ES2286297T3 - Sistema de limpieza por ultrasonidos, para la limpieza de una serie de productos alargados dispuestos en paralelo, tales como cables, perfiles y tubos. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para la limpieza por ultrasonidos de productos alargados, por ejemplo, alambres, perfiles y tubos, mediante un líquido de limpieza excitado por ultrasonidos en un orificio (3) de un sonotrodo (1), el cual tiene un diámetro solo ligeramente superior, es decir, 5-50% mayor que el diámetro del producto a limpiar, caracterizado porque, a lo largo del eje longitudinal del sonotrodo (1) para ultrasonidos, que oscila en el aire con un grosor superior a la cuarta parte de la longitud de onda sonora, están dispuestos varios orificios (3) transversales al eje longitudinal del sonotrodo (1) para el guiado pasante de varios productos alargados a limpiar, que discurren uno al lado del otro, cuyos orificios (3) se encuentran en el borde externo del sonotrodo (1), y aproximadamente alineados y con las separaciones deseadas entre sí, de manera que el líquido de limpieza que llena por completo los orificios (3) puede ser excitado en los orificios (3) tanto por las oscilaciones a lo largo del ejelongitudinal, como también por las oscilaciones según el grosor del material del sonotrodo, transversalmente al eje longitudinal del sonotrodo (1).

Description

Sistema de limpieza por ultrasonidos, para la limpieza de una serie de productos alargados dispuestos en paralelo, tales como cables, perfiles y tubos.

La presente invención se refiere a un sistema para la limpieza por ultrasonidos de varios productos alargados dispuestos en paralelo entre sí, tales como, por ejemplo, cables, perfiles y tubos, mediante un fluido excitado por ultrasonidos, de acuerdo con la parte introductoria de la reivindicación 1.

Es ya conocido el limpiar varios artículos de forma alargada, dispuestos paralelamente entre sí, mediante ultrasonidos y líquidos.

El efecto de limpieza actúa, tal como en todos los procedimientos de limpieza por ultrasonidos, en base al principio de la cavitación. Según este principio, se proyecta energía de ultrasonidos en el líquido de limpieza, el cual rodea o recorre el material a limpiar. En el líquido se produce cavitación, es decir, el líquido se separa a causa de la elevada energía, produciéndose burbujas cuyo interior está lleno de gas a baja presión. Las burbujas de gas implosionan, con lo que se genera elevada energía y fuertes microcorrientes. Estas corrientes actúan sobre la superficie sucia del material a limpiar y eliminan residuos tales como grasas, aceites, estearatos, polvo y similares.

A los procedimientos ya conocidos con la radiación de energía por ultrasonidos en líquidos, con el objetivo de conseguir la limpieza de artículos alargados dispuestos paralelamente entre sí, pertenecen los generadores de vibraciones mediante placas sumergidas, los cuales son colocados en un recipiente lleno de líquido. La energía de los ultrasonidos del generador de vibraciones por inmersión es radiada sobre una superficie grande con utilización de amplitudes de oscilaciones reducidas, es decir, hasta 2 micras (\mum) y densidades de potencia superficial reducidas, es decir, hasta 1 vatio por centímetro cuadrado (W/cm^{2}) en el líquido de limpieza. En estos procedimientos, que se basan en los generadores de oscilaciones mediante placas de inmersión con su correspondiente dispositivo, los productos de forma alargada dispuestos paralelamente entre sí se colocan en un depósito de grandes dimensiones que contiene el líquido, en general, una cuba o piscina. Dada la densidad superficial de potencia de ultrasonidos reducida de 1 vatio/cm^{2}, se alcanzan, dado el gran volumen de una piscina de limpieza, solamente densidades de potencia en ultrasonido volumétricas muy reducidas, de unos 15 vatios por litro (W/L). Este hecho unido al gran volumen de líquido de la piscina de limpieza, que es necesario para estos objetivos de limpieza, requiere además una elevada aportación de energía eléctrica. La potencia efectiva sobre la superficie de un cable, a efectos de su limpieza, se encuentra muy por debajo de la potencia global de la piscina de ultrasonidos, puesto que los ultrasonidos no son dirigidos de manera suficientemente precisa, es decir, a la superficie del material a limpiar, por lo que es necesario un consumo más elevado de energía para conseguir el efecto deseado de limpieza.

