ES2277207T3 - Aparato de carbonatacion con modulo de membrana de fibras huecas para la preparacion de bebidas. - Google Patents

Aparato de carbonatacion con modulo de membrana de fibras huecas para la preparacion de bebidas. Download PDF

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Abstract

Un aparato (10, 50, 70) para disolver un gas (18) en un líquido (16) y para dispensar el líquido que contiene el gas, comprendiendo el aparato un recipiente cerrado (14), conteniendo el recipiente cerrado (14): un líquido (16) a un nivel predeterminado, y que contiene, además, un módulo contactor (24) que comprende fibras huecas (12) que tienen un lado de orificio y un lado de envolvente, en el interior de una envolvente (22), estando sumergida la envolvente (22), al menos parcialmente, en el líquido (26), el módulo (24) un canal (32, 68) de suministro de gas al lado de orificio de las fibras (12), y que comprende, además un canal (20) para recibir líquido (16) del recipiente cerrado (14) y para suministrar el líquido (16) al lado de envolvente de las fibras (12), y para transportar el líquido que contiene el gas desde el lado de envolvente de las fibras (12) para realizar la dispensación, estando ocupado el espacio restante (18) en el recipiente cerrado (14) por gas presurizado, caracterizándose el aparato porque el citado recipiente cerrado comprende, además, un único conducto externo (34) para el paso del líquido (16) dentro y fuera del recipiente (14) y un único conducto externo (48, 63) para el paso de un gas (18) dentro y fuera del recipiente (14).

