de
tratamiento con calor que hacen uso de calentamiento directo.
El calentamiento por inyección supone que el
producto, por ejemplo, leche, se precalienta a, aproximadamente,
80ºC y se somete a presión. El producto entra, junto con vapor de
agua supercalentado, en un inyector y, en él, se entremezcla,
normalmente con ayuda de boquillas concéntricas anulares. El vapor
de agua se condensa y transmite calor al producto que, debido a
ello, se calienta muy rápidamente hasta la temperatura deseada.
Todos los modernos tratamientos con calor de
productos alimenticios tienen como propósito, por un lado, calentar
el producto hasta una temperatura predeterminada y, por otro lado,
mantener el producto a esta temperatura durante un cierto período de
tiempo, predeterminado. Durante este intervalo de tiempo, el
producto se conserva en un denominado tubo de mantenimiento.
Seleccionando temperaturas diferentes y tiempos de permanencia
diferentes, se obtendrán productos asépticos o que poseen una vida
en almacén prolongada.
Para las instalaciones de tratamiento con calor
que hacen uso del calentamiento por inyección, se utilizan tubos de
mantenimiento separados que pueden consistir en un conducto
helicoidal de longitud predeterminada o en un tramo de conducto
recto, de longitud predeterminada. Alternativamente, el tubo de
mantenimiento puede consistir en una combinación de conductos
helicoidal y recto.
Con independencia del diseño de tales tubos de
retención, no se les puede regular. La capacidad para la que se
calcula la instalación de tratamiento con calor - y, por tanto,
también el tubo de mantenimiento - corresponde, normalmente, a un
número de máquinas de llenado para envasar el producto en envases
destinados al consumo. Cuando una o más de estas máquinas de
llenado, posiblemente, quedan fuera de servicio debido a una parada
funcional, el flujo se reduce y, rápidamente, se produce tiempos de
permanencia excesivamente largos en el tubo de mantenimiento, con el
resultado de que el producto es sometido a un tratamiento excesivo.
Por tanto, es deseable en la técnica que el tubo de mantenimiento
pueda regularse rápidamente de forma que el tiempo de permanencia
pueda mantenerse constante. Asimismo, cuando la intención sea poder
variar rápidamente la producción para tratar diferentes alimentos
que exigen tiempos de permanencia diferentes, puede hacerse uso de
un tubo de mantenimiento ajustable. Sin tal posibilidad de variar el
tiempo de permanencia, la instalación debe reconstruirse o,
alternativamente, debe tolerarse un tratamiento excesivo del
producto.
producto.
Un tubo de mantenimiento variable se describe en
la memoria descriptiva de la patente sueca SE 510797. Este tubo de
mantenimiento tiene una o más secciones refrigeradas que pueden
acoplarse de forma escalonada cuando sea necesario. Una desventaja
inherente de este tubo de mantenimiento es que las etapas en que
puede reducirse el tubo de mantenimiento son fijas y, en ciertas
aplicaciones, dichas etapas pueden resultar demasiado grandes.
Un objeto del presente invento es diseñar un
tubo de mantenimiento que pueda ajustarse de manera continua y que
proporcione un volumen de permanencia fiable y definido para el
producto.
Otro objeto del presente invento es que el tubo
de mantenimiento sea de fabricación simple y económica y pueda ser
lavado en manera satisfactoria junto con el resto del equipo de la
instalación.
Estos y otros objetos se han logrado, de acuerdo
con el presente invento, porque el tubo de mantenimiento del tipo
descrito a modo de introducción ha sido dotado de la particularidad
característica de que dicho tubo de mantenimiento incluye, también,
una segunda sección ajustable consistente en un ciclón y un conducto
inclinado de longitud predeterminada, así como de un dispositivo
previsto para mantener un nivel de líquido definido en el
conducto.
Realizaciones preferidas del presente invento
han recibido, además, las particularidades características
establecidas en las reivindicaciones subordinadas adjuntas.
En lo que sigue se describirá ahora, con mayor
detalle, una realización preferida del presente invento, con
referencia al dibujo adjunto, en el que:
la Fig. 1 es un alzado lateral del presente
invento situado en parte de una instalación de tratamiento con
calor.
