ES2329408T3 - Sistemas y metodos para reducir la presion en una camara de presion. - Google Patents

Sistemas y metodos para reducir la presion en una camara de presion. Download PDF

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Abstract

Un sistema para reducir la presión en una cámara de presión principal (12), comprendiendo el sistema: una primera válvula (16) en comunicación de fluido con la cámara de presión principal (12); y al menos un sensor (22) acoplado a la cámara de presión principal (12) para detectar un cambio en un primer parámetro asociado con la cámara de presión principal (12); caracterizado por una cámara de presión intermedia (14) para recibir al menos temporalmente una cantidad de fluido presurizado que atraviese la primera válvula (16) desde la cámara de presión principal (12); una segunda válvula (18) acoplada de manera controlable con la primera válvula (16) y configurada para reducir periódicamente de presión de la cámara de presión intermedia (14); y un sistema de control (20) sensible al al menos un sensor (22) para operar de manera controlable las válvulas primera y segunda (16, 18) de tal manera que la presión de la cámara de presión principal (12) sea disminuida incrementalmente durante una cantidad sustancial de tiempo.

Description

Sistemas y métodos para reducir la presión en una cámara de presión.
Campo técnico
La invención se refiere en general al campo de cámaras de alta presión para procesar sustancias orgánicas o inorgánicas. En particular, la invención se refiere a sistemas y métodos para reducir la presión en una cámara altamente presurizada de una manera controlada durante un periodo seleccionado de tiempo.
Antecedentes de la invención
Las cámaras altamente presurizadas se emplean en una variedad de industrias en el procesamiento de sustancias orgánicas o inorgánicas y pueden funcionar a presiones desde 2000 hasta más de 7000 veces la presión atmosférica. En las industrias farmacéutica y biotecnológica, el procesamiento a alta presión se usa para inactivar, esterilizar o modificar sustancias biológicas, por ejemplo para incluir una variedad de medicinas y fármacos.
En la industria alimenticia, las cámaras de presión se usan para procesar sustancias alimenticias a fin de inactivar patógenos y microorganismo presentes en los alimentos. El tratamiento con presión de sustancias alimenticias no expone a los alimentos a los efectos potencialmente dañinos de las altas temperaturas y, por tanto, ayuda a mejorar la palatabilidad, la calidad nutricional, la textura y el color de los alimentos y también puede usarse como un medio de preservación sin añadir conservantes. El tratamiento a alta presión puede tener lugar a temperaturas de producto iniciales que abarcan desde temperaturas por debajo de la temperatura ambiente hasta temperaturas que se aproximan a 100ºC. Las sustancias alimenticias tratadas con presión, tales como carnes listas para consumir, verduras preparadas, zumos de fruta y otros productos, se han beneficiado del procesamiento a alta presión.
El procesamiento de presión puede tener beneficios significativos en términos de función proteínica cambiada, acción enzimática mejorada o reducida y destrucción de membrana celular. Estos efectos pueden llevar a la inactivación de ciertos microorganismos. Típicamente, no resultan modificadas por presión pequeñas macromoléculas que son responsables del sabor, color, olor y nutrición. Un artículo de Avure Technologies, <http://www.fresherunderpressure.
com/science_hpp_review.htm>, expone los usos, beneficios, mecanismos, ventajas y consideraciones restantes relativas al procesamiento a alta presión.
El procesamiento a alta presión comprime y disuelve el gas presente en el producto, y así una despresurización rápida puede dar como resultado un mayor daño celular debido a una expansión rápida del gas. La despresurización controlada puede controlar la textura del producto resultante. Asimismo, debido a que la presión es una de las variables termodinámicas primarias que controlan la compleja estructura biomolecular, se puede usar la alta presión para modificar el estado de conformación biomolecular. Algunas biomoléculas tienen una gran sensibilidad a las variaciones de temperatura o presión. Por tanto, en el uso a alta presión para procesar estas sustancias, se prefiere un control preciso de parámetros de procesamientos en todo el ciclo de procesamiento. Estos parámetros incluyen: presión, temperatura, tiempo de presión, tasa de presurización y tasa de despresurización. La capacidad de reducir presión de una manera controlada permite que estructuras delicadas permanezcan cerca del equilibrio. Por ejemplo, un gas disuelto será capaz de difundirse desde unas estructuras sin ruptura celular y se puede retener mejor los estados moleculares de conformación metaestables.
