ES2267978T3 - Aparato y procedimiento para aumentar la densidad de materia en particulas finamente divididas. - Google Patents
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Abstract
Aparato que comprende: a. un alojamiento (1) que incluye un respiradero (8); b. una entrada (2) al alojamiento; c. una salida (5) del alojamiento; d. una hélice (4) montada de manera giratoria en el alojamiento (1), estando la hélice (4) adaptada al girar para desplazar una materia en partículas desde la entrada (2) a la salida (5); e. un motor montado en la hélice (4) destinado a hacer girar la hélice (4); y f. un conjunto de compresión montado en la salida para comprimir la materia en partículas que atraviesa la salida, conjunto de compresión que se caracteriza porque comprende: i. una placa extrema (6) montada en la salida a una distancia determinada de la misma para permitir la descarga de la materia en partículas mientras aplica una restricción en la salida de manera que la presión aumenta en el alojamiento hasta un nivel que sobrepasa la presión de fuera del alojamiento, y ii. un medio de compresión (7) montado en la placa extrema (6) para empujar la placa extrema hacia la salida, y iii. una placa de restricción (9) entre la salida y la placa extrema, placa de restricción que presenta una abertura, y que está montada en la salida perpendicularmente al flujo de descarga de la materia en partículas que proviene de la salida.
Description
Aparato y procedimiento para aumentar la
densidad de materia en partículas finamente divididas.
La presente invención se refiere a aparatos,
denominados normalmente "alimentadores", para dispensar
materias en partículas finamente divididas fluidas. En particular,
la presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento
para eliminar aire intersticial entre las partículas de materias en
partículas finamente divididas mientras se están dispensando a
través de un alimentador.
Muchos procesos continuos que incluyen añadir
materias en partículas finamente divididas, por ejemplo sílice,
negro de carbón y otras cargas, ven normalmente limitada su
velocidad debido a la adición de estos materiales. Esto se debe en
parte al aire intersticial y retenido de las materias en partículas
finamente divididas, que tienen una gran parte de su volumen
representado por aire. Por esta razón se ha intentado eliminar el
aire mediante vacío, y/o densificando la materia en partículas
finamente dividida usando medios mecánicos tales como agitación o
compactación.
La patente US 3.664.385 de Carter nos enseña un
aparato y un procedimiento para compactar materia en partículas
finamente dividida que usa un primer alimentador de tornillo
giratorio para hacer avanzar el material por un alojamiento que
tiene un manguito tubular montado. El manguito y el alojamiento
definen una cámara hueca cerrada que se extiende alrededor del
manguito con una pluralidad de perforaciones en el manguito. Se
aplica succión en la cámara de manera que el aire puede circular
desde el manguito a la cámara. Se aplica presión atmosférica
intermitente a la cámara para que circule de vuelta materia en
partículas desde las perforaciones. Se hace avanzar la materia en
partículas, que se densifica en el primer tornillo giratorio, por el
segundo conducto de manguito hasta una estación de llenado de
recipientes. El documento
US-A-3034421 describe un aparato
para densificar productos voluminosos con un tornillo transportador
y un segundo tornillo cortador.
La presente invención se refiere a un
alimentador que elimina aire intersticial de materias en partículas
finamente divididas creando una fuerza de compresión opuesta a la
dirección de alimentación de material, permitiendo que se cree
presión mientras se está transportando la materia en partículas
finamente dividida a través del alojamiento y después descargando
aire del alojamiento.
- La figura 1, muestra un aparato de la presente
invención que tiene:
1. un alojamiento cilíndrico
2.una entrada al alojamiento
3. una tolva que suministra materia en
partículas finamente dividida a la entrada
4. una hélice accionada con un motor, instalada
para que pueda girar axialmente dentro del alojamiento
cilíndrico
5. una salida
6. una placa extrema montada perpendicularmente
a la salida, a una distancia determinada de la misma para permitir
la descarga de materia en partículas finamente dividida contra la
placa y radialmente desde el eje del alojamiento cilíndrico
7. tornillos de compresión que mantienen la
presión contra la placa extrema
8. un respiradero en el alojamiento cilíndrico,
proporcionando el respiradero comunicación de fluido entre el
interior del alojamiento cilíndrico y el exterior del alojamiento
cilíndrico mediante aberturas con un diámetro más pequeño que el de
la materia en partículas,
9. una placa de restricción montada en la
salida.
La figura 2, muestra un ejemplo de un proceso de
desaireación de sílice usando el dispositivo de la presente
invención.
La figura 3, muestra la variación de densidad
reducida y el aumento de densidad de la sílice usando el dispositivo
de la presente invención.
La figura 4, muestra la densidad como una
función del caudal y la compresión.
La figura 5 muestra el aire descargado como una
función de la fuerza de compresión para dos tamaños de
respiradero.