El dibujo solamente muestra las partes y los
detalles esenciales para conseguir una comprensión del presente
invento, habiéndose omitido las partes restantes de la instalación
de tratamiento con calor -bien conocidas para un experto en la
técnica.
La Fig. 1 muestra parte de una instalación de
tratamiento con calor para calentamiento por inyección. Un inyector
1 tiene una entrada 2 para el producto que ha de ser tratado con
calor y, también, una entrada 3 para vapor de agua supercalentado.
El inyector 1 tiene, también, una salida 4 para producto mezclado
con vapor de agua.
El tubo de mantenimiento está situado
inmediatamente después del inyector 1. El tubo de mantenimiento
incluye una primera sección, fija. La sección fija consiste,
parcialmente, en un conductor recto 5 de longitud predeterminada. En
la Figura, el conducto 5 está situado verticalmente. De igual
manera, el conducto 5 puede estar situado horizontalmente. La
sección fija del tubo de mantenimiento comprende, también, una
válvula 6 de contrapresión constante, que mantiene la presión en el
conducto 5.
El tubo de mantenimiento incluye, asimismo, una
segunda sección ajustable. La sección ajustable comienza con un
ciclón 7 de volumen relativamente pequeño. El ciclón 7 tiene una
entrada tangencial 8 para el producto calentado. La salida 9 del
ciclón 7 está conectada directamente con la parte 10 restante de la
sección ajustable del tubo de mantenimiento.
La parte 10 de la sección ajustable del tubo de
mantenimiento, consiste en un conducto inclinado de longitud
predeterminada. La inclinación puede ser cualquiera, desde la de un
conducto recto, vertical, con una inclinación de 90º respecto al
plano horizontal, hasta una inclinación de, aproximadamente, 12º. La
inclinación preferida es de 20-30º. La inclinación
debe ser aproximadamente uniforme en todo el conducto con el fin de
que el producto circule a la misma velocidad pero, también para
ahorrar espacio, la sección del tubo de mantenimiento puede
consistir, adecuadamente, en tramos de conducto rectos y curvos,
como se muestra en el dibujo. En el dibujo, la parte 10 de la
sección ajustable del tubo de mantenimiento comprende los
componentes 10a, 10b, 10c, 10d y 10e.
El tubo de mantenimiento está provisto, además,
de un indicador de nivel 11, de tipo usual. El indicador de nivel 11
puede emplear ultrasonidos, flotadores, rayos láser u otros métodos
adecuados y, realmente, consiste en medidores 12, 13 de altura
situados a dos niveles diferentes. Los puntos de medición 12, 13
representan, por arriba y por abajo, respectivamente, los niveles
entre los que es operativo el indicador de nivel 11. El valor
marcado por el indicador de nivel 11 es registrado por un regulador
14 de tipo usual, que está dispuesto para controlar una válvula
reguladora 15 aséptica, usual.
La Fig. 1 muestra, también, una vasija de vacío
16 situada inmediatamente después de la válvula reguladora 15. La
vasija de vacío 16 tiene una entrada tangencial 17 para el producto
tratado con calor y una salida 18 de producto situada en la región
inferior de la vasija de vacío 16. La salida 18 de la vasija de
vacío 16 está conectada, normalmente, a una bomba 19 de elevación de
la presión.
El producto que ha de ser tratado con calor en
una instalación para la que se ha proyectado el tubo de
mantenimiento de acuerdo con el presente invento, entra en el
inyector 1 a través de la entrada 2 de producto. El producto es
líquido y puede consistir, por ejemplo, en un producto lácteo tal
como leche. Normalmente, en una etapa anterior del proceso de
producción, el producto es precalentado a, aproximadamente, 80ºC y
se eleva su presión.
Al mismo tiempo, se alimenta vapor de agua
supercalentado al inyector 1 a través de la entrada 3 de vapor de
agua. Dentro del inyector 1, el producto y el vapor de agua son
forzados a pasar por estrechas boquillas anulares. Las boquillas
anulares están dispuestas concéntricamente y mezclan el producto y
el vapor de agua. El vapor de agua se condensa en el producto y le
transmite calor. El producto mezclado con vapor de agua sale del
inyector 1 por la salida 4.
