ES2320854T3 - Aparato de molido y secado que incorpora un ciclon. - Google Patents
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Abstract
Ciclón (2) que comprende: una parte superior cilíndrica (3) que se abre hacia el extremo más ancho de una parte inferior troncocónica (4), estando alineados los ejes longitudinales de dichas partes superior e inferior; una entrada (10) de aire primario al ciclón (2) dispuesta de tal modo que el aire de entrada es substancialmente tangencial a la circunferencia del ciclón; una salida de evacuación (8) en la parte superior de la parte cilíndrica o adyacente a la misma; medios (X) para retirar el producto tratado del ciclón; y caracterizado porque existe una válvula de control (7) asociada a dicha salida de evacuación (8) que puede cerrar parcial o totalmente dicha salida de evacuación; y una entrada (15) de aire secundario asociada a dicho extremo estrecho (30) de la parte troncocónica (4) y dotada de un dispositivo (13) de estabilización del flujo de aire, que está adaptado para admitir un chorro de aire substancialmente a lo largo del eje longitudinal del ciclón.
Description
Aparato de molido y secado que incorpora un
ciclón.
La presente invención se refiere a un aparato de
molido y secado que incorpora un ciclón, y a métodos de
funcionamiento de dicho aparato.
Se conoce la utilización de un ciclón para
separar, moler o secar materiales, y se han descrito diversas
aplicaciones de los ciclones en un cierto número de descripciones
de la técnica anterior. Por ejemplo, la patente U.S. Nº 5.236.132
(Rowley) da a conocer un triturador/deshidratador que incorpora un
ciclón, tal como hace la patente U.S. Nº 4.390.131 (Pickrel). Las
patentes U.S. Nº 4.743.364 y Nº 6.206.202 dan a conocer sendos
aparatos para la clasificación/separación que incorporan un ciclón.
El documento WO 96/40 840 describe un ciclón para su utilización en
una unidad para el "cracking" catalítico de un fluido o para
otras separaciones gas/sólido si bien no dispone de una válvula de
control, y los diseños de la técnica anterior, en general, no
proporcionan un control ajustado de las condiciones del proceso en
el interior del ciclón. Esto, a su vez, limita la gama de productos
que pueden ser tratados y limita asimismo la calidad del producto
obtenido. Además, la mayor parte, si no todos, los ciclones
conocidos de trituración/deshidratación funcionan únicamente con
procesos por lotes o discontinuos.
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Es un objetivo de la presente invención dar a
conocer un aparato que incorpora un ciclón y que puede moler y/o
secar de manera continua una amplia gama de productos diferentes
con un control ajustado del tamaño de las partículas y del
contenido en humedad del producto final.
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La presente invención da a conocer un ciclón que
comprende una parte superior cilíndrica que se abre al extremo más
ancho de una parte inferior troncocónica, estando alineados los
ejes longitudinales de dichas partes superior e inferior; una
entrada de aire primario al ciclón dispuesta de tal modo que el
aire de entrada es substancialmente tangencial a la circunferencia
del ciclón;
- una salida de evacuación en la parte superior de la parte cilíndrica, o adyacente a la misma;
- una válvula de control asociada a dicha salida de evacuación y capaz de cerrar parcial o totalmente dicha salida de evacuación;
- una entrada de aire secundario asociada al extremo estrecho de la parte troncocónica y dotada de un dispositivo de estabilización del flujo de aire que está adaptado para admitir un chorro de aire substancialmente a lo largo del eje longitudinal del ciclón;
- medios para retirar del ciclón el producto tratado.
Preferentemente, dicho dispositivo de
estabilización del flujo de aire puede desplazarse hacia el
interior o el exterior del extremo estrecho de la parte
troncocónica y tiene una pared exterior que tiene forma
troncocónica, y tiene un orificio interior a través del cual se
suministra aire durante el funcionamiento; dicho dispositivo de
estabilización del flujo de aire está dimensionado y dispuesto de
tal modo que el extremo más estrecho de dicha pared exterior
troncocónica puede ser introducido en el extremo estrecho de dicha
parte troncocónica del ciclón.
Los medios para retirar el producto del proceso
pueden consistir en un intersticio anular en el extremo estrecho de
la parte troncocónica, entre la pared de la parte troncocónica y el
dispositivo de estabilización del flujo de aire. No obstante, otra
posibilidad consiste en disponer medios de retirada del producto
tratado en forma de una o varias salidas formadas en la pared de la
parte troncocónica del ciclón.
Preferentemente, el ciclón comprende además un
núcleo cilíndrico montado en el interior de la parte cilíndrica
superior del ciclón, con el eje longitudinal del núcleo cilíndrico
paralelo o coincidente con el eje longitudinal de dicha parte
superior cilíndrica.
La presente invención da a conocer además un
aparato de molido y secado que incorpora, por lo menos, un ciclón
tal como el descrito anteriormente, incluyendo además dicho
aparato;
- un dispositivo de entrada del producto dispuesto para suministrar el producto a tratar en el aire suministrado al ciclón tanto a la entrada de aire primario como a la de aire secundario;
- medios de suministro de aire conectados a la entrada de aire primario y a la entrada de aire secundario;
- medios de calentamiento adaptados para calentar el aire suministrado hacia, y/o al aire suministrado desde, dichos medios de suministro de aire;
- medios para el reciclado de la totalidad o de parte del aire evacuado del ciclón a través de la salida de evacuación a dichos medios de suministro de aire.
