ES2277792B2 - Filtro para liquidos y su procedimiento de limpieza automatica. - Google Patents

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Abstract

Filtro para líquidos y su procedimiento de limpieza automática. La presente invención se refiere a un filtro para agua y otros líquidos, que incluye diferentes etapas de filtración en un mismo cuerpo, siendo su limpieza realizada automáticamente por un nuevo procedimiento. El filtro comprende un cuerpo exterior cilíndrico por cuya base inferior penetra tangencialmente la conducción de agua a filtrar, utilizándose la fuerza centrifuga en una primera etapa de filtrado para separar las partículas de mayor densidad. A continuación el liquido adquiere una trayectoria helicoidal y pasa por diversos dispositivos filtrantes, como mallas, anillas, etc., siendo recogida finalmente el agua filtrada, y por tanto ya limpia, en un tubo central convenientemente perforado que sale del filtro por el centro de su base inferior. Se utiliza para la limpieza de líquidos, fundamentalmente agua, en agricultura para riego localizado, en industria, medioambiente, etc.

Description

Filtro para líquidos y su procedimiento de limpieza automática.
Objeto de la invención
La presente invención se refiere a un filtro para agua y otros líquidos, que incluye diferentes etapas de filtrado en un mismo cuerpo, siendo su limpieza realizada automáticamente por un nuevo procedimiento.
Sector técnico
El filtro objeto de esta invención tiene un ámbito de aplicación diverso, siendo muy indicado en el sector agrícola, sector industrial, plantas desalinizadoras, sector urbano y medioambiental.
Antecedentes de la invención
Los líquidos contienen, normalmente, en suspensión diversas partículas sólidas no deseables. Así, para eliminar las partículas que contiene el agua y otros líquidos se utilizan diferentes tipos de filtros.
En agricultura, la limpieza física del agua se hace necesaria en el procedimiento de riego localizado, para lo cual se requiere la utilización de diversos filtros, que son conocidos como de arena, de mallas y de anillas, según su elemento filtrante. También son usados los ciclones, así llamados por estar en la fuerza centrifuga su principio de filtración.
La industria también utiliza filtros, bien en procesos o para el vertido a cauces públicos de aguas contaminadas que, tras pasar por ellos, resultan más tolerables medioambientalmente.
Conocidas son las siguientes patentes: la patente europea ES 2 200 901 T3 trata de un filtro monotamiz de malla con limpieza mecánica por motor; la patente de invención 69206 se refiere a un filtro con paletas de limpieza; el modelo de utilidad U 9900677 muestra un filtro de anillas simple, así como el U 200201423 presenta un filtro con doble alojamiento de cartucho de anillas.
Los diferentes tipos de filtros existentes pretenden obtener agua carente de partículas sólidas con diámetro superior a un valor determinado, y con facilidad de lavado cuando se colmaten. Estos objetivos no son fácilmente conseguidos. Normalmente se colocan diversos filtros en serie, dentro de casetas construidas al efecto, requiriendo gran espacio y piezas de conexión. Las pérdidas de energía son elevadas, como consecuencia de diseños poco cuidadosos con este concepto y de sus instalaciones.
La presente invención coloca los elementos filtrantes sucesivamente en una única envolvente metálica, lo que simplifica enormemente la instalación, con la menor pérdida de energía. Además, la facilidad de limpieza, incluso automática, resuelve los problemas existentes, aportando ventajas nuevas que quedarán patentes a lo largo de la presente descripción.
Descripción de la invención
Comprende la presente invención un filtro para líquidos y su procedimiento de limpieza automática. El dispositivo está compuesto por las siguientes partes esenciales:
\bullet
Un cuerpo exterior envolvente cilíndrico vertical en cuyo interior se alojan los elementos filtrantes necesarios para realizar la eliminación de impurezas sólidas del líquido en diversas fases sucesivas.
\bullet
Un tubo que penetra tangencialmente sobre la base inferior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico anterior por el que entra el líquido a filtrar.
\bullet
Un tubo interior colector concéntrico al cuerpo exterior envolvente con salida inferior para el líquido filtrado.
\bullet
Una tapa desmontable hermética colocada en la base superior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico.