Description

Aparato de carbonatación con módulo de membrana de fibras huecas para la preparación de bebidas.
Antecedentes de la invención
Muchas bebidas requieren que se disuelvan ciertos niveles de gases en al menos uno de los líquidos constituyentes antes de efectuar la dispensación con el fin de conseguir el deseado sabor y/o los efectos de presentación en la bebida final. Ejemplos de tales bebidas incluyen zumos carbonatados, sodas, y otros productos similares en los que el dióxido de carbono se predisuelve a elevada presión en el agua que se añade a un concentrado, o bien se predisuelve a elevada presión en la mezcla de agua y de concentrado. Cuando se dispensa correctamente, una porción sustancial del dióxido de carbono permanece en solución en el vaso o en la taza, proporcionando el efecto de sabor familiar cuando se consume la bebida. Otros ejemplos de bebidas incluyen cafés fríos o calientes y chocolates en los que se predisuelven a elevada presión, ya sea nitrógeno o gases de aire, en el agua o en un agua premezclada con el concentrado. Cuando estos líquidos se dispensan correctamente, los gases predisueltos se eliminan sustancialmente de las soluciones con el paso del líquido a través del grifo de dispensación, lo que origina una gran cantidad de pequeñas burbujas que flotan y se disponen en la parte superior de la bebida, produciendo una presentación atractiva de la bebida en el vaso o en la taza.
Todavía otros ejemplos adicionales, incluyen bebidas basadas en productos lácteos que contienen óxido nitroso predisuelto y bebidas basadas en agua que contienen oxigeno predisuelto.
La utilización de módulos contactores gas/líquido, que contienen fibras huecas no rebosantes permeables a los gases y sistemas de control asociados para controlar los gases disueltos en los líquidos, se ha descrito en la patente norteamericana 5.565.149. La tecnología mostrada en la patente norteamericana 5.565.149 se ha comercializado en un rango de sistemas de dispensación de Cellarstream® que son fabricados y comercializados por Headmaster, Ltd., Bramshill, Reino Unido y Permea, una división de Air Products and Chemicals, Inc. Allentown, Pennsylvania, EE.UU. Un aparato de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 se conoce por la patente norteamericana número 4.950.431.
La cantidad de un gas que se puede disolver en un líquido a una temperatura seleccionada es proporcional a la presión absoluta aplicada del gas.
Hasta ahora, los sistemas de dispensación de bebidas que utilizan los contactores gas/líquido han consistido en que dos conexiones de la envolvente del módulo contactor se conectan respectivamente a un dispositivo de alimentación del líquido presurizado y a un grifo de dispensación, mientras que la conexión del gas del módulo contactor se conecta a un dispositivo de alimentación de gas presurizado.
Con el fin de mantener la operación eficiente de tales sistemas, son necesarios controles adicionales, tales como los que se describen en la patente norteamericana número 5.565.149, para mantener la presión del gas aplicado a las fibras del contactor sustancialmente a la misma presión que la del suministro del líquido en el módulo contactor. Estos sistemas convencionales presentan inconvenientes en ciertas aplicaciones.
Cuando se desea disolver una gran cantidad de un gas débilmente soluble, por ejemplo, nitrógeno, en una bebida tal como una bebida de café expreso enfriada, el módulo contactor se debe construir para que funcione con seguridad a las altas presiones correspondientes en ambos lados de líquido y de gas del sistema. A una temperatura de trabajo de 3ºC, los módulos contactores diseñados para su funcionamiento a una presión manométrica máxima de 4 bar suministrarán un nivel máximo de nitrógeno disuelto de, aproximadamente, 110 ml por litro de agua. Este nivel de gas predisuelto determina directamente el tamaño de la "cabeza" de la bebida dispensada, y se acepta generalmente que la operación de los módulos contactores a presión elevada para suministrar niveles elevados de gas disuelto será deseable si esto se pudiese conseguir económicamente.
Inconvenientes adicionales de costos relativamente altos y de la complejidad de las instalaciones, presentan barreras a una explotación extendida de tales sistemas de módulos contactores en comparación con los de algunas tiendas al por menor; una frecuencia de utilización menor sería la norma, por ejemplo en el sector del mercado doméstico.
La presente invención proporciona un aparato novedoso que utiliza módulos contactores gas/líquido de fibras huecas a unas presiones de líquido y gas mucho más elevadas que lo que hasta ahora ha sido prácticas o económicas. De esta manera, el aparato de la presente invención puede suministrar líquidos que contienen unas concentraciones significativamente más altas de gas disuelto de lo que es posible con un aparato convencional. La ventaja adicional del aparato de la presente invención se produce por la eliminación de la necesidad de controles para equilibrar las presiones del líquido y del gas en el interior del módulo contactor, reduciendo de esta manera los costes así como la complejidad de la mayor parte de las instalaciones. Una ventaja todavía adicional que se produce por la presente invención es que cuando el aparato se utiliza para disolver un gas altamente soluble, tal como el dióxido de carbono, la eficiencia práctica del módulo contactor en una operación de dispensación típica es significativamente mayor que la del módulo contactor de geometría comparable que funciona de la manera convencional.
La presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento para utilizar el aparato, para aplicar módulos contactores gas/líquido que contienen fibras huecas para disolver gases en líquidos antes de dispensar un líquido tal como bebida.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona un aparato como se reivindica en la reivindicación 1 en la presente memoria y a continuación.
El líquido en el interior del recipiente puede ser una bebida tal como café, té, soda u otras similares, o un concentrado adecuado para producir una bebida por medio de la adición de otro líquido o agua.
El gas presurizado en el interior del recipiente típicamente es un gas disuelto en una bebida tal como dióxido de carbono, nitrógeno, óxido nitroso, oxigeno, aire y otros similares.
Típicamente, el módulo contactor contiene un haz de membranas de fibras huecas, siendo permeables dichas fibras a los gases e impermeables a los líquidos. El módulo contactor tiene una conexión de entrada de líquido, que permite que el líquido acceda al exterior de las membranas de fibra hueca dentro del módulo. El módulo también contiene una conexión de entrada de gas que permite que el gas llene el interior de las membranas de fibras huecas en el módulo. Debido a que el gas se encuentra a una presión elevada mientras está en presencia del líquido, el líquido disuelve una porción relativamente alta del gas, obteniéndose de esta manera un líquido que contiene gas disuelto en su interior.
Descripción de los dibujos
En los dibujos que se acompañan, que forman parte de la presente memoria descriptiva:
la figura 1 muestra una vista en sección transversal de una realización de la presente invención;
la figura 2 muestra una vista en sección transversal de otra realización de la presente invención.
Los números de referencia correspondientes indican partes correspondientes en las distintas figuras de los dibujos.
Descripción detalla de la invención
La descripción detallada que sigue ilustra la invención a título de ejemplo y no a título de limitación. La descripción permite claramente que un especialista en la técnica pueda utilizar y hacer uso de la invención, describe varias realizaciones, adaptaciones, variaciones, alternativas y usos de la invención, incluyendo lo que actualmente se cree que es el mejor modo de realizar la invención.