Preferentemente, dichos medios para el reciclado
incorporan, por lo menos, un monitor para la medición de la humedad
y la temperatura del aire evacuado desde el ciclón, y una válvula
para regular la proporción de aire evacuado dirigido a los medios
de suministro de aire como respuesta a las lecturas del monitor.
Únicamente a modo de ejemplo, se describen en
detalle realizaciones preferentes de la presente invención haciendo
referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la figura 1 es una vista lateral en forma
esquemática, del aparato según la presente invención;
la figura 2 es una vista de la parte inferior de
la figura 1 a mayor escala; y
la figura 3 es un diagrama de flujo que muestra
los métodos de funcionamiento preferentes del aparato de la
presente invención.
Haciendo referencia en particular a las figuras
1 y 2, un ciclón (2) comprende una parte superior cilíndrica (3),
cuyo extremo inferior (3a) está abierto al extremo superior de una
parte troncocónica (4) que está dispuesta de forma coaxial con la
parte cilíndrica y con el extremo inferior más pequeño. El eje
longitudinal del ciclón (2) es substancialmente vertical.
En la parte superior de la parte cilíndrica (3)
está montado un núcleo cilíndrico (5), siendo el eje longitudinal
del núcleo (5) coaxial con el eje longitudinal de la parte (3). El
extremo superior del núcleo (5) sobresale del extremo superior de
la parte cilíndrica (3), la cual, por lo demás, está cerrada. El
extremo inferior del núcleo (5) está formado con una parte
abocardada (6) cuya longitud es regulable. La distancia a la que
sobresale el núcleo (5) en el interior de la parte cilíndrica (3)
puede ser regulada utilizando cualesquiera medios conocidos (por
ejemplo, reguladores de tornillo o pistones hidráulicos (no
mostrados)).
Cuando el ciclón está en funcionamiento, el
núcleo (5) separa físicamente los gases evacuados secos,
relativamente calientes, del aire de entrada húmedo y relativamente
frío y del producto arrastrado. Además, el núcleo (5) actúa como un
intercambiador de calor: el núcleo es calentado por los gases
evacuados y este calor es transmitido por conducción, convección y
radiación al aire de entrada relativamente frío. Este efecto es
particularmente acentuado con velocidades del aire de entrada
relativamente bajas.
Cuanto más se hace descender el núcleo (5) en la
parte cilíndrica (3), mayor es el volumen de aire y de material
arrastrado en la zona entre el extremo superior de la parte (3) y
la pestaña (6). Esto proporciona un incremento del tiempo de
permanencia, que puede ser útil para garantizar un tratamiento
completo, especialmente cuando el aire que entra por el conducto
(10) tiene una velocidad relativamente baja y/o cuando se están
tratando materiales muy finos. El efecto de retención descrito
anteriormente se incrementa aumentando el diámetro exterior de la
pestaña (6).
En el extremo superior del núcleo cilíndrico (5)
está montada una válvula de control (7) que puede ser subida y
bajada en la dirección de las flechas (A) para cerrar parcial o
totalmente el extremo superior del núcleo (5). Cuánto más cerrado
está el extremo superior del núcleo (5), mayor es la contrapresión
en el ciclón y, en particular, mayor es la presión en el torbellino
interior, tal como se describirá más adelante.
El extremo superior del núcleo cilíndrico (5)
está abierto a un conducto de evacuación (8), cuyo otro extremo
puede tener comunicación con la atmósfera y/o estar conectado a la
entrada de una soplante o un ventilador (9), tal como se describe
más particularmente al hacer referencia a la figura 3. La salida de
la soplante (9) está conectada a un conducto (10) de entrada de
aire que se abre a la pared lateral de la parte cilíndrica (3),
adyacente al extremo superior de dicha parte.
El lado de suministro de un dispositivo (11) de
entrada de producto está abierto al conducto (10) de entrada del
aire. El dispositivo (11) puede ser de cualquier tipo conocido
adecuado (por ejemplo, en el caso de sólidos una válvula rotativa,
o en el caso de líquidos una tobera de inyección) y está en
comunicación con la fuente del producto a tratar en el ciclón, tal
como una tolva de alimentación (no mostrada en la figura 1). Cuando
el dispositivo (11) está abierto, el producto a tratar fluye a
través de la válvula, es arrastrado en el chorro de aire que pasa a
través del conducto (10) de entrada de aire y es llevado a la parte
superior del ciclón (2).
El aire y el producto arrastrado que entran en
el ciclón desde el conducto (10) son admitidos de forma
aproximadamente tangencial a la circunferencia de la parte
cilíndrica (3), y preferentemente tan cerca como sea posible del
extremo superior de la parte cilíndrica (3), de manera que el
producto permanezca el máximo tiempo posible en el interior del
ciclón. Una vez en el interior del ciclón, el aire y el producto
arrastrado siguen inicialmente una trayectoria espiral alrededor de
las paredes interiores del ciclón, tal como se indica mediante las
flechas (C), realizando una espiral alrededor del ciclón en sentido
descendente hacia el extremo estrecho de la parte troncocónica (4).