El primer conductor recto 5 constituye parte de
la primera sección fija del tubo de mantenimiento. Al mismo tiempo,
este tramo 5 de conducto recto es necesario con el fin de conseguir
una condensación completa del vapor de agua, de forma que el
producto sea tratado a la temperatura deseada. El conducto 5 debe
tener una longitud suficiente para asegurar una condensación
satisfactoria. La válvula 6 de contrapresión constante que, también,
forma parte de la sección fija del tubo de mantenimiento, asegura
que se mantiene la presión en el conducto 5. A fin de obtener un
tiempo de permanencia correcto en el tubo de mantenimiento, el
conducto 5 debe llenarse por completo con producto.
Después de la válvula 6 de contrapresión
constante, el producto es hecho pasar por la entrada tangencial 8 al
ciclón 7. En el ciclón 7, tiene lugar una ebullición menor,
simultánea con una pérdida de aire del producto, lo cual crea una
mezcla de vapor de agua-aire. Con el fin de vigilar
la cantidad de mezcla vapor de agua-aire, el ciclón
7 está conectado, en su región superior, a una trampa usual 20 de
vapor de agua que, a su vez, está conectada a la entrada 17 a la
vasija 16 de vacío. Si la cantidad de vapor de
agua-aire superase un valor deseado, dado, la
trampa 20 de vapor de agua se abriría y el vapor de agua sobrante
sería recirculado de vuelta al producto que contiene vapor de
agua.
El producto sale del ciclón 7 por la salida 9 y,
después, alcanza la sección regulable del tubo de mantenimiento, que
consiste en el conducto inclinado 10. El conducto 10 se llena con
producto hasta un nivel de líquido definido 21. Por encima del nivel
21 de líquido, la mezcla de vapor agua-aire generada
en el ciclón 7 llena el espacio restante del conducto 10 y ejerce
una presión estática sobre la superficie del líquido. La mezcla
vapor de agua-aire ofrece la posibilidad de obtener
una superficie de líquido definida, 21, y la presión estática - que
es mayor que la presión a la que hierve el líquido - impide, por
tanto, la ebullición en el tubo de mantenimiento. El diámetro del
conducto 10 en la sección regulable del tubo de mantenimiento se
selecciona de forma tal que la velocidad de producto por debajo del
nivel 21 del líquido, a un flujo máximo, no supere los 0,45 m/s.
El nivel definido 21 del líquido está situado
entre un nivel mínimo 22 y un nivel máximo 23 y puede regularse
entre estos dos niveles 22, 23. El nivel mínimo 22 está situado en
el conducto 10e justo antes de la válvula reguladora 15. El nivel
máximo está situado justo debajo de la salida 9 del ciclón 7.
El nivel definido 21 del líquido se mide
utilizando alguna forma de indicador de nivel 11 usual. El indicador
de nivel 11 puede utilizar, por ejemplo, mediciones de la presión en
dos puntos, 12, 13. El punto superior 11 debe estar situado por
encima del nivel máximo 23 y, adecuadamente, en la región superior
del ciclón 7. El punto inferior 13 debe estar situado bajo el nivel
mínimo 22 y, en forma adecuada, inmediatamente antes de la válvula
reguladora 15.
El valor del indicador de nivel 11 es registrado
por el regulador usual 14 que controla la válvula reguladora 15. La
válvula reguladora 15 puede consistir en una válvula estranguladora
aséptica, usual, que se abre y se cierra de forma que el nivel
definido 21 del líquido se mantenga constante. El indicador de nivel
11, el regulador 14 y la válvula reguladora 15 constituyen, juntos,
un dispositivo para mantener el nivel de líquido definido 21.
Después de la válvula reguladora 15, el producto
(que, ahora, ha sido tratado con calor a la temperatura deseada y
durante el intervalo de tiempo deseado) continúa a la vasija de
vacío 16. El producto, que contiene agua y vapor de agua, entra en
la vasija de vacío 16 por la entrada tangencial 17. El agua que se
le suministró al producto es eliminada por ebullición y el producto
tratado y listo sale de la vasija de vacío 16 por la salida 18.