La figura 1 muestra una vista en sección transversal de una realización de la presente invención. Se proporciona un aparato 10 que tiene un recipiente cerrado 14, que contiene un líquido 16 y un módulo contactor 24. El módulo 24 tiene una envolvente 22 que rodea un haz de fibras huecas 12. El módulo 24 tiene una envolvente 20 que rodea al haz de fibras huecas 12, en donde reside un líquido. El módulo contactor 24 tiene una tapa extrema 30 en el área inferior que obtura los extremos de las fibras en el haz 12 de fibras, con lo cual impide la entrada del líquido al interior de las fibras. Hay una junta superior 26 que obtura las regiones alrededor de las fibras; sin embargo, la superficie superior de la junta 26 proporciona una cara 28 de las fibras que está abierta a la atmósfera permitiendo que el interior de las fibras 12 reciba el gas.
La porción superior del recipiente cerrado 14 está provista de una tapa 42 que cubre la cara abierta de las fibras huecas 28 y proporciona un canal 32 de gas, que suministra gas presurizado a la cara abierta 28 del haz de fibras 12. La tapa 42 está obturada entre la envolvente 22 del contactor y el interior de la tapa 42 con juntas anulares 38 y 40. Hay provisto una conexión de salida 34 para permitir que el líquido que rodea el haz 12 de fibras en el espacio 20 salga del módulo contactor 24. El interior del recipiente cerrado 14 tiene un nivel predeterminado de un líquido 16 y en la porción restante del interior del recipiente cerrado 14 hay un gas presurizado 18 que permanece bajo presión.
En el aparato 10, el módulo contactor 24 está provisto de una conexión inferior 36 para recibir líquido del líquido 16 en el recipiente cerrado 14. El líquido 16 entra en el módulo contactor por la conexión 36 y llena el espacio 20 entre el haz 12 de fibras y la envolvente exterior 22 del módulo contactor. En el uso del aparato 10, cuando se desea un líquido que contenga gas, el líquido que contiene gas se retira a través de una conexión superior 34. La tapa 42 está provista de una junta anular adicional 44 y de una junta de presión 46 para impedir que el gas presurizado se escape del recipiente cerrado 14. Se conecta una conexión 48 a un gas presurizado, y de esta manera se permite que el gas entre en el recipiente cerrado 14 por la conexión 48 para proporcionar el gas presurizado necesario en el espacio 18 en el aparato.
La figura 2 muestra una vista en sección transversal de una realización adicional de la presente invención. Un aparato 50 tiene una conexión 63 de entrada de gas que está mecanizado en el interior de la tapa 42 y proporciona gas presurizado al canal 32 de gas. Una válvula 62 de tres conexiones y dos posiciones está incluida opcionalmente en la línea de alimentación de gas aguas arriba de la conexión 63 de gas. Un regulador de presión 64 de gas se coloca entre la válvula 62 y el dispositivo 66 de alimentación de gas. El dispositivo 66 de alimentación de gas proporciona gas presurizado a una presión predeterminada para llenar el espacio 18. En la presente realización, el nivel del líquido 16 se puede mantener automáticamente entre dos niveles seleccionados, un nivel superior y un nivel inferior. Cuando una dispensación suficiente del líquido que contiene gas a través de la conexión 34 hace que el nivel líquido caiga por debajo del nivel inferior seleccionado, un controlador 60 opera a la válvula 62 para ventear el gas presurizado desde el recipiente cerrado 14. El controlador 60 también opera una válvula 56 que permite que el líquido del dispositivo de alimentación 58 de líquido se añada a través de una conexión 54 hasta que se alcance el nivel de líquido seleccionado más elevado en el recipiente cerrado 14. A continuación, el operador 60 opera la válvula 62 y cierra la válvula 56 de entrada de líquido para permitir que la presión de gas se vuelva a aplicar al espacio 18 en el recipiente cerrado 14.
El recipiente cerrado 14 está provisto, además, de un controlador 60 que tiene un medio de sensor 52, detectando dicho medio de sensor 52 cuando el nivel de líquido cae por debajo del nivel preseleccionado inferior y cuando el nivel de líquido alcanza el nivel de líquido preseleccionado superior. De esta manera, el controlador 60 proporciona una señal a la válvula 56 de control de líquido para que se abra y se cierre respectivamente cuando el líquido 16 alcanza el nivel inferior y de nuevo con el relleno cuando el líquido alcanza el nivel preseleccionado superior.
Una ventaja adicional de esta realización de la invención es que el nivel de agua se puede mantener automáticamente entre los niveles superior e inferior preseleccionados sin necesidad de despresurizar el recipiente cerrado 14, antes de empezar cada operación de relleno. Si la presión del dispositivo 58 de alimentación de agua es superior a la presión de operación del recipiente cerrado 14, la válvula 62 puede omitirse en este modo de operación.
Esta realización de la invención, tiene la ventaja adicional de que no se produce pérdida de gas presurizado en la operación. Esto es debido a que todo el agua añadida al recipiente cerrado 14 durante cada operación de relleno en primer lugar debe pasar a través del módulo contactor 24. Esto proporciona una elevada eficiencia en la disolución del gas presurizado en el líquido debido a que todo el líquido que sale del sistema ha pasado dos veces a través del módulo contactor 24. Como se mostrará en ejemplos posteriores, se ha encontrado que la eficiencia de la disolución de gas en el líquido es significativamente más alta que la eficiencia de un módulo contactor comparable único operado de una manera convencional a la misma presión, temperatura, y flujo de dispensación.
Ejemplo 1
Un módulo contactor, diámetro interno 51 mm, y que contiene un área de fibra activa de 1,2 m^{2,} se dispuso en un barril de 10,5 litros, de acuerdo con la realización que se muestra en la figura 2. El barril se aisló y se le instaló un sensor de nivel líquido, un controlador de nivel líquido y una válvula solenoide en línea desde un dispositivo de alimentación de agua desgasificada por vacío, de acuerdo a la disposición que se muestra en la figura 2.
El sensor de nivel era de un tipo que solamente detecta un único nivel establecido en 9,5 litros. Al controlador se le proporcionó un interruptor que simulaba la acción de una detección de nivel bajo y de esta manera permitía que el usuario determinase cuando iniciar el relleno del barril. El espacio del barril inicialmente se llenó con gas de dióxido de carbono suministrado desde un cilindro por medio de un regulador de presión de no alivio dispuesto con una presión de suministro de 3 bar. Se incluyó un manómetro en la línea de gas de alimentación aguas abajo de este regulador.
El dispositivo de alimentación de agua se encontraba a una presión de 4,2 bar y a una temperatura de 13,3ºC. Se empezó a llenar el barril con agua cuando se aplicó energía eléctrica al controlador, y se continuó el llenado hasta que se alcanzó el nivel superior establecido por el sensor de nivel. Durante este tiempo, las lecturas en el manómetro en la línea de gas de alimentación se mantuvieron en 3 bar.
Los niveles de carbonatación de una secuencia de cinco volúmenes dispensados de 200 ml cada uno, dispensados a un caudal de 2,0 litros por minuto, se midieron con un analizador de carbonatación de un tipo que se utiliza para probar sodas. Los niveles de carbonatación medidos permanecieron constantes en 4,22 volúmenes de dióxido de carbono por volumen de líquido en todas las muestras.
El interruptor de controlador se operó y se rellenó el barril. El manómetro del gas de alimentación se mantuvo en 3 bar, y se dispensó una secuencia adicional de cinco volúmenes de 200 ml con un caudal de 1 litro por minuto. Los niveles de carbonatación medidos permanecieron constantes en 4,22 volúmenes de dióxido de carbono por volumen de líquido.
En vista de lo anterior, se podrá apreciar que los distintos objetivos de la invención se alcanzan y que se obtienen otros resultados ventajosos.