El enfoque actual usado para despresurizar una cámara de alta presión es abrir un pequeño orificio y permitir que la presión disminuya rápidamente ventilando fluido de la cámara de presión a través del pequeño orificio. Este enfoque, logra un tiempo de despresurización de meramente unos pocos minutos que no es lo suficientemente lento como para impedir la disrupción estructural. El uso de ventilación directa también es más difícil cuando el volumen de procesamiento es pequeño. Incluso una pequeña fuga causará una pérdida significativa de presión.
Para procesar grandes volúmenes, se contempla que podrían usarse múltiples orificios para extender el tiempo de despresurización hasta un período de horas (es decir, aproximadamente una hora o más). El número de orificios podría incrementarse entonces a medida que se reduce la presión para mantener la tasa de despresurización seleccionada. En consecuencia, este sería un enfoque complejo y podría implicar un gran número de componentes de alta presión. De este modo, aún existiría la necesidad de un sistema y un método mejorados para controlar la tasa de despresurización de sustancias durante la despresurización de una operación a alta presión.
El documento EP 0713654, considerado como la técnica anterior más próxima, describe un dispositivo y un método para procesar material líquido a alta presión. El material líquido mismo es presurizado y suministrado a alta presión dentro de una cámara de presurización, véase col. 6, l. 17-49. Posteriormente, el material líquido a alta presión es suministro a un dispositivo de despresurización para su despresurización.
El documento WO 2004/000541 describe un dispositivo y un método de prensado a alta presión, en el que la descompresión de la vasija de presión después de haber prensado una carga se realiza retirando el medio de presión empleado en dos etapas. En una primera etapa, una porción del medio de presión se retira para hacer que la presión de la vasija de presión caiga hasta una presión intermedia. En un segundo escalón, el resto del medio de presión se libera haciendo que la presión de la vasija de presión caiga hasta una presión baja.
Sumario de la invención
El objeto de la presente invención es proporcionar un sistema y un método mejorados para reducir la presión de una cámara altamente presurizada de una manera controlada durante un período seleccionado de tiempo.
Este y otros objetos se logran por un sistema y un método según se definen en las reivindicaciones independientes. Se definen realizaciones adicionales en las reivindicaciones subordinadas.
Según un primer aspecto de la invención, se proporciona un sistema para reducir la presión en una cámara de presión principal. El sistema comprende una primera válvula en comunicación de fluido con la cámara de presión principal; una cámara de presión intermedia para recibir al menos temporalmente una cantidad de fluido presurizado que atraviese la primera válvula desde la cámara de presión principal; una segunda válvula acoplada de manera controlable con la primera válvula y configurada para reducir periódicamente la presión de la cámara de presión intermedia; al menos un sensor acoplado a la cámara de presión principal para detectar un cambio en un primer parámetro asociado con la cámara de presión principal; y un sistema de control sensible al al menos un sensor para operar de manera controlable las válvulas primera y segunda de tal manera que la presión de la cámara de presión principal sea disminuida incrementalmente durante una cantidad sustancial de tiempo.
Según un segundo aspecto de la invención, se proporciona un método para realizar una despresurización escalonada de una cámara de alta presión durante un periodo seleccionado de tiempo. El método comprende los pasos de abrir de manera controlable una primer válvula para permitir que una cantidad de fluido procedente de la cámara de alta presión principal atraviese la primera válvula; recibir al menos parte de la cantidad de fluido que atravesó la primera válvula en una segunda cámara de presión; cerrar la primera válvula cuando se logre una reducción deseada de presión en la cámara principal de alta presión; y abrir de manera controlable una segunda válvula para permitir que un fluido presurizado de la segunda cámara de presión atraviese la segunda válvula después de cerrar la primera
válvula.