Esto forma un primer torbellino de una presión relativamente
elevada adyacente a las paredes del ciclón. Adyacente al extremo
estrecho de la parte troncocónica (4), un flujo espiral inverso
forma un segundo torbellino (tal como se indica mediante las
flechas -D-) que se extiende desde un punto adyacente al extremo
inferior del ciclón hasta el extremo superior del ciclón,
aproximadamente a lo largo del eje longitudinal del ciclón.
Esta configuración del flujo del aire en el
interior del ciclón produce una configuración relativamente estable
de variaciones de velocidad y de presión según la anchura del
ciclón, es decir, en un plano substancialmente horizontal. La
velocidad del aire varía en proporción inversa a su presión. Debe
tenerse en cuenta que las velocidades reales del aire y la presión
en cualquier punto dependen de la velocidad y de la presión de
entrada del aire y de las dimensiones del ciclón, pero una vez que
el ciclón está en funcionamiento y está establecida la
configuración del flujo del aire, se produce una configuración
horizontal constante de una zona de velocidad reducida/presión
elevada inmediatamente adyacente a las paredes del ciclón, a
continuación la zona del primer torbellino que es de velocidad
elevada y, por consiguiente de presión baja, a continuación una
zona de transición entre el primero y el segundo torbellinos en la
cual la velocidad del aire disminuye gradualmente, llegando a cero
en el interfaz entre los dos torbellinos, y luego aumenta (en
dirección inversa) hacia el núcleo del segundo torbellino, variando
la presión en sentido inverso a la velocidad.
El producto arrastrado no se desplaza en una
espiral suave alrededor del ciclón: las partículas del producto
impactan entre sí y contra las paredes del ciclón; esto produce el
efecto de trituración/molienda del producto y constituye el
principal efecto de trituración si el producto tratado no es
celular. No obstante, si el producto es celular (por ejemplo,
frutas, verduras, cereales, arcillas) entonces el efecto principal
de trituración/molienda lo produce el desplazamiento del producto
entre las zonas de alta y baja presión descritas anteriormente:
como las partículas celulares se desplazan desde una zona de alta
presión a una zona de baja presión, el material de la parte
exterior de la partícula tiende a descascarillarse bajo la
diferencia de presión. Además, el agua contenida en las partículas
se evapora rápidamente cuando la partícula se desplaza a una zona
de presión baja; esta evaporación puede ser suficientemente rápida
para hacer "explotar" la partícula. Cuando las partículas se
rompen, queda al descubierto una mayor superficie de la partícula y
esto, por supuesto, facilita todavía más la evaporación.
El tamaño final de las partículas del producto
depende de la velocidad de entrada del aire en el ciclón, del
tiempo de permanencia del producto en el ciclón y de la naturaleza
del propio producto: obviamente, algunos productos son más frágiles
que otros y se fracturan más fácilmente con el impacto.
El producto se seca al caer dando vueltas en la
corriente de aire, produciéndose la evaporación tanto de la humedad
superficial como de la humedad contenida en el interior del
producto, tal como se ha descrito anteriormente. La velocidad de
secado se controla por medio de la temperatura y la humedad del
aire, y por la velocidad a la que el producto va siendo triturado:
un producto que se rompe rápidamente en partículas pequeñas se seca
más rápidamente, dado que el aire de secado puede entrar en
contacto con una mayor área superficial del producto.
Aunque, obviamente, el aire caliente seca de
manera más efectiva que el aire frío, para una mayoría de productos
orgánicos es ventajoso mantener una temperatura del producto lo más
baja posible, preferentemente no superior a 50º Centígrados. Aunque
la temperatura del aire de entrada está comprendida habitualmente
dentro de una gama de 70 a 85º Centígrados, el enfriamiento del
producto por evaporación junto con un tiempo de permanencia muy
corto en el ciclón (habitualmente 0,1 segundos para productos
relativamente secos hasta unos tres o cuatro segundos para
productos muy húmedos) ayuda a mantener el calentamiento del
producto a un mínimo: habitualmente la temperatura de salida del
producto es de unos 35º Centígrados. Los sensores de temperatura
indicados mediante (*) en la figura 1 miden la temperatura en los
siguientes lugares:
a) entrada de la soplante (9)
b) en el conducto (10)
c) al inicio del conducto de evacuación (8)
d) a mitad de camino del conducto de evacuación
(8)
e) en la base del ciclón
f) en el centro del ciclón
g) en el borde inferior (6) del núcleo (5).