Claims (9)

1. Un aparato (10, 50, 70) para disolver un gas (18) en un líquido (16) y para dispensar el líquido que contiene el gas, comprendiendo el aparato un recipiente cerrado (14), conteniendo el recipiente cerrado (14):
un líquido (16) a un nivel predetermi- nado,
y que contiene, además, un módulo contactor (24) que comprende fibras huecas (12) que tienen un lado de orificio y un lado de envolvente, en el interior de una envolvente (22), estando sumergida la envolvente (22), al menos parcialmente, en el líquido (26), el módulo (24)
un canal (32, 68) de suministro de gas al lado de orificio de las fibras (12), y que comprende, además
un canal (20) para recibir líquido (16) del recipiente cerrado (14) y para suministrar el líquido (16) al lado de envolvente de las fibras (12), y para transportar el líquido que contiene el gas desde el lado de envolvente de las fibras (12) para realizar la dispensación,
estando ocupado el espacio restante (18) en el recipiente cerrado (14) por gas presurizado,
caracterizándose el aparato porque el citado recipiente cerrado comprende, además, un único conducto externo (34) para el paso del líquido (16) dentro y fuera del recipiente (14) y un único conducto externo (48, 63) para el paso de un gas (18) dentro y fuera del recipiente (14).
2. El aparato de la reivindicación 1, en el que el aparato está provisto de un medio (48, 63,49) para conectarse a un dispositivo de alimentación externa de gas presurizado.
3. El aparato de la reivindicación 1 ó de la reivindicación 2, en el que el aparato está provisto de un medio (54, 65) para conectarse a un dispositivo de alimentación externa de líquido.
4. El aparato de la reivindicación 3, en el que el líquido (58) se encuentra bajo presión.
5. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el aparato está provisto de un medio (52, 60) para detectar y controlar el nivel de líquido (16) en el recipiente cerrado (14).
6. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el aparato está provisto de un medio (60, 62) para liberar la presión de gas del interior del recipiente cerrado (14) antes de rellenar el recipiente cerrado con una cantidad predeterminada de líquido (16).
7. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el módulo contactor (24) está completamente sumergido en el líquido (16).
8. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el líquido (16) es agua, café, té, chocolate, soda o un líquido concentrado de los mismos.
9. El aparato de cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el gas presurizado es nitrógeno, oxigeno, aire, óxido nitroso, dióxido de carbono o una mezcla de los mismos.
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