Según un tercer aspecto de la invención, se proporciona un sistema para realizar una despresurización escalonada de una cámara principal de alta presión principal durante un periodo seleccionado de tiempo. El sistema comprende unos primeros medios de válvula para permitir que salga una primera cantidad de fluido presurizado desde la cámara principal de alta presión cuando los primeros medios de válvula estén en una posición abierta; medios de recepción para recibir la primera cantidad de fluido presurizado que atraviesa los primeros medios de válvula; unos segundos medios de válvula para permitir que salga una segunda cantidad de fluido presurizado desde los medios de recepción cuando los segundos medios de válvula estén en una posición abierta; y unos medios de control para controlar secuencialmente la apertura y cierre de los primeros medios de válvula y los segundos medios de válvula a fin de despresurizar de manera controlable la cámara de alta presión durante el periodo seleccionado de tiempo.
Por tanto, la presente invención se refiere a sistemas y métodos para realizar una despresurización escalonada de una cámara de alta presión durante un periodo de tiempo seleccionado relativamente largo. Al menos dos válvulas se abren y cierran de manera controlable siguiendo una secuencia para liberar una cantidad predeterminada de presión desde una cámara de alta presión. Al menos parte del fluido presurizado liberado desde la cámara de alta presión se almacena, al menos temporalmente, en una segunda cámara de presión. La segunda cámara de presión está situada entre las dos válvulas. Un sistema de control controla las válvulas en respuesta a una señal de al menos un sensor de presión acoplado a la cámara de alta presión. Pueden incluirse componentes adicionales en el sistema, tales como una intensificador de presión y una bomba de alta presión, acoplados ambos a la cámara de alta presión. Además, al menos un sensor de presión adicional puede funcionar con el primer sensor de presión para mejorar la precisión de la presión medida en la cámara de alta presión.
Detalles y ventajas adicionales de la presente invención se expondrán a continuación con relación a realizaciones ejemplares.
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Breve descripción de los dibujos
En los dibujos, los números de referencia idénticos identifican elementos o actos similares. Los tamaños y posiciones relativas de elementos de los dibujos no están dibujados necesariamente a escala. Por ejemplo, las formas de diversos elementos y ángulos no están dibujados a escala y algunos de estos elementos están agrandados y posicionados arbitrariamente para mejorar la legibilidad de los dibujos. Además, las formas particulares de los elementos según están dibujados no pretenden aportar ninguna información relativa a la forma real de los elementos particulares y se han seleccionado únicamente para un fácil reconocimiento en los dibujos.
La figura 1A es una vista esquemática de una sistema para despresurizar una cámara de presión principal de una manera controlada según una realización ilustrada.
La figura 1B es una vista esquemática de un sistema para despresurizar una cámara principal de presión de una manera controlada y almacenar temporalmente un volumen de fluido en una segunda cámara de presión según otra realización ilustrada.
La figura 1C es una vista esquemática de un sistema para despresurizar una cámara de presión principal de una manera controlada y detectar una caída de presión en la cámara de presión principal con dispositivos de medición alternativos según una realización ilustrada.
La figura 2 es un diagrama de flujo de un método de despresurizar una cámara de presión principal de una manera controlada según una realización.
La figura 3 es un diagrama que muestra una despresurización escalonada de una cámara de presión principal según una realización.
Descripción detallada de realizaciones ejemplares
En la siguiente descripción, se exponen ciertos detalles específicos con el fin de proporcionar una comprensión completa de diversas realizaciones de la invención. Sin embargo, los versados en la técnica comprenderán que la invención puede practicarse sin estos detalles. En otros casos, estructuras bien conocidas asociadas con sistemas de alta presión y métodos de operación de los mismos no se han mostrado o descrito necesariamente en detalle para evitar oscurecer innecesariamente descripciones de las realizaciones de la invención.
A no ser que el contexto lo requiera de otra manera, en toda la memoria y reivindicaciones que siguen, la palabra "comprende" y variaciones de la misma, tales como "comprende" y "que comprende", se han de interpretar en un sentido abierto e inclusivo, es decir, como "que incluye, pero no esta limitado a".
Cualquier título aquí proporcionado es únicamente por conveniencia y no interpreta el alcance o significado de la invención reivindicada.
Los sistemas y métodos descritos en el presente documento no están limitados a sustancias orgánicas tales como, por ejemplo, medicinas farmacéuticas y sustancias alimenticias, sino que pueden usarse en variedad de sustancias para incluir productos tales como madera, metal, plástico, etc. Por tanto, el uso del término "sustancias" no significa limitar o estrechar el alcance de la invención, sino que por el contrario ha de interpretarse en un sentido general y amplio que haga referencia a productos tanto orgánicos como inorgánicos.