La figura 6 muestra la densidad de la sílice
como una función del caudal a través de un dispositivo de la
presente invención.
El alimentador de la presente invención es
adecuado para eliminar aire intersticial de una variedad de materias
en partículas finamente divididas, por ejemplo polvos blandos o
rellenos minerales usados en la industria del caucho y de los
revestimientos. En la presente invención, la materia en partículas
finamente dividida entra en un alojamiento cilíndrico 1 por una
entrada 2 que está cerca de un extremo del alojamiento cilíndrico.
En una realización preferida, la materia en partículas finamente
dividida procedente de una tolva 3 se introduce por la entrada 2, y
una báscula que está en la tolva, o un caudalímetro colocado entre
la tolva y la entrada, calcula el caudal de la materia en partículas
finamente dividida a medida que atraviesa la entrada 2. El uso de
una báscula o un caudalímetro permite que se pueda usar el
alimentador en un proceso continuo donde hay que distribuir una
cantidad de materia en partículas finamente dividida a una velocidad
constante o conocida.
Una hélice 4 que está dentro del alojamiento
transporta la materia en partículas finamente dividida por el
alojamiento cilíndrico 1. Un motor acciona la hélice 4 para que gire
coaxialmente al alojamiento cilíndrico. La hélice puede ser un
serpentín o un tornillo con hilos de rosca. Cuando se usa un
serpentín para hacer avanzar el material, a menudo se denomina rabo
de cerdo. Cuando se usa un tornillo con hilos de rosca, los hilos de
rosca del tornillo pueden tener forma convexa (como una barrena) o
cóncava. Algunos alimentadores usan un solo tornillo. Otros
alimentadores usan dos tornillos, con la hélice del primer tornillo
desalineada para que encaje con la hélice del segundo tornillo.
Este tipo de alimentador se denomina "de dos hélices". Los
tornillos del extrusor de dos hélices pueden girar en el mismo
sentido (giro conjunto) o en sentidos opuestos (contrarrotación).
Para el alimentador de esta invención, se prefieren dos tornillos
con hilos de rosca cóncavos que giren en el mismo sentido. Cuando se
usa un alimentador de dos hélices, la materia en partículas
finamente dividida se revuelve más veces, dejando expuesta más
superficie y más aire intersticial a la diferencia de presiones. Los
hilos de rosca cóncavos se prefieren porque la materia en partículas
finamente dividida es empujada con una fuerza más perpendicular a
las paredes del alojamiento cilíndrico de lo que sería normal para
diseños convexos o de tipo barrena. El tamaño del alimentador, el
tamaño del tornillo y la fuerza para accionar el giro de los
tornillos depende de la materia que se vaya a distribuir, y de la
velocidad con la que se tiene que distribuir.
El alimentador de esta invención utiliza fuerza
de compresión sobre el alimentador para generar presión a fin de
hacer que salga el aire intersticial de la materia en partículas
finamente dividida. La fuerza de compresión se crea a medida que la
materia en partículas finamente dividida es transportada por la
hélice 4 que está dentro del alojamiento cilíndrico 1, y descargada
a través de una salida 5 contra una placa extrema 6 que se mantiene
in situ frente al caudal de la materia en partículas
finamente dividida, con tornillos de compresión 7.
La fuerza de compresión genera una diferencia de
presiones entre el interior del alojamiento del alimentador y la
presión que está fuera del alimentador, normalmente presión
atmosférica. La presión fuerza el aire intersticial para que
atraviese un respiradero 8, eliminándolo así de la materia en
partículas finamente dividida. Esto hace que aumente la densidad de
la materia en partículas finamente dividida. Sin estar ligados a
ninguna otra teoría, los inventores creen que un aumento de densidad
es responsabilidad de la fuerza de compresión, de la zona de
ventilación y del caudal de la materia en partículas finamente
dividida que atraviesa el alimentador. La fuerza de compresión debe
optimizarse. Una fuerza de compresión excesiva produce una
obturación, un daño potencial a la sílice y hace que el alimentador
se inestabilice debido a una capacidad de bombeo inadecuada. Una
fuerza demasiado pequeña crea una diferencia de presiones
inadecuada. Maximizar la zona de ventilación permite reducir la
fuerza de compresión y maximizar la capacidad del respiradero.
Caudales mayores dan como resultado una menor mejora de la densidad
debido al aumento del volumen de aire. Para conseguir mayores
velocidades, los tornillos del alimentador giran más rápido, dando
como resultado menos tiempo de estancia en la zona de ventilación, y
por tanto se puede evacuar menos aire. Para obtener los mayores
beneficios, se requieren alimentadores con tornillos que tengan
diámetros mayores. Los tornillos con diámetros mayores se usan para
aumentar el volumen por giro de la carga, dando como resultado
velocidades de tornillo menores, y más tiempo de estancia en la zona
de ventilación.