Generalmente, la temperatura del aire de
evacuación es más elevada que la temperatura del aire de entrada;
debido a la utilización del núcleo cilíndrico (5) como
intercambiador de calor, este diferencial de temperatura se utiliza
para calentar el aire de entrada, lo que da como resultado un
funcionamiento con un rendimiento elevado. Se cree que una
explicación posible del calentamiento del aire de evacuación, es
que el vapor de agua evaporado del producto puede desplazarse a las
zonas de presión más elevada del ciclón debido al gradiente de
actividad del vapor de agua. Efectivamente, dicho vapor de agua
puede ser considerado como sobreenfriado y si existen puntos de
nucleación (proporcionados, por ejemplo, por partículas finas en el
aire de evacuación), el vapor de agua se condensará liberando su
calor de evaporación que calienta el aire circundante. Parece
probable que este fenómeno se produce habitualmente en el interior
del núcleo cilíndrico (5).
En los diseños de los ciclones convencionales,
la posición del primero y el segundo torbellinos en el ciclón, y el
nivel en el ciclón en el cual se invierte el flujo de aire del
primer torbellino para formar el segundo torbellino, tiende a
variar substancialmente durante el periodo de funcionamiento del
ciclón: las configuraciones del movimiento del aire no son estables
y los torbellinos tienen un movimiento de precesión alrededor de
sus posiciones medias. No obstante, para que el ciclón funcione de
manera fiable y constante es importante que los torbellinos sean
tan estables como sea posible, dado que su posición determina los
niveles a los cuales se depositan las partículas en las paredes del
ciclón por medio del chorro de aire y asimismo el tamaño de la
partícula que se deposita. Además, si el segundo torbellino se
desplaza hasta acercarse demasiado a la pared del ciclón, arrastra
algo del material tratado que ha sido depositado en ella y lo
aspira hacia el sistema de evacuación. De este modo se desperdicia
material tratado y asimismo se contaminan los gases de
evacuación.
Se ha descubierto que es posible estabilizar los
torbellinos introduciendo un flujo de aire secundario en el extremo
inferior del ciclón utilizando un dispositivo (13) de
estabilización del flujo de aire (que se muestra a mayor escala en
la figura 2) para admitir un chorro de aire secundario en el
extremo inferior del ciclón, a lo largo del eje longitudinal del
ciclón. Este chorro de aire secundario puede tener la misma
velocidad y presión que el chorro de aire primario admitido a
través del conducto de entrada (10) o puede tener una
velocidad/presión diferentes.
El dispositivo (13) de estabilización del flujo
de aire tiene una forma exterior (14) parcialmente troncocónica y
un orificio central (15) cilíndrico. El eje longitudinal del
orificio (15) está alineado con el eje longitudinal del ciclón (2).
En una forma constructiva alternativa mostrada con líneas de trazos
en la figura 2, el orificio (15) puede ser troncocónico, para
producir un efecto Venturi. La parte exterior (14) y el orificio
(15) pueden ser adelantados o retirados desde el extremo del
ciclón, tal como se indica mediante las flechas (E), tanto juntos
como independientemente uno del otro. Entre la pared exterior de la
parte troncocónica (14) del dispositivo (13) y el extremo inferior
del ciclón, se forma un intersticio anular (X). El tamaño del
intersticio (X) puede ser modificado mediante el desplazamiento del
dispositivo (13), acercándolo o alejándolo del ciclón.
El objetivo del dispositivo (13) de
estabilización del flujo de aire es el de estabilizar los
torbellinos, en particular el segundo torbellino, de modo que no
varíe substancialmente su posición en el interior del ciclón. Esto
significa que el segundo torbellino captará de manera fiable el
material sin tratar de la parte superior del ciclón, pero no
perturbará al material tratado de manera adecuada que haya sido
depositado en la parte inferior del ciclón. Las configuraciones
naturales del flujo de aire en el ciclón, tal como se muestra en la
figura 1, tienden a producir una zona muerta (30) en la parte más
baja del ciclón, adyacente al extremo inferior abierto. Para que el
ciclón funcione de manera eficiente, el material depositado en la
zona muerta (30), que en su momento fluirá fuera del extremo
inferior del ciclón a través del intersticio (X), debe tener unas
partículas del tamaño, densidad y grado de sequedad requeridos.
Además, cualquiera de las partículas menos densas y de mayor tamaño
que hayan sido depositadas más arriba en las paredes del ciclón
serán arrastradas de nuevo por el flujo de aire para un tratamiento
adicional.
Sin el dispositivo (13) de estabilización del
flujo de aire, el material que sale del ciclón a través del
intersticio (X), tiende a presentar las partículas muy mezcladas en
lo que se refiere al tamaño, dado que la precesión del segundo
torbellino significa que algunas partículas han sido tratadas
excesivamente y algunas partículas que precisan un tratamiento
adicional no han sido arrastradas de nuevo y terminan en la zona
muerta.
La utilización del dispositivo (13) de
estabilización del flujo de aire, hace que no solamente el
establecimiento de los torbellinos sea mucho más fiable, sino que
asimismo hace que la posición del segundo torbellino sea regulable:
cuánto más avanzado está el orificio (15) en la base del ciclón,
más se eleva el extremo inferior del segundo torbellino y mayor es
la zona muerta (30). Dado que las partículas de la zona muerta
posiblemente pasen al exterior por el intersticio (X), esto
significa que se incrementa el tamaño de las partículas del
material tratado al hacer avanzar el orificio hacia la base del
ciclón. A la inversa, cuánto más se retira el orificio (15) hacia
la posición de la figura 1, más pequeña es la zona muerta (30) y
por consiguiente, es menor el tamaño de las partículas que pasan
por el intersticio (X).