Se conoce por los documentos U.S.A. 41 00 926 y U.S.A. 40 46 592 procedimientos en los que se utiliza un sonotrodo cilíndrico, que es conocido de modo general, en los cuales se realiza un proceso en el que el cable a limpiar es objeto de guiado. El líquido de limpieza es llevado a establecer contacto con el material mediante peines y con el guiado del material a limpiar. El sonotrodo debe excitar, en ambos casos, un volumen de agua relativamente grande, de manera que la concentración de energía de ultrasonidos es demasiado reducida para conseguir un efecto de limpieza suficiente. La energía de ultrasonidos tampoco se concentra, en este caso, en un volumen pequeño alrededor de la superficie del material a limpiar. En el procedimiento conocido, para apoyar el efecto de limpieza por ultrasonidos insuficiente, se utilizan frecuentemente materiales de limpieza que significan una carga para el medio ambiente, tales como ácidos o materiales alcalinos.

En el documento U.S.A. 47 88 992 se describe un dispositivo para la limpieza de elementos alargados en forma de tiras, con el que solamente se pueden conseguir efectos de limpieza con un rendimiento apreciablemente un poco mejor que, desde luego, no es apropiado ni efectivo para la limpieza de cables. En este dispositivo, la banda o las tiras a limpiar son alimentadas a una cámara de limpieza entre dos placas osciladoras que oscilan a diferentes frecuencias y que están separadas entre sí. Entre las placas se hace pasar una corriente de liquido de limpieza, que es excitada por las oscilaciones de las placas de membrana actuando sobre la superficie de la banda a limpiar. Los osciladores de placas son limitados desde el punto de vista tecnológico, es decir, a causa de sus características de materiales y del espesor necesariamente reducido, así como la geometría de las placas son utilizables solamente para pequeñas amplitudes y por lo tanto para pequeñas densidades de potencia en ultrasonidos superficial, y por lo tanto también solo para pequeñas densidades de potencia en ultrasonidos volumétrica y solamente para productos en forma de bandas. El efecto de limpieza no es favorable y no es apropiado para secciones transversales redondas de los productos a limpiar, tales como, por ejemplo, alambres y tubos. La anchura del oscilador en forma de placa no resulta efectiva en las superficies curvadas de las secciones transversales redondas. La potencia en ultrasonidos aplicada de forma directa es utilizada solamente en una zona reducida. Se deben utilizar para la limpieza varios convertidores de ultrasonidos.

Por el documento DE 196 02 917 C2 se conocen un procedimiento y un dispositivo según los cuales el producto a limpiar es guiado por un orificio, adecuado al diámetro del producto, en un sonotrodo de ultrasonidos que oscila en el aire, en el que se hace pasar el líquido de limpieza.

El documento DE 197 06 007 C2, que es el documento más próximo del estado de la técnica para el objeto de la reivindicación 1, da a conocer una disposición según la parte introductoria de la reivindica-
ción 1.

En el documento DE 197 06 007 C2 se describe un procedimiento según el cual el producto a limpiar es guiado por un orificio de un oscilador especial, curvado, que oscila en el aire, el cual es excitado a la vibración por un sonotrodo de ultrasonidos, haciéndose pasar por dicho orificio el líquido de limpieza.

Mediante este procedimiento se excita de forma muy intensa mediante ultrasonidos, producidos por un sonotrodo de estructura especial, una pequeña cantidad de líquido que rodea el material a limpiar o que circula directamente en un orificio de trabajo de dicho sonotrodo. A causa de las amplitudes muy elevadas posibles y de las elevadas densidades de ultrasonidos de aplicación superficial relacionadas con las mismas, se produce, para los volúmenes reducidos que se recomiendan, una densidad muy elevada de ultrasonidos en volumen. El campo de cavitación resultante, que es muy intenso, produce una acción muy directa y efectiva.

Varios productos alargados que discurren paralelamente entre sí, tales como, por ejemplo, alambres, tubos, perfiles o similares, con secciones transversales con una diagonal de la sección superior a varios centímetros, no se pueden limpiar de acuerdo con este procedimiento.