En una realización preferida, la salida 5 está
situada entre el alojamiento 1 y la placa 6, con lo cual la materia
en partículas finamente dividida sale radialmente al eje de la
hélice. Cualquier medio convencional, puede controlar la dirección
del caudal de la materia en partículas finamente dividida después de
haber atravesado la salida.
La placa 6 se mantiene in situ mediante
uno o más resortes de compresión. El resorte de compresión se puede
ajustar para regular la presión frente al caudal de materia en
partículas finamente dividida. Los resortes dejan que la placa se
mueva ligeramente a medida que aumenta la fuerza contra la placa. El
uso de resortes reduce o evita la posibilidad de que el alimentador
quede atascado debido a una sobrecompresión de la materia en
partículas finamente dividida. Otros medios adecuados de esta
invención para proporcionar compresión en la placa incluyen levas,
bandas elásticas, cargas en voladizo y equivalentes.
De manera preferible, entre la salida 5 y la
placa extrema 6 hay una placa de restricción 9. La placa de
restricción dirige el flujo de materia en partículas finamente
dividida desde la cámara con la hélice, reduciendo el área de la
sección del flujo al igual que la materia en partículas finamente
dividida procedente del alojamiento cilíndrico, a través de una
superficie inclinada, por ejemplo un cono incompleto, hacia el
centro de la placa 6. La superficie inclinada distribuye la presión
al centro de la placa, creando un gradiente de presión isótropo en
la cara de la placa. El ángulo de la superficie inclinada, entre el
diámetro interno del alojamiento cilíndrico 1 y la placa 6 puede
oscilar entre aproximadamente 5º (casi paralelo al eje del
alojamiento cilíndrico) y aproximadamente 85º (casi perpendicular al
eje del alojamiento cilíndrico). Si se utiliza una inclinación
insuficiente, la materia en partículas finamente dividida tiende a
compactarse. Si la inclinación es demasiado escasa (es decir,
cercana a los 90º) habrá demasiada fuerza de compresión dirigida
hacia atrás hacia la salida, haciendo que se compacte en la salida.
De manera preferible, la superficie inclinada es un cono recto
centrado, con la superficie inclinada formando un ángulo de entre 5º
y 60º y más preferiblemente entre aproximadamente 30º y 45º con la
paralela al eje. El ángulo exacto útil para cada máquina se
determina con una experimentación simple.
En el alimentador de la presente invención, el
alojamiento esta provisto de un respiradero 8. El respiradero
permite que salga aire del alimentador dejando retenida en el mismo
la materia en partículas finamente dividida. En una realización, un
respiradero convencional con un filtro está colocado en el
alojamiento del alimentador perpendicularmente al eje del tornillo.
En una realización preferida, el respiradero se construye usando
metal sinterizado como material del alojamiento para una sección del
alojamiento. Si se usa un alojamiento de metal sinterizado, hay
menos acumulación de materia en partículas finamente dividida en la
superficie del respiradero. El transporte de aire a través de
algunas materias en partículas, por ejemplo sílice o mica, puede ser
bastante lento. La zona de ventilación se determina en base al
caudal deseado y a la compresión de la materia.
Para maximizar la eliminación de aire
intersticial, se tiene que optimizar el caudal de la materia en
partículas finamente dividida para aumentar al máximo el tiempo de
estancia y la exposición a la diferencia de presiones, manteniendo
al mismo tiempo una caudal aceptable para el proceso que está
realizando el alimentador. Una caudal demasiado grande necesita
velocidades de atornillamiento del alimentador más rápidas, dando
esto como resultado menos tiempo de estancia para ventilar.
Aunque el alimentador de la presente invención
está diseñado para usar fuerza de compresión a fin de hacer salir el
aire intersticial de la materia en partículas finamente dividida a
través del respiradero, es posible utilizar vacío para ayudar a la
corriente de aire. En una realización que utiliza vacío además de
fuerza de compresión, se acoplaría un segundo alojamiento alrededor
del alojamiento cilíndrico. En el segundo alojamiento habría un
orificio de vacío a través del cual se eliminaría aire del espacio
definido entre el alojamiento cilíndrico y el primer alojamiento.
Otra ventaja de tener un segundo alojamiento rodeando el alojamiento
cilíndrico es que permitiría limpiar fácilmente la superficie de
filtrado mediante una retroimpulsión de aire a través del metal
sinterizado.