El dispositivo de estabilización del flujo de
aire puede ser desplazado con respecto a la base del ciclón durante
un proceso de tratamiento, pero en general debería ser fijo para la
recuperación de las partículas de un tamaño determinado al inicio
de una serie de fabricación.
Al hacer avanzar todavía más la parte
troncocónica (14) del dispositivo (13) hacia el extremo del ciclón
se reducirá el tamaño del intersticio anular (X) y de este modo
será más lento el flujo del producto desde el ciclón; al retirar la
parte troncocónica (14) se aumentará la velocidad del flujo del
producto en el ciclón. Durante el funcionamiento, el producto
tiende a abandonar el intersticio anular (X) a chorros o por lotes
debido a la acción pulsante natural del ciclón. La dimensión del
intersticio (X) se regula para el tamaño de partículas
requerido.
En general, se ha descubierto que existe algo de
flujo de aire en la base del ciclón a través del intersticio (X),
produciendo algo de nuevo arrastre del producto desde la zona
muerta (30), pero que este flujo de aire es suficientemente
reducido para que el efecto del nuevo arrastre no sea significativo
en la práctica.
Para que el aparato sea utilizado con la
eficiencia máxima y para permitir que una amplia variedad de
productos sean tratados en condiciones óptimas, es necesario poder
controlar de manera precisa las siguientes variables:
- 1.
- La velocidad del aire introducido en la parte superior del ciclón mediante el conducto (10) de entrada del aire.
- 2.
- El volumen de aire introducido en la parte superior del ciclón a través del conducto (10). Los puntos 1 y 2 se controlan mediante el control de la velocidad de la soplante (9).
- 3.
- La presión del aire en el interior del ciclón. Ésta se controla mediante el control de la velocidad de la soplante (9) en combinación con la regulación de la válvula de control (7) que controla la contrapresión en el ciclón y la presión del aire admitido en el ciclón mediante el dispositivo de estabilización (13).
- 4.
- La humedad del aire introducido a través del conducto (10) de entrada de aire.
- 5.
- la humedad del aire introducido a través del dispositivo (13) de estabilización del flujo de aire. Los puntos 4 y 5 pueden ser controlados conjuntamente o de manera independiente mediante el control de la humedad del aire evacuado expulsado a través del conducto (8), y regulando la mezcla de aire de evacuación/aire atmosférico suministrada a través del conducto (10) de entrada del aire y hacia el dispositivo de estabilización (13) para conseguir la humedad requerida.
- 6.
- La temperatura a la que tiene lugar el secado, es decir, la temperatura en el interior del ciclón. Ésta se controla mediante la regulación de la temperatura del aire suministrado por el conducto de entrada (10) y hacia el dispositivo de estabilización (13), y disponiendo en el ciclón más o menos aislamiento, según se precise.
- 7.
- El contenido en humedad y el tamaño de las partículas del producto final. Estos se controlan variando la velocidad de entrada del material a tratar a través del dispositivo (11) en combinación con la regulación de la presión, la velocidad, la temperatura y la humedad del aire suministrado al conducto de entrada (10) y hacia el dispositivo de estabilización (13), y con la regulación del nivel del extremo inferior (6) del cono de control (5) con respecto al borde inferior (3a) de la parte cilíndrica (3).
En general, para unas condiciones de
funcionamiento determinadas, existe una relación fija entre el
tamaño de las partículas del producto después del tratamiento y su
contenido en humedad. No obstante, si se precisa un contenido de
humedad más elevado sin cambiar el tamaño de las partículas, esto
puede conseguirse cerrando la válvula de control (7) para reducir
la cantidad de aire expulsado al dispositivo de evacuación.
La figura 3 muestra cómo los factores descritos
anteriormente pueden ser controlados de manera independiente para
conseguir unos resultados óptimos para cualquier producto
especificado. Debe tenerse en cuenta que cualquiera de los factores
controlables puede ser controlado de forma manual o puede ser
controlado de forma centralizada mediante ordenador.
Haciendo referencia a la figura 3, la humedad
del aire de evacuación que sale del ciclón (2) a través del
conducto (8), se mide por medio de un monitor (20) que controla una
válvula de mezclado (21). La válvula de mezclado (21) dirige una
parte del aire de evacuación a una tubería (22) que conduce a la
entrada de la soplante (9), o a una tubería (23) que está conectada
a un filtro y/o a un colector de polvo (24), y de manera opcional a
un intercambiador de calor (25). Entre la válvula (21) y la
soplante (9) puede conectarse un segundo filtro y/o un colector de
polvo (no mostrado); sin embargo, esto no siempre es necesario.
Dependiendo de la humedad deseada del aire en el ciclón, la válvula
(21) regula la proporción del aire evacuado que es dirigido a la
entrada de la soplante (9) o es expulsado a la atmósfera a través
del filtro (24) y del intercambiador de calor (25).