El filtro se compone, pues, de un cuerpo exterior envolvente cilíndrico vertical en cuyo interior se alojan los elementos filtrantes necesarios para realizar la eliminación de impurezas sólidas del líquido en diversas fases sucesivas. Para la entrada del líquido a filtrar se dispone de un tubo que penetra tangencialmente sobre la base inferior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico continuando con una pieza de adaptación del flujo que efectúa el cambio gradual de la sección hasta una sección rectangular que produce trayectorias circulares, por cuyo motivo las partículas pesadas descienden y se aproximan a la periferia, al actuar sobre ellas las fuerzas de gravedad y centrifuga. En esta zona inferior se coloca una trampilla para recoger dichas partículas pesadas, las cuales quedan almacenadas en una cámara inferior de impurezas. A continuación de esta primera etapa de filtración, la corriente fluida sigue una superficie sólida alabeada dispuesta para impulsar al fluido con un movimiento helicoidal ascendente.
La corriente con movimiento helicoidal, se utiliza para arrastrar la suciedad hacia la periferia y zonas más altas del dispositivo, retirándola de las partes filtrantes más activas, las cuales reciben, así, una limpieza adicional.
Las siguientes etapas en la filtración se producen por la interposición sucesiva al flujo de diferentes elementos filtrantes con formas de superficies cilíndricas concéntricas o de corona circular para los paquetes de anillas.
Esta disposición es conveniente, en primer lugar, porque todos los elementos filtrantes quedan dentro de la misma envolvente, con una considerable reducción de espacio y de piezas de conexión. En segundo lugar, el paso del fluido se realiza hidrodinámicamente, quedando los elementos filtrantes interpuestos sucesivamente en el camino del líquido, sin cambios bruscos en su desplazamiento, y produciéndose la menor pérdida de carga.
En la base superior del citado cuerpo exterior envolvente cilíndrico se dispone una tapa desmontable hermética. En esta tapa se sitúan uno o varios mecanismos de ventosa de bola para facilitar la salida y entrada de aire en el llenado y vaciado del filtro. Dicha tapa tiene varias entallas circulares concéntricas para fijar los elementos filtrantes; sobre la de mayor diámetro se fija un panel cilíndrico de mallas y en la menor de dichas entallas se centra un muelle que produce la compresión de un paquete de anillas ranuradas colocadas concéntricas al tubo interior colector. Este muelle actúa sobre una pieza en forma de omega que guía el muelle y cuya parte interior se ajusta a la parte superior del tubo interior colector concéntrico al cuerpo exterior envolvente, dejando entre ambas partes una cámara de volumen variable, conectada mediante un tubo de pequeño diámetro directamente a la salida del referido tubo interior colector.
La parte inferior del filtro comprende una cámara por la que se realiza el drenaje de todas las impurezas, soportando, además, los elementos filtrantes. Unas compuertas unidireccionales permiten la salida hacia esta cámara del flujo, con las partículas sucias que no han atravesado los elementos filtrantes, pero nunca el flujo en sentido contrario.
Normalmente, los filtros se instalan formando equipos de varias unidades. Todos los filtros se conectan en paralelo entre la tubería general con líquido bruto de entrada y el colector general de salida de líquido limpio filtrado. Otro colector drenará la suciedad de las cámaras inferiores. Cada una de estas tres conducciones estará dotada de una válvula para regular el flujo.
El funcionamiento del dispositivo propuesto se entiende claramente después de la descripción anterior y comprende dos procesos bien diferenciados: la filtración y la limpieza.
Durante el proceso de filtración el líquido bruto que llega al equipo de filtros atraviesa cada uno de ellos por sus diferentes etapas, dejando las partículas sólidas retenidas, y saliendo el líquido limpio al colector general de líquido filtrado.
Pero la suciedad acumulada durante el filtrado colmata los elementos filtrantes y ha de ser retirada en algún momento. Este proceso de limpieza se inicia con el cierre de la válvula situada sobre la entrada del tubo tangencial a la base inferior del cuerpo envolvente cilíndrico y la válvula de dos vías situada a la salida del tubo interior colector, a la par que se abre la válvula situada a la salida de la cámara inferior de impurezas, así se descarga el líquido a través de esta cámara arrastrando la suciedad, colaborando a ello dos cepillos flotantes albergados entre los elementos filtrantes, los cuales se desplazan al subir y bajar el nivel del líquido en el filtro y rascan las superficies filtrantes y arrastran así la suciedad. El retorno de las válvulas a su posición de filtrado pondría el filtro nuevamente en funcionamiento con un tiempo mínimo inactivo.