La siguiente descripción se refiere en general a sistemas y métodos para despresurizar una cámara llena con líquido altamente presurizado de una manera controlada durante un período de tiempo seleccionado relativamente largo en comparación con sistemas convencionales. En conjunto, los sistemas y métodos, según se describen en el presente documento, pueden reducir, minimizar o incluso eliminar efectos no deseados de las sustancias que se están procesando cuando la cámara de presión es despresurizada a una tasa demasiado rápida. Aunque la presión seleccionada variará dependiendo de la aplicación, presiones en el rango de 200-600 MPa o más se emplean a menudo y son en las que se piensa cuando se hace referencia a procesamiento a alta presión. Se comprenderá que otras variables del proceso también se seleccionan según la aplicación, tal como será determinado por los versados en la técnica. Estas otras variables incluyen cosas tales como la temperatura a la cual se procesa la sustancia y la cantidad de tiempo durante el cual la sustancia está bajo presión, denominado comúnmente tiempo de estancia o tiempo de reten-
ción.
Actualmente, el procesamiento con presión de una sustancia, por ejemplo para destruir microorganismos, puede realizarse en lotes. En un procesamiento por lotes convencional, la sustancia que se va a tratar con presión se coloca dentro de un portador que, a su vez, está colocado en una cámara de presión llena con unos medios de presión, por ejemplo agua. La cámara de presión se cierra y se presuriza a una presión seleccionada, que se mantiene durante un periodo seleccionado de tiempo. Después del periodo seleccionado de tiempo, la cámara de presión se despresuriza rápidamente ventilando el fluido presurizado a través de un orificio y posteriormente se retira el producto tratado de la vasija de presión.
La figura 1A muestra un sistema 10 para despresurizar una cámara de presión principal 12 según una realización ilustrada y ejemplar. El sistema 10 incluye una segunda cámara de presión 14, una primera válvula 16, una segunda válvula 18, un sistema de control 20 y al menos un sensor de presión 22, denominado comúnmente también transductor. La segunda cámara de presión 14 está configurada con un volumen suficiente para recibir al menos temporalmente una cantidad de fluido presurizado al que se le permite fluir a través de la primera válvula 16 desde la cámara de presión principal 12. En una realización, la segunda cámara de presión 14 es una vasija de presión que es significativamente más pequeña que la cámara de presión principal 12. En una realización alternativa mostrada en la figura 1B, la segunda cámara de presión 14 a es un tubo situado entre la primera válvula 16 y la segunda válvula 18.
La primera válvula 16 está situada entre la cámara de presión principal 12 y la segunda cámara de presión 14 y está configurada para permitir que entre una cantidad de fluido presurizado desde la vasija de presión principal 12 a la segunda cámara de presión 14 cuando la primera válvula 16 esté abierta.
La segunda válvula 18 está situada aguas abajo de la segunda cámara de presión 14. La primera válvula 16 y la segunda válvula 18 son controladas secuencialmente para establecer una despresurización escalonada de la cámara de presión principal 12 según se expone a continuación en la descripción operativa.
El sistema de control 20 es un controlador de lógica programable (PLC) según la realización ilustrada. Sin embargo, se entiende y se aprecia que en vez del PLC puedan usarse otros tipos de microprocesadores y sistemas que sean capaces de realizar funciones de temporización y vigilancia de presión automatizadas. El sistema de control 20 está acoplado a la primera válvula 16, la segunda válvula 18 y el al menos un sensor de presión 22. En una realización, el sistema de control 20 también está acoplado a una bomba de alta presión 24 y a una fuente de respaldo 28 de alta presión de menor capacidad.
El sistema de control 20 recibe señales desde el al menos un sensor de presión 22 y usa esta información para controlar la primera válvula 16, la segunda válvula 18, la bomba de alta presión 24 y la fuente de respaldo 28 de alta presión, según una serie de parámetros operacionales programados en el sistema de control 20. Los parámetros operacionales y/o los datos operacionales registrados pueden descargarse del sistema de control 20 o subirse al sistema de control 20 a través de un enlace de comunicaciones serie. El sistema de control 20 se comunica con la primera válvula 16, la segunda válvula 18, la bomba de alta presión 24 y la fuente de respaldo 28 de alta presión de manera eléctrica, electroóptica y/o electromagnética.