El calor del intercambiador de calor (25) puede
ser suministrado a uno o a los dos calentadores de aire (26), (27)
que pueden ser utilizados para calentar, respectivamente, el aire
de entrada suministrado por la soplante (9) al conducto de entrada
(10) y el aire suministrado por la soplante (9) al dispositivo (13)
de estabilización del flujo de aire. Unos sensores (no mostrados)
en el interior del ciclón (2) registran la presión y la humedad en
las zonas operativas del ciclón.
La soplante (9) tiene salidas independientes
para el conducto de entrada (10) y para el cono de control (13)
para permitir que el aire sea suministrado a temperaturas y
velocidades diferentes si fuera necesario. No obstante, para muchos
productos, el aire es suministrado a la misma velocidad y presión,
tanto al conducto de entrada (10) como al dispositivo de
estabilización (13), en cuyo caso la soplante puede estar conectada
a un calentador único que suministra tanto al conducto (10) como al
dispositivo (13). Como alternativa, el aire atmosférico
suministrado a la soplante (9) puede estar precalentado por medio
de un calentador (31).
La secuencia general del funcionamiento del
aparato, desde el inicio, es la siguiente: en primer lugar, se
ajustan los reglajes de la válvula de control (7) y del dispositivo
de estabilización (13) a los reglajes adecuados para el producto a
tratar, y se selecciona una temperatura adecuada para el aire de
entrada al ciclón en base a los datos adquiridos a partir de
anteriores periodos de tratamiento de este producto.
Inicialmente, se pone en marcha la soplante (9)
para conducir aire al conducto (10) de entrada de aire y al
dispositivo (13) de estabilización del flujo de aire; si es
necesario, uno o ambos chorros de aire son calentados utilizando
los calentadores de aire (26) y/o (27), o el calentador (31).
Cuando los monitores de temperatura en el interior del ciclón
indican que el ciclón ha alcanzado la temperatura de funcionamiento
deseada, se alimenta el producto a tratar a la entrada del conducto
del chorro del aire a través del dispositivo (11). Al principio, se
utiliza una velocidad de alimentación lenta y cuando el producto
empieza a salir del ciclón a través del intersticio (X) se aumenta
progresivamente la velocidad de alimentación hasta la velocidad
normal de tratamiento para este producto.
El producto que se está tratando es arrastrado
hacia el ciclón por medio del chorro de aire a través del conducto
de entrada (10) y circula en una trayectoria substancialmente
espiral alrededor del interior del ciclón, tal como se ha descrito
anteriormente. El producto totalmente tratado sale del ciclón a
través del intersticio (X).
Los dibujos muestran solamente una pasada única
a través de un ciclón único, pero debe tenerse en cuenta que pueden
realizarse una serie de pasadas a través de un ciclón único,
simplemente devolviendo los productos tratados desde el punto de
recogida (28) al suministro de producto (29). Como alternativa,
pueden utilizarse dos o más ciclones en serie y/o en paralelo (de
especificaciones iguales o distintas).
\vskip1.000000\baselineskip
El aparato descrito anteriormente puede ser
modificado de varias maneras:
- 1.
- El conducto (10) de entrada de aire puede penetrar en el ciclón en un punto más bajo en la pared del ciclón; cuánto más bajo sea el punto de entrada, más corto es el tiempo de permanencia del producto en el ciclón.
- 2.
- La entrada del conducto (8) de evacuación y el núcleo (5) asociado al mismo pueden estar inclinados con respecto al eje longitudinal del ciclón; el eje longitudinal del conducto (8) y el núcleo (5) pueden ser paralelos al eje longitudinal del ciclón, pero inclinados en sentido horizontal.
- 3.
- El producto a tratar puede ser alimentado al ciclón arrastrado por el chorro de aire que entra a través del dispositivo (13) de estabilización del flujo de aire, en vez de hacerlo por el chorro de aire que entra a través del conducto (10) de entrada. Con este método, el aire sigue siendo introducido en el ciclón a través del conducto (10) de entrada, pero el producto no es alimentado en el chorro de aire a través del dispositivo (11) sino a través de un dispositivo equivalente (no mostrado) situado en la tubería del aire entre la soplante (9) y el dispositivo (13).
- Este método está especialmente indicado para el tratamiento de pequeñas cantidades experimentales de producto.
- 4.
- El fondo del ciclón puede estar cerrado, separadamente del dispositivo (13). En este caso, en vez de que el producto tratado salga del ciclón a través del intersticio (X), el producto es retirado del ciclón a través de una o varias salidas (no mostradas) formadas en la pared de la parte troncocónica (4) adyacentes al fondo del ciclón.
- 5.
- La pared de la parte troncocónica (4) puede estar dotada de una serie de aberturas de retirada, separadas en sentido vertical siguiendo la longitud de dicha parte de manera que las partículas pueden ser extraídas del ciclón por cualquiera de una selección de tamaños diferentes de las partículas.