Es un objetivo de la presente invención desarrollar un dispositivo para la limpieza por ultrasonidos de varios productos alargados que discurren paralelamente entre sí, tales como, por ejemplo, alambres, perfiles y tubos, mediante el cual se garantice que los ultrasonidos aplicados por un transformador de ultrasonidos actúen de manera directa sobre los productos a limpiar, consiguiendo por lo tanto una eficaz limpieza, excitando solamente con ultrasonidos el volumen de líquido necesario para la limpieza, de manera que cada uno de los productos individuales de forma alargada que discurren paralelamente entre sí sean tratados con ultrasonidos de la manera más regular posible.

El documento AT 350 493 B describe un procedimiento y un dispositivo para la limpieza de alambres, tubos y elementos alargados en un medio líquido con aplicación de macrosonido.

La limpieza se consigue, en este caso, por el hecho de que el producto a limpiar es guiado por un orificio longitudinal de un dispositivo vibrante de limpieza, por cuyo orificio se guía simultáneamente con el producto a limpiar un medio líquido, que rodea dicho producto y cuyo sentido es igual al del producto o sentido contrario.

No se deduce de esta solución la disposición de varios orificios transversales a la dirección principal de vibración.

La solución a este objetivo se expresa en las características de la reivindicación 1.

De acuerdo con la misma, la disposición de acuerdo con la presente invención se caracteriza porque en un sonotrodo de ultrasonidos, que oscila en el aire a lo largo de su eje longitudinal (eje x) con un grosor superior a \lambda/4, se han dispuesto orificios transversales (eje y) con respecto a la dirección principal de oscilación (eje x) para el guiado pasante del producto a limpiar, cuyos orificios se encuentran en el borde externo del sonotrodo y próximos uno a otro, de forma alineada y con las separaciones deseadas, de manera que el líquido de limpieza es excitado en los orificios tanto por las oscilaciones a lo largo de la dirección de oscilación principal (eje x) como también por las oscilaciones según el grosor del material del sonotrodo transversalmente a la dirección principal de oscilación (eje z), de manera que el líquido de limpieza es alimentado de forma tal a los orificios que llena a éstos por completo.

En otras palabras, la esencia de la invención sería un dispositivo para la limpieza por ultrasonidos de varios productos alargados, dispuestos paralelamente entre sí, tales como, por ejemplo, alambres, perfiles y tubos, mediante un líquido de limpieza excitado por ultrasonidos en un orificio (3) de un sonotrodo (1), el cual es solamente poco mayor que el diámetro del producto a limpiar, es decir, 5-50% mayor, de manera que en el sonotrodo de ultrasonidos (1), que oscila en el aire a lo largo de su eje longitudinal con un grosor superior a una 1/4 parte de la onda sonora, se disponen varios orificios (3) transversalmente al eje longitudinal del sonotrodo (1) para el guiado pasante de los productos a limpiar, cuyos orificios se encuentran en el borde externo del sonotrodo (1) y de forma alineada próximos unos a otros con las separaciones deseadas entre sí, de manera que el líquido de limpieza que llena por completo los orificios (3) es excitado en dichos orificios (3) tanto por las oscilaciones a lo largo del eje longitudinal como también por las oscilaciones según el grosor del material del sonotrodo transversalmente al eje longitudinal del sonotrodo (1).

Mediante la utilización de un sonotrodo con un grosor específico y que presenta una serie de orificios en el borde externo del sonotrodo verticalmente al plano de excitación (eje x) por el que es guiado el producto a limpiar, se consigue que con un único transformador de ultrasonidos de potencia más elevada, por ejemplo, de 4 kilovatios, se consiga una limpieza eficiente por el efecto de las oscilaciones según el sentido del grosor (eje z) en los orificios en nudos de oscilación y por las oscilaciones longitudinales (eje x) en los orificios con un máximo de oscilación y con formas mixtas de oscilaciones en los orificios.

Por la concentración del volumen de líquido eficaz para la limpieza en los orificios de trabajo del sonotrodo de mayor espesor, la potencia de ultrasonidos aplicada se concentra en un pequeño volumen, de manera que, con un menor consumo de energía, se genera un intenso campo de cavitación en el que se garantiza una limpieza de gran eficacia del producto que circula de modo pasante. Los ultrasonidos actúan dentro de los orificios de trabajo por todos los lados con una reducida separación y de manera intensa sobre la superficie del material a limpiar. Se consigue una densidad de potencia de ultrasonidos en la superficie, que es de 20 a 100 veces con respecto a los procedimientos conocidos, de manera que con un consumo similar de energía se consigue una velocidad de limpieza sustancialmente más elevada, por ejemplo, en la limpieza de alambres. Además, se ahorra líquido de limpieza, se necesita una instalación más reducida y se alcanza una velocidad de paso más elevada del producto a limpiar. La carga del medio ambiente se reduce por la utilización más eficaz de la energía y el menor consumo de aditivos de limpieza.