El al menos un sensor de presión 22 está acoplado a la cámara de presión principal 12 para vigilar la presión en ella. En la realización ilustrada de la figura 1A, se muestran realmente dos sensores de presión 22. Una razón de tener dos sensores de presión 22 es mejorar la resolución de la medición de presión y respetar cualesquiera límites sobre la precisión del tipo de sensor de presión que se esté empleando. Además, la medición de la presión con sensores de presión múltiples 22 puede hacer al sistema más redundante, por ejemplo si un sensor de presión 22 funciona mal o no está calibrado adecuadamente por alguna razón. También pueden usarse múltiples sensores de presión 22 como una herramienta de diagnóstico, por ejemplo, para determinar cuándo uno de los sensores de presión 22 requiere recalibración.
Cuando se emplean múltiples sensores de presión 22, cada sensor 22 mide independiente de presión de la cámara de presión principal 12. La lógica de control del controlador 20 combina los valores de presión medidos y calcula una presión media. Esta presión media puede ser la medición de presión que se transfiera en la lógica programable para controlar finalmente al menos parte de los otros componentes del sistema, tales como, por ejemplo, la primera válvula 16. Se comprende y se aprecia que unos sensores de presión adicionales 22 (es decir, más de dos sensores de presión) pueden acoplarse a la cámara de presión principal para mejorar adicionalmente la resolución, precisión y redundancia del sistema y del proceso. En una realización, la lógica de control del controlador 20 combina los valores de presión medidos y los cambios de presión calculados basándose en un volumen de fluido liberado por ciclo de operación de válvula.
La bomba de alta presión 24 se usa para presurizar inicialmente la cámara de presión principal 12 antes de cada ciclo operacional. La bomba de alta presión 24 también puede utilizarse para presurizar la fuente de respaldo 28 de alta presión. La fuente de respaldo 28 de alta presión, acoplada a un intensificador/bomba 26 de alta presión programable, puede usarse para mantener una presión programada en la cámara de presión principal 12. Una razón de tener la fuente de respaldo 28 de alta presión acoplada a un intensificador/bomba de alta presión programable 26 es permitir que el sistema 10 se ajuste ante pequeñas fugas procedentes de las válvulas o de las juntas de la cámara de presión principal, las cuales podrían causar una disminución no deseada de de presión en la cámara de presión principal 12. La fuente de respaldo 28 de alta presión es un depósito, mientras que un tipo de intensificador/bomba de alta presión programable 26 es una bomba intensificadora de aire sobre aceite para hacer funcionar un intensificador de alta presión de aire sobre aceite 26, según una realización.
Además de los componentes antes mencionados, en una realización el sistema 10 incluye un estrangulador 30 de flujo, un drenaje 32 y un sensor de presión 34 acoplado a la segunda cámara de presión 14 según la realización ilustrada. Aunque el estrangulador 30 de flujo puede adoptar muchas formas, en una realización el estrangulador 30 de flujo funciona como un dispositivo de contrapresión que tiene un bucle de un entubado helicoidal de pequeño diámetro que restringe el flujo de fluido presurizado que viene desde la segunda válvula 18. El estrangulador 30 de flujo crea una contrapresión (es decir, una presión positiva) en la segunda válvula 18 para desacelerar la tasa de despresurización de la segunda cámara de presión 14 a medida que la segunda cámara de presión 14 se aproxima a de presión atmosfé-
rica.
El estrangulador 30 de flujo es un componente opcional que puede usarse en el sistema de alta presión descrito anteriormente para mantener una presión positiva en la segunda cámara de presión 14. El mantenimiento de de presión positiva en la segunda cámara de presión 14 ayuda a reducir la cavitación dentro de la segunda válvula 18 y a reducir o minimizar así el daño de cavitación en los componentes de válvula. Sin embargo, en sistemas de baja presión (es decir, < 200 MPa), la cavitación no es un problema grave. En consecuencia, se entiende que el estrangulador 30 de flujo no es necesario para sistemas de baja presión. El drenaje 32 recibe el fluido despresurizado y lo descarga o lo encamina hacia una unidad de recirculación (no mostrada).