\vskip1.000000\baselineskip
Las dimensiones y proporciones del ciclón y de
los demás aparatos pueden variar ampliamente para adecuarse al tipo
y volumen del producto a tratar. Las dimensiones habituales del
ciclón a utilizar para el tratamiento de productos alimenticios y
de otros materiales orgánicos, incluyendo serrín, con una
proporción comprendida dentro de una gama de 50 a 400 kg de agua
evaporada por hora, son las siguientes:
- Altura de la parte cilíndrica (3): 1,5 m
- Altura de la parte troncocónica (4): 1,75 m
- Diámetro de la parte cilíndrica (3): 1,1 m
- Diámetro del extremo inferior de la parte troncocónica (4): 80 mm
- Volumen total del ciclón: 2 metros cúbicos
- Proporción del volumen de la parte cilíndrica (3) con respecto a la parte troncocónica (4): 2,5:1
- Ángulo formado en la base de la parte troncocónica (4): comprendido dentro de una gama de 28º a 40º, preferentemente 34º
- Anchura del intersticio anular (X): comprendida dentro de una gama de 5 a 15 mm
- Diámetro del orificio: 15 a 50 mm
- Diámetro del núcleo cilíndrico: 5 a 460 mm
- El diámetro del núcleo cilíndrico (5) está comprendido dentro de una gama del 25 por ciento al 90 por ciento del diámetro de la parte cilíndrica (3).
\vskip1.000000\baselineskip
Las condiciones de funcionamiento de un ciclón
de las dimensiones descritas anteriormente, pueden variar
evidentemente con el producto a tratar, pero habitualmente serían
las siguientes:
- Velocidad del aire de entrada a través del conducto (10) y a través del dispositivo (13) de estabilización: de 35 m por segundo a 120 m por segundo. Pueden utilizarse incluso velocidades mayores para ciertos productos o para limpiar el interior del ciclón. No obstante, la gama preferente de velocidades para la mayor parte de productos es de 65 a 85 m por segundo.
- Presión del aire de entrada, hasta 1,8 bar por encima de la presión atmosférica.
- Temperatura del aire de entrada, comprendida dentro de una gama desde la temperatura ambiente hasta 80º centígrados.
- El aparato descrito anteriormente se ha considerado adecuado para el tratamiento de una gama de materiales muy amplia, incluyendo los siguientes: productos marinos tales como carne de moluscos y conchas de moluscos, desechos de pescado, pescado y algas marinas;
- Productos de cereales tales como trigo, maíz, cebada, cereales cerveceros agotados, residuos, gluten y harina;
- Productos vegetales y hierbas;
- Frutas y nueces;
- Desechos y materiales no biológicos tales como serrín, papel de periódico, paja, cortezas, carbón, hormigón, feldespato, cristal, arcilla y piedra;
- Productos animales tales como cuernos, terciopelo de los cuernos, huesos, tuétano de los huesos, cartílagos y huevos. Los productos líquidos o semilíquidos tales como clara de huevo o gluten pueden ser tratados asimismo de manera satisfactoria.
\vskip1.000000\baselineskip
Contenido inicial de humedad: 89%
Contenido final de humedad del polvo: 8%
Velocidad de alimentación al ciclón: 62 kg por
hora
Producto tratado recuperado del ciclón (en
polvo): 9,5 kg por hora
Temperatura del aire suministrado al conducto
(10) y al dispositivo (13): 75º Centígrados
Velocidad del aire suministrado al conducto (10)
y al dispositivo (13): 95 m por segundo
Volumen de aire suministrado al conducto (10) y
al dispositivo (13): 2,360 metros cúbicos por segundo
\vskip1.000000\baselineskip
Contenido inicial de humedad: 86 por ciento
Contenido final de humedad: 8,2%
Velocidad de alimentación al ciclón: 5,83 kg por
minuto
Producto tratado recuperado del ciclón: 0,816 kg
por minuto
Agua evaporada: 5,01 kg por minuto
Temperatura del aire suministrado al conducto
(10) y al dispositivo (13): 85º Centígrados
Velocidad del aire suministrado al conducto (10)
y al dispositivo (13): 85 m por segundo
Volumen de aire suministrado al conducto (10):
2,36 metros cúbicos por segundo
\vskip1.000000\baselineskip
Ejemplo
3
Contenido inicial de humedad: 55 por ciento
Contenido final de humedad: 16 por ciento
Velocidad de alimentación al ciclón: 7,3 kg por
minuto
Producto tratado recuperado del ciclón: 3,79 kg
por minuto
Agua evaporada: 3,5 kg por minuto
Temperatura del aire suministrado al conducto
(10) y al dispositivo (13): 70º Centígrados
Velocidad del aire suministrado al conducto (10)
y al dispositivo (13): 95 m por segundo; volumen de aire
suministrado al conducto (10): 2,36 metros cúbicos por segundo.
Claims (15)
1. Ciclón (2) que comprende:
- una parte superior cilíndrica (3) que se abre hacia el extremo más ancho de una parte inferior troncocónica (4), estando alineados los ejes longitudinales de dichas partes superior e inferior;
- una entrada (10) de aire primario al ciclón (2) dispuesta de tal modo que el aire de entrada es substancialmente tangencial a la circunferencia del ciclón;
- una salida de evacuación (8) en la parte superior de la parte cilíndrica o adyacente a la misma;
- medios (X) para retirar el producto tratado del ciclón;
- y caracterizado porque existe una válvula de control (7) asociada a dicha salida de evacuación (8) que puede cerrar parcial o totalmente dicha salida de evacuación; y
- una entrada (15) de aire secundario asociada a dicho extremo estrecho (30) de la parte troncocónica (4) y dotada de un dispositivo (13) de estabilización del flujo de aire, que está adaptado para admitir un chorro de aire substancialmente a lo largo del eje longitudinal del ciclón.