Se construyó un dispositivo de la presente
invención para eliminar aire de una sílice con densidades en masa
que oscilaban entre 35 y 70 g/litro. Esto originó un máximo de 5 N
de fuerza de compresión en una zona de aproximadamente 0,002 m^{2}
(3,53 pulgadas^{2}) creando aproximadamente 2,5 kPa (0,4psi) de
presión de descarga. Un zona de ventilación de aproximadamente 0,015
m^{2} (24 pulgadas^{2}) da como resultado una capacidad de
ventilación adecuada para aumentar de manera eficaz la densidad de
la sílice con velocidades de hasta 45,5 kg/hora (100 libras/hora).
La densidad en masa resultante de la sílice era de aproximadamente
100 g/litro. La sílice de este ejemplo se descargó en un mezclador
de silicona para hacer una composición de silicona curable.
El dispositivo del ejemplo 1, aumenta la
densidad de la sílice y reduce la variación de densidad. Como se
muestra en la figura 3, la densidad media aumentó un 17,8% y la
densidad operacional aumentó un 28,5% durante el ciclo de relleno
del alimentador. La densidad operacional es la densidad con la que
tendría que funcionar el proceso de mezcla para evitar que rebosara
(desbordara) el mezclador. Si rebosa el mezclador, el producto se
echa a perder y/o su calidad es muy pobre debido a que el proceso se
para o el material se produce con diferentes niveles de sílice.
Se midió el efecto de la fuerza de compresión en
los tornillos de compresión del dispositivo para aumentar la
densidad. Estos datos proceden de la configuración del dispositivo
del ejemplo 1. La fuerza de compresión óptima para el diseño del
ejemplo 1 es aproximadamente de 5 N. La figura 4 muestra los
impactos de una fuerza de compresión excesiva e insuficiente.
La figura 5 muestra que la maximización de la
zona de ventilación permite una fuerza de compresión menor y
maximiza la capacidad del respiradero.
Se midió el efecto del caudal de la Sílice
M7-D a través del dispositivo del EJEMPLO 1 sobre la
densidad resultante. Los resultados se pueden ver en la figura
6.
Claims (9)
1. Aparato que comprende:
a. un alojamiento (1) que incluye un respiradero
(8);
b. una entrada (2) al alojamiento;
c. una salida (5) del alojamiento;
d. una hélice (4) montada de manera giratoria en
el alojamiento (1), estando la hélice (4) adaptada al girar para
desplazar una materia en partículas desde la entrada (2) a la salida
(5);
e. un motor montado en la hélice (4) destinado a
hacer girar la hélice (4); y
f. un conjunto de compresión montado en la
salida para comprimir la materia en partículas que atraviesa la
salida,
conjunto de compresión que se caracteriza
porque comprende:
i. una placa extrema (6) montada en la
salida a una distancia determinada de la misma para permitir la
descarga de la materia en partículas mientras aplica una restricción
en la salida de manera que la presión aumenta en el alojamiento
hasta un nivel que sobrepasa la presión de fuera del alojamiento,
y
ii. un medio de compresión (7) montado
en la placa extrema (6) para empujar la placa extrema hacia la
salida, y
iii. una placa de restricción (9) entre
la salida y la placa extrema, placa de restricción que presenta una
abertura, y que está montada en la salida perpendicularmente al
flujo de descarga de la materia en partículas que proviene de la
salida.
2. Aparato según la reivindicación 1, en
donde la abertura tiene una zona de sección transversal no uniforme,
y en donde la zona de sección transversal es más grande en la salida
que en la placa extrema.
3. Aparato según la reivindicación 2, en
donde la abertura define una sección transversal de un cono con
superficies que se inclinan como mínimo 5 grados desde la salida a
la placa extrema.
4. Aparato según la reivindicación 2, en
donde la abertura define una sección transversal de un cono con
superficies que se inclinan hasta 85 grados desde la salida a la
placa extrema.
5. Aparato según la reivindicación 1, en
donde la hélice comprende un tornillo roscado.
6. Aparato según la reivindicación 5, en
donde los hilos de rosca del tornillo roscado son cóncavos con
respecto a la dirección de descarga de la materia en partículas.
7. Aparato según la reivindicación 5,
que comprende también un segundo tornillo roscado, montado en el
alojamiento, tornillo roscado que tiene hilos de rosca desalineados
con respecto a los hilos de rosca del segundo tornillo roscado y que
encajan en los mismos.
8. Aparato según la reivindicación 7, en
donde dos tornillos están adaptados para efectuar una rotación
conjunta en el mismo sentido.
9. Procedimiento que comprende:
- a.
- el avance mecánico de una materia en partículas que tiene aire intersticial entre las partículas a través de un aparato según la reivindicación 1 desde la entrada del alojamiento del aparato hasta la salida del alojamiento, en donde el alojamiento incluye un respiradero, y en donde el alojamiento tiene una presión interna,
- b.
- la aplicación de presión en la salida, en donde la presión es suficiente para elevar la presión interna por encima de la presión de fuera del alojamiento, y
- c.
- permitir que el aire intersticial escape a través del respiradero.
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