Mediante una bomba centrífuga 19 elevadora de la presión, el
producto es transportado ulteriormente para ser sometido a un
tratamiento adicional o para ser envasado en envases para el
consumo. El envasado del producto puede llevarse a cabo en máquinas
de llenado para envases desechables asépticos, de un solo uso.
El nivel definido 21 de líquido es un valor
normal que se establece en relación con otro equipo de la
instalación de tratamiento con calor, tal como el número de máquinas
de llenado a los que la instalación ha de alimentar con el producto.
El valor normal que ha de seleccionarse determina, también, el grado
deseado del tratamiento con calor, tal como el tratamiento para
obtener un producto aséptico o un producto que posea una vida en
almacén prolongada.
En cuanto al tubo de mantenimiento ilustrado en
la Fig. 1, la sección fija constituye, aproximadamente, el 25% del
tubo de mantenimiento y la sección regulable el 75% restante. Si,
por ejemplo, una máquina de llenado queda fuera de servicio, el tubo
de mantenimiento puede regularse rápidamente con el fin de alimentar
producto a, solamente, las restantes máquinas de llenado, sin
pérdidas de tiempo y con una recirculación mínima del producto. El
tubo de mantenimiento de acuerdo con el presente invento puede
diseñarse, naturalmente, de manera que tenga una relación diferente
entre la sección fija y la sección regulable.
Como instalación de lavado para el ciclón 7,
éste puede conectarse, simplemente, a un conducto de lavado 24 que
esté dispuesto para lavar la vasija de vacío 16. A través de una
válvula 25 y una tobera de lavado 26 en la región superior del
ciclón, el ciclón 7 se interconecta con el conducto de lavado 24. La
tobera de lavado 26 puede utilizarse entonces como salida para el
vapor de agua en exceso del ciclón 7, y un tubo en T 27 situado por
delante de la válvula 25 lleva el vapor de agua en exceso a la
trampa 20 de vapor de agua.
Como resultará evidente a la partir de la
descripción que antecede, el presente invento proporciona un tubo de
mantenimiento destinado a utilizarse para calentamiento por
inyección, de fabricación sencilla y relativamente económica. El
tubo de mantenimiento puede regularse para adaptarlo a variaciones
de producción o para conseguir diferentes tiempos de permanencia. El
tubo de mantenimiento es fiable y ofrece, a consecuencia de su
diseño, una protección incorporada contra la ebullición del producto
en él.
Claims (7)
1. Un tubo de mantenimiento para una instalación
de tratamiento con calor que hace uso de calentamiento por
inyección, que comprende una primera sección fija consistente en un
conducto (5) de longitud predeterminada y, también, una válvula (6)
de contrapresión constante, caracterizado porque el tubo de
mantenimiento incluye, también, una segunda sección regulable
consistente en un ciclón (7) y un conducto inclinado (10) de
longitud predeterminada, así como un dispositivo (28) dispuesto para
mantener un nivel (21) definido de líquido en el conducto (10).
2. El tubo de mantenimiento como se reivindica
en la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto
inclinado (10) tiene una inclinación de 20-30º
respecto al plano horizontal.
3. El tubo de mantenimiento como se reivindica
en la reivindicación 1, caracterizado porque el conducto
inclinado (10) tiene un diámetro que proporciona una velocidad de
circulación del producto por debajo del nivel (21) del líquido que
es menor que 0,45 m/s.
4. El tubo de mantenimiento como se reivindica
en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el dispositivo para mantener el nivel
(21) del líquido incluye un indicador de nivel (11) dispuesto para
controlar una válvula reguladora (15) a través de un regulador
(14).
5. El tubo de mantenimiento como se reivindica
en la reivindicación 4, caracterizado porque la válvula
reguladora (15) consiste en una válvula de estrangulación aséptica
que está situada inmediatamente después de la sección regulable del
tubo de mantenimiento, en la dirección del flujo.
6. El tubo de mantenimiento como se reivindica
en cualquiera de las reivindicaciones precedentes,
caracterizado porque el tubo de mantenimiento es regulable
entre un nivel mínimo (22) y un nivel máximo (23).
7. El tubo de mantenimiento como se reivindica
en la reivindicación 6, caracterizado porque el nivel
definido del líquido es un valor normal entre el nivel mínimo (22) y
el nivel máximo (23).
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