Una limpieza más exhaustiva se llevaría a efecto a partir de la anterior etapa de gravedad, mediante la etapa de limpieza por flujo inverso. En este proceso se abre la válvula que conecta al colector de líquido filtrado, que ahora procederá del resto de los filtros, el cual penetra por el tubo interior colector, dando inicio a la limpieza del conjunto con flujo inverso o, también llamado, contralavado. En esta situación la presión máxima, que se halla en la conexión al colector de líquido filtrado, es transmitida por un tubo de pequeño diámetro a la cámara variable comprendida entre la pieza en forma de omega y la parte superior del tubo interior colector, venciéndose, así, la acción del muelle y descomprimiéndose el paquete de anillas. Se producen a la par un conjunto de chorros procedentes de los orificios del tubo interior colector perforado, que han sido taladrados con un ángulo y disposición adecuados para que al chocar sobre el interior del paquete de anillas produzcan el giro y la desunión de las mismas, favoreciéndose la limpieza de las partículas retenidas entre sus ranuras. El flujo inverso arrastra las impurezas pasando por las compuertas unidireccionales a la cámara inferior de impurezas y junto con los sólidos densos atrapados en la etapa de gravedad, salen todos hacia el exterior.
Se repiten las operaciones de llenado y vaciado del filtro accionando la válvula del colector de líquido filtrado cuantas veces se estimen necesarias, según el grado de limpieza exigido, en cuyo momento se restablece el flujo de entrada de líquido bruto y, cerrándose la salida de drenaje, se recupera la presión de entrada en el filtro y sus operaciones de filtración.
Ambos procesos siempre pueden ordenarse manualmente, pero en los equipos compuestos por varias unidades de filtros se recomienda la forma automatizada para el buen funcionamiento de la red abastecida, asegurando siempre una presión correcta de salida mediante válvula reguladora situada en el filtro último. Cuando esta presión es mínima se inicia la secuencia de lavado de filtros, normalmente controlada por un programador.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 representa el alzado del filtro, seccionado a un cuarto.
La Figura 2 muestra la planta del filtro.
Las Figuras 3 y 4 esquematizan las direcciones del flujo en filtración y en limpieza.
Descripción de una forma de realización preferente de la invención
A continuación se hace una descripción completa de una realización preferente del aludido dispositivo, la cual se hará a título de ejemplo, con carácter no limitativo y susceptible de todas aquellas modificaciones de detalle que no alteren fundamentalmente sus características esenciales.
El dispositivo se compone de un cuerpo exterior envolvente cilíndrico vertical (1), cuya base inferior se cierra por una tapa circular hermética sobre la cual se dispone tangencialmente un tubo (2) que conduce el líquido bruto de entrada al filtro. Este tubo se prolonga mediante una pieza que efectúa el cambio gradual de la sección circular del tubo a otra rectangular (4) y adaptándose a la periferia de la base indicada en un trayecto aproximado a media circunferencia. A continuación una trampilla (5), repartida por la parte inferior, atrapa las partículas pesadas que han sido allí concentradas, por la acción de la gravedad y de la fuerza centrífuga, quedando almacenadas en una cámara inferior de impurezas (6). La parte superior de esta trampilla la forma una superficie alabeada (7), por cuya especial forma, la corriente de líquido, que llega procedente de la pieza semicircular, recibe un movimiento helicoidal ascendente que resulta tangencial a un panel cilíndrico de mallas (8) interpuesto a continuación. Este movimiento helicoidal del líquido arrastra las partículas sólidas hasta la periferia y partes superiores menos activas para la filtración.
A un menor radio se dispone un paquete de anillas ranuradas (9) concéntricas a un tubo interior colector concéntrico al cuerpo exterior envolvente (10), que está perforado y soldado a la tapa inferior, atravesándola para servir de elemento final de salida del líquido filtrado. Una rosca terminal u otro elemento de unión permite el acoplamiento entre el filtro y dicho tubo interior colector.
El filtro comprende, aquí, tres etapas de filtración, la ciclónica para la separación de los sólidos densos (5), la de mallas (8) para los de volumen medio y la de anillas (9) para los de pequeño volumen, quedando las impurezas sólidas separadas en zonas diferentes, lo cual supone menos colmatación y una reducción del número de lavados necesarios por filtro.