2. Ciclón, según la reivindicación 1, en el que
dicho dispositivo (13) de estabilización del flujo de aire está
dispuesto para poder desplazarse (E) entrando y saliendo del
extremo estrecho (30) de la parte troncocónica (4).
3. Ciclón, según la reivindicación 2, en el que
dicho dispositivo (13) de estabilización del flujo de aire tiene
una pared exterior (14) que tiene forma troncocónica y un orificio
interior (15) a través del cual es suministrado el aire utilizado;
estando dimensionado y dispuesto dicho dispositivo de
estabilización del flujo de aire de tal modo que el extremo
estrecho de dicha pared exterior troncocónica (14) puede ser
introducido en el extremo estrecho (30) de dicha parte troncocónica
(4) del ciclón.
4. Ciclón, según la reivindicación 3, en el que
dicho orificio interior (15) está dispuesto de tal modo que puede
desplazarse entrando y saliendo del extremo estrecho de la parte
troncocónica (30), de manera independiente de la pared exterior
troncocónica (14) de dicho dispositivo (13) de estabilización del
flujo de aire.
5. Ciclón, según cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 4, en el que dichos medios para retirar el
producto tratado del ciclón comprenden un intersticio anular (X) en
el extremo estrecho (30) de la parte troncocónica, entre la pared
de la parte troncocónica y el dispositivo (13) de estabilización
del flujo de aire.
6. Ciclón, según la reivindicación 1, en el que
dichos medios para retirar el producto tratado del ciclón
comprenden una o varias salidas formadas en la pared de dicha parte
troncocónica (4) del ciclón.
7. Ciclón, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende además un núcleo
cilíndrico (5) montado en el interior de la parte cilíndrica
superior (3) del ciclón, con el eje longitudinal del núcleo
cilíndrico paralelo o coincidente con el eje longitudinal de dicha
parte superior cilíndrica.
8. Ciclón, según la reivindicación 7, en el que
dicho núcleo cilíndrico (5) rodea la salida de evacuación (8).
9. Ciclón, según la reivindicación 7 o la
reivindicación 8, en el que el diámetro del núcleo cilíndrico (5)
está comprendido dentro de una gama del 25% al 90% del diámetro de
la parte cilíndrica (3).
10. Ciclón, según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la relación entre el volumen
de la parte cilíndrica (3) del ciclón y la parte troncocónica (4)
del ciclón es de 2,5:1.
11. Aparato de molido y secado que incorpora,
por lo menos, un ciclón (2) según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, incluyendo además dicho aparato:
- un dispositivo (11) de entrada del producto, dispuesto para suministrar el producto a tratar en el ciclón en el aire suministrado, a la entrada de aire primario (10) o a la entrada del secundario (15);
- medios de suministro de aire (9) conectados a la entrada de aire primario (10) y a la entrada de aire secundario;
- medios de calentamiento del aire (26, 27, 31) adaptados para calentar el aire suministrado hacia y/o desde dichos medios de suministro de aire;
- medios (21) para el reciclado de la totalidad o de parte del aire evacuado del ciclón a través de la salida de evacuación a dichos medios (9) de suministro de aire.
12. Aparato, según la reivindicación 11, en el
que dichos medios para el reciclado incorporan, por lo menos, un
monitor para medir la humedad y la temperatura del aire evacuado
del ciclón, y una válvula para regular la proporción del aire
evacuado dirigido a los medios de suministro de aire como respuesta
a las lecturas del monitor.
13. Aparato, según la reivindicación 11 ó la
reivindicación 12, que incluye además medios (24) de recogida de
polvo a través de los cuales pasa el aire antes de ser liberado a
la atmósfera.
14. Aparato, según cualquiera de las
reivindicaciones 11 a 13, que incorpora por lo menos dos ciclones,
y que incluye medios para recoger producto desde un primer ciclón y
pasar dicho producto al ciclón o ciclones, en serie.
15. Método para el funcionamiento del aparato de
molido y secado, según la reivindicación 12, que incluye las etapas
de:
- suministrar aire desde los medios (9) de suministro de aire, tanto a la entrada de aire primario (10) como al dispositivo (13) de estabilización del flujo de aire;
- suministrar el producto (29) a tratar, a través del dispositivo (11) de entrada del producto al aire suministrado a la entrada de aire primario (9);
- regular el aire suministrado al dispositivo (13) de estabilización del flujo de aire, según sea necesario para producir un torbellino secundario substancialmente estable en el interior del ciclón;
- controlar la temperatura y la humedad del aire evacuado que pasa a través de la salida de evacuación y reciclar la totalidad o una parte del aire de evacuación a la entrada de los medios (9) de suministro de aire, dependiendo de las lecturas del monitor.
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