Adicional o alternativamente, un sensor 34, tal como un sensor de nivel de fluido y/o un sensor de presión, está acoplado a la segunda cámara de presión 14 para vigilar el nivel y/o presión de fluido de la segunda cámara de presión 14. Según se describirá con mayor detalle a continuación, una opción para secuenciar la apertura y cierre de la primera válvula 16 y la segunda válvula 18 por el sistema de control 20 puede depender del nivel y/o presión de fluido medidos en la segunda cámara de presión 34.
La figura 1C muestra aún otra realización del sistema 10 que utiliza un dispositivo de medición acoplado a la cámara de presión principal 12 para detectar un cambio en un primer parámetro asociado con la cámara de presión principal 12. De manera adicional o alternativa al sensor de presión 22, según se describió previamente, el dispositivo de medición podría ser un indicador 36 de caudal volumétrico y/o un medidor 38 de densidad de fluido. En una realización, existe una correlación matemática entre un cambio en la densidad de fluido (el primer parámetro) de la cámara 12 y de presión de la cámara. La densidad puede medirse usando la velocidad acústica del agua de la vasija. En otra realización, existe una correlación física/matemática entre un volumen de fluido retirado de la cámara durante un período de tiempo (es decir, un caudal volumétrico) y la caída de presión en la cámara 12. Estos parámetros, métodos de medición de estos parámetros y las correlaciones físicas/matemáticas resultantes son conocidos en la técnica y pueden programarse, ingresarse, entrarse, manipularse y/o controlarse por medio del controlador 20. Además, se comprende que pueden usarse otros dispositivos y métodos para determinar, directa o indirectamente, la presión en ambas cámaras de presión 12, 14 de manera independiente o en combinación con cualquiera de las realizaciones del sistema 10. Además, puede emplearse más de un dispositivo de medición para aumentar la exactitud y proporcionar redundancia de sistema, según se describió anteriormente con referencia a los sensores de presión múltiples 22.
La figura 2 muestra un diagrama de flujo que describe un método operacional 100 despresurizar lentamente una cámara de presión 12 según una realización. Sin embargo, antes de que pueda comenzar la despresurización, la cámara de presión principal 12 se presuriza inicialmente en el escalón 102. La presurización inicial de la cámara de presión principal 12 se logra usando una bomba de alta presión 24 acoplada a la cámara de presión principal 12. Después de que la cámara principal 12 alcanza de presión deseada, esa presión se mantendrá durante un tiempo necesario de estancia o retención, que depende del tipo de sustancia que se esté procesando de alta presión. El intensificador/bomba de alta presión programable 26 acoplado a la fuente de respaldo 28 de alta presión se usa para mantener de presión de la cámara de presión principal 12. En condiciones de alta presión, pueden tener lugar pequeñas fugas desde las juntas de la cámara de presión principal 12 y provocar fluctuaciones no deseadas de presión de la cámara de presión principal 12. En consecuencia, el intensificador/bomba de alta presión programable 26, acoplado al sistema de control 20, es operado de manera controlable para mantener la presión de la cámara de presión principal 12, no solo durante el tiempo de retención, sino también en cualquier momento durante un ciclo operacional del sistema 10.
El proceso de despresurización comienza cuando se ordena a la primera válvula 16 ir a una posición abierta mediante el sistema de control 20, mientras que la segunda válvula 18 se mantiene cerrada en el escalón 104. Un volumen de fluido fluye desde la cámara de presión 12 a través de la primera válvula 16 hacia la segunda cámara de presión 14. La primera válvula 16 se mantiene abierta hasta que una cantidad deseada de fluido presurizado se libera desde la cámara de presión principal 12 o hasta que la cámara de presión 12 experimenta una caída seleccionada de presión según se expone a continuación con mayor detalle. En el escalón 106, la cantidad deseada de fluido presurizado se deposita en la segunda cámara de presión 14.
En el escalón 108, el sistema de control 20 determina cuándo cerrar la primera válvula 16. En una realización, la primera válvula 16 se cierra después de que la cámara de presión secundaria 14 se llene hasta un nivel deseado, que puede detectarse por el sensor