La base superior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico se cierra por una pieza (11) a modo de tapa desmontable con elementos de estanqueidad y cierre, generalmente, por abrazadera de palanca, disponiéndose sobre dicha tapa una o varias ventosas (12) de bola, así como varias entallas concéntricas. La entalla de mayor diámetro sirve para fijar el panel de mallas y la menor centra un muelle (13) de compresión del paquete de anillas, que actúa sobre una pieza fabricada con termoplástico con forma de omega, cuya parte central (14) guía el muelle de compresión y desliza sobre la parte exterior del tubo interior colector (10) dejando entre ambas piezas una cámara variable (15) conectada a la parte inferior del tubo interior colector por otro tubo de pequeño diámetro (16).
Cuando se utiliza un solo filtro la limpieza se realiza manualmente quitando la tapa superior por donde salen todos los elementos a limpiar, pero cuando son varias unidades las que forman el equipo de filtración, pueden limpiarse secuencialmente los filtros de dos maneras complementarias. La etapa de gravedad se realiza cerrando las válvulas situadas sobre la entrada del tubo tangencial a la base inferior del cuerpo envolvente cilíndrico (2) y la válvula de dos vías situada a la salida del tubo interior colector (10), a la par que se abre la válvula situada a la salida (18) de la cámara inferior de impurezas, descendiendo dichas impurezas por gravedad a través de las compuertas unidireccionales (19) arrastradas por el agua que se descarga del filtro. Estas compuertas unidireccionales se mantienen cerradas por mecanismos sencillos, por ejemplo un muelle, y como el gradiente de presión es positivo no tenderán a abrirse durante la filtración.
A continuación se lleva a cabo la etapa de limpieza por flujo inverso o contralavado. En este proceso se abre la válvula (25) que comunica con el conector de líquido filtrado. Entonces, el tubo de pequeño diámetro (16) aporta agua a la cámara variable (15) a la presión máxima para que sea vencida la acción del muelle y liberado el paquete de anillas. En esta operación de flujo invertido, los chorros procedentes de los orificios inclinados del tubo interior colector (10) producen en las anillas un movimiento giratorio con desplazamientos múltiples para liberar las partículas retenidas entre sus ranuras. Las operaciones de limpieza se ven favorecidas por la acción de dos cepillos flotantes (17) que rascan las mallas y las anillas cuando se desplazan al subir y bajar el nivel del líquido en el filtro.
Entre el colector general de llegada de líquido bruto (20) y el colector general de salida de líquido filtrado (21) se disponen los filtros en paralelo. Cada filtro tiene otra salida que recoge el agua de limpieza hacia el colector de drenaje (22). El flujo de todos los colectores se regula mediante las correspondientes
válvulas.
En el proceso de filtración la salida general del líquido debe permanecer a una presión aproximadamente constante, lo cual no suele suceder en los equipos de filtrado actualmente comercializados, pues la presión de salida es mayor cuando los filtros están limpios y baja cuando los filtros se van colmatando, llegando a ser mínima cuando se inicia la limpieza, pues además hay que derivar un caudal de contralavado. Para evitar esto, se instalará en una o varias de las válvulas de salida (23) un mecanismo regulador de presión aguas abajo, que garantice una presión constante de funcionamiento en la red, incluso cuando se entre en el proceso de contralavado. De esta manera sólo los filtros dotados en su salida de válvula con dispositivo regulador trabajarán a caudal variable, siendo el funcionamiento de los restantes a caudal óptimo, lo cual facilita el mejor arrastre de suciedad hacia las zonas periféricas y superiores por el movimiento
helicoidal del líquido.
Dada la orden de limpieza, por presión diferencial mínima, por caudal o por tiempo, se procede secuencialmente en cada filtro, dejando para el final los filtros con válvulas reguladoras, si los hubiera. En primer lugar, se cierran válvulas (23 y 25), excepto la de drenaje (24), en cuya disposición el líquido contenido en el filtro se descarga arrastrando la suciedad por el colector de drenaje. A continuación se abre la válvula de líquido filtrado (23), dejando entrar suficiente cantidad para realizar el proceso de contralavado, seguidamente se corta esta entrada y se deja desaguar el filtro a drenaje, repitiendo la operación cuantas veces se requiera según el grado de limpieza exigido.
El cambio de válvulas, paso de líquido bruto y cierre de drenaje, deja el filtro en su operación de filtración. Toda la secuencia de operaciones para instalaciones complejas debe encomendarse a un
programador automático.