El dispositivo de la presente invención se puede utilizar para la limpieza eficaz de varios elementos alargados paralelos entre sí, por ejemplo, alambres, perfiles y tubos, incluyendo también múltiples cables trenzados.

Para cada sección transversal, o para cada tipo de materia, se puede escoger y utilizar la potencia apropiada de ultrasonidos. Las amplitudes de oscilación del sonotrodo pueden ser ajustadas según cada caso de utilización.

Otras realizaciones ventajosas de la invención resultan de las características de las reivindicaciones dependientes.

La invención será explicada con más detalle en base al ejemplo de realización mostrado en la figura única que se adjunta, de un sonotrodo grueso.

En dicha figura 1, se ha mostrado de manera esquemática y parcialmente en sección un sonotrodo de ultrasonidos (1) que, mediante un convertidor de ultrasonidos (2) es excitado con oscilaciones de ultrasonidos a lo largo de su eje longitudinal (eje x).

Como sonotrodo (1) se ha escogido un sonotrodo "grueso" con una sección transversal rectangular o similar y con un grosor de \lambda/4 hasta \lambda/2, de manera que se consigue efectividad como oscilador en sentido longitudinal y también como oscilador en el sentido del grosor.

En los orificios (3) dispuestos en los nodos de oscilación de las oscilaciones de ultrasonidos, se producen para una determinada disposición de los orificios oscilaciones en el sentido del grosor (eje z), en los orificios (3) dispuestos en el máximo de la oscilación se producen oscilaciones en el sentido longitudinal (eje x). En los orificios (3) dispuestos en posiciones intermedias se produce, de manera correspondiente, en alejamiento de los orificios (3) del máximo de oscilación, transferencia de componentes de oscilación en sentido longitudinal (eje x) y componentes de oscilación en el sentido del grosor (eje y). De esta manera, se garantiza que cada uno de los orificios (3) esté sometido a una acción sensiblemente igual de la acción de los ultrasonidos.

A efectos de compensar los efectos de los ultrasonidos que se producen de modo irregular en los orificios (3), que producirían una limpieza irregular de los productos alargados que discurren en paralelo, se pueden disponer dos sonotrodos (1) dispuestos con desplazamiento uno detrás del otro.

La longitud del sonotrodo (1) es el múltiplo que se desea de \lambda/2.

El sonotrodo (1) presenta a lo largo del eje longitudinal (eje x) múltiples orificios (3) en sus zonas superior e inferior, mediante las cuales se guían los productos a limpiar, por ejemplo, varios alambres que discurren uno al lado del otro (4).

Los orificios (3) pueden presentar diferentes diámetros y pueden estar dispuestos con separaciones distintas desde el borde externo del sonotrodo (1), de manera que se escoge preferentemente una separación entre el borde externo de los orificios y el borde externo del sonotrodo (1) comprendido entre aproximadamente 2 mm y 8 mm, y la separación entre los orificios (3) puede ser escogida con valores distintos.

Para la función del dispositivo, es suficiente una línea de orificios (3) en el borde externo del sonotrodo (1).

La segunda alineación de orificios (3) que, en relación con el eje intermedio del sonotrodo (1) debería comprender orificios dispuestos de forma simétrica, consigue el aumento de la vida útil del sonotrodo (1) que, a causa del efecto de la cavitación, sufre desgaste. Consigue además el mantenimiento de las condiciones de simetría de la propagación del sonido. El sonotrodo (1) puede ser girado sobre un lado cuando tiene lugar el desgaste de los orificios (3), pudiendo continuar su utilización al usar los orificios (3) del otro lado.

Cuando se ha conectado al sonotrodo (1) un procesador de ultrasonidos (2) de dimensiones suficientes para el caso de utilización correspondiente, el líquido de limpieza que es conducido por los orificios (3) sufre oscilaciones que se transfieren desde el líquido a la superficie de uno de los productos guiados concéntricamente por los orificios (3). Se debe tener cuidado en que el líquido llene por completo los orificios (3).

Por la concentración de la potencia en ultrasonidos radiada al pequeño volumen de los orificios (3) y, en particular, teniendo en cuenta el volumen entre la pared de los orificios (3) y de los productos alargados guiados concéntricamente en los orificios (3), se consigue un campo de cavitación muy intenso, en el cual tiene lugar una limpieza muy intensa de la superficie del alambre, eliminando todo tipo de suciedad. Los elementos de suciedad que se han liberado son barridos por el líquido de limpieza al otro lado de los orificios (3). El líquido de limpieza puede ser alimentado después de una preparación correspondiente nuevamente al proceso.

El sonotrodo (1) oscila con dependencia de la amplitud del producto a limpiar dispuesto en el aire. El sonotrodo (1) está realizado de forma rectangular, no obstante, se podría utilizar también un sonotrodo (1) de forma redonda.

La capacidad será explicada a continuación en base a una realización concreta del dispositivo de la invención.

Cuando se utiliza, por ejemplo, una frecuencia de 20 kilohercios, entonces \lambda/2, con la utilización de titanio como material del sonotrodo, es de 125 mm aproximadamente. El sonotrodo (1) se escoge con una sección, por ejemplo, de 100 mm x 100 mm y una longitud deseada que es un múltiplo de \lambda/2, por ejemplo, 2000 mm. Se disponen en el sonotrodo (1), por ejemplo, cien orificios (3) con un diámetro de 10 mm en cada alineación. Cuando se utiliza un convertidor de ultrasonidos (2) con una potencia de 4 kilovatios, entonces cada uno de los orificios (3) recibe aproximadamente una potencia en ultrasonidos de 40 vatios. Esto corresponde a una potencia aproximada de 14 vatios/cm^{3} de volumen del orificio. El volumen del orificio es aproximadamente de 7,85 cm^{3} y se reducirá para un diámetro del alambre de 8 mm aproximadamente en 5 cm^{3}, de manera que se tienen que excitar 2,85 cm^{3} de líquido de limpieza para cada uno de los orificios (3).

Según el estado de la técnica, los baños de limpieza utilizados alcanzan una densidad de ultrasonidos en volumen de 0,015 a 0,03 vatios/cm^{3}.

Lista de referencias

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(1)

\tabul

Sonotrodo de ultrasonidos

(2)

\tabul

Convertidor de ultrasonidos

(3)

\tabul

Orificios

(4)

\tabul

Alambre (producto a limpiar).

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Claims (5)

1. Dispositivo para la limpieza por ultrasonidos de productos alargados, por ejemplo, alambres, perfiles y tubos, mediante un líquido de limpieza excitado por ultrasonidos en un orificio (3) de un sonotrodo (1), el cual tiene un diámetro solo ligeramente superior, es decir, 5-50% mayor que el diámetro del producto a limpiar,

caracterizado porque,

a lo largo del eje longitudinal del sonotrodo (1) para ultrasonidos, que oscila en el aire con un grosor superior a la cuarta parte de la longitud de onda sonora, están dispuestos varios orificios (3) transversales al eje longitudinal del sonotrodo (1) para el guiado pasante de varios productos alargados a limpiar, que discurren uno al lado del otro, cuyos orificios (3) se encuentran en el borde externo del sonotrodo (1), y aproximadamente alineados y con las separaciones deseadas entre sí, de manera que el líquido de limpieza que llena por completo los orificios (3) puede ser excitado en los orificios (3) tanto por las oscilaciones a lo largo del eje longitudinal, como también por las oscilaciones según el grosor del material del sonotrodo, transversalmente al eje longitudinal del sonotrodo (1).

2. Dispositivo, según la reivindicación 1, en el que la separación de los bordes externos de los orificios correspondientes es con respecto al borde externo del sonotrodo (1) de unos 2 a 8 mm.

3. Dispositivo, según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que

los orificios (3) están dispuestos, para el aumento de la vida útil del sonotrodo (1) y para el mantenimiento de las condiciones de simetría de la propagación sonora, en dos alineaciones con respecto al eje longitudinal del sonotrodo (1), de forma simétrica entre sí.

4. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que

el sonotrodo (1) presenta un perfil rectangular.

5. Dispositivo, según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que

dos sonotrodos (1) están dispuestos desplazados uno por detrás del otro.