Claims (13)

1. Filtro para líquidos caracterizado por estar compuesto de las siguientes partes esenciales:
\bullet
Un cuerpo exterior envolvente cilíndrico vertical en cuyo interior se alojan los elementos filtrantes necesarios para realizar la eliminación de impurezas sólidas del líquido en diversas fases sucesivas.
\bullet
Un tubo que penetra tangencialmente sobre la base inferior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico anterior por el que entra el líquido a filtrar.
\bullet
Un tubo interior colector concéntrico al cuerpo exterior envolvente con salida inferior para el líquido filtrado.
\bullet
Una tapa desmontable hermética colocada en la base superior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico.
2. Filtro para líquidos según reivindicación 1 caracterizado porque el tubo que penetra tangencialmente sobre la base inferior del cuerpo envolvente cilíndrico continúa con una pieza de adaptación del flujo que efectúa el cambio gradual de la sección hasta una sección rectangular que produce trayectorias circulares, por cuyo motivo las partículas pesadas descienden y se aproximan a la periferia, al actuar sobre ellas las fuerzas de gravedad y centrifuga.
3. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque el tubo interior colector concéntrico al cuerpo exterior envolvente está perforado y soldado a la tapa inferior, atravesándola para servir de elemento final de salida del líquido filtrado.
4. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque en la zona inferior se coloca una trampilla para recoger las partículas pesadas que quedan almacenadas en una cámara inferior de impurezas que contiene compuertas unidireccionales accionadas por un muelle.
5. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque en la base superior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico se dispone una tapa desmontable hermética en la que se sitúan uno o varios mecanismos de ventosa de bola para facilitar la salida y entrada de aire en el llenado y vaciado del filtro.
6. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1 a 5 caracterizado porque la tapa desmontable hermética tiene entallas circulares concéntricas para fijar los elementos filtrantes.
7. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque sobre la entalla circular concéntrica de mayor diámetro se fija un panel cilíndrico de mallas.
8. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1 a 7 caracterizado porque en la entalla de menor diámetro se centra un muelle que produce la compresión de un paquete de anillas ranuradas colocadas concéntricas al tubo interior colector.
9. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1 a 8 caracterizado porque una pieza en forma de omega guía el muelle y se ajusta a la parte superior del tubo interior colector concéntrico al cuerpo exterior envolvente, dejando entre ambas partes una cámara de volumen variable conectada a la parte inferior del tubo interior colector por un tubo de pequeño diámetro.
10. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1 a 9 caracterizado porque alberga cepillos flotantes entre los elementos filtrantes, los cuales se desplazan al subir y bajar el nivel del líquido en el filtro y rascan las superficies filtrantes arrastrando así la suciedad.
11. Procedimiento de limpieza del filtro para líquidos descrito en las reivindicaciones 1 a 10 que comprende una etapa de gravedad y una segunda etapa de limpieza por flujo inverso.
12. Procedimiento de limpieza del filtro para líquidos según reivindicaciones 1 a 11 caracterizado porque la etapa de gravedad comprende las siguientes subetapas:
\bullet
Se cierra la válvula situada sobre la entrada del tubo tangencial a la base inferior del cuerpo envolvente cilíndrico y la válvula de dos vías situada a la salida del tubo interior colector.
\bullet
Se abre la válvula situada en la salida de la cámara inferior de impurezas.
\bullet
Las impurezas descienden por gravedad a través de las compuertas unidireccionales, arrastradas por el líquido, se descarga del filtro.
13. Procedimiento de limpieza del filtro para líquidos según reivindicaciones 1 a 11 caracterizado porque la etapa de limpieza por flujo inverso comprende las siguientes subetapas:
\bullet
Se abre la válvula de dos vías situada a la salida del tubo interior colector.
\bullet
El tubo de pequeño diámetro que conecta la cámara de volumen variable a la parte inferior del tubo interior colector aporta agua a dicha cámara variable a la presión máxima para que sea vencida la acción del muelle y liberado el paquete de anillas.
\bullet
Los chorros procedentes de los orificios del tubo interior colector producen en las anillas un movimiento giratorio con desplazamientos múltiples para liberar las partículas retenidas entre sus ranuras.
\bullet
El flujo inverso arrastra las impurezas pasando por las compuertas unidireccionales a la cámara inferior de impurezas y junto con los sólidos densos atrapados en la etapa de gravedad salen hacia el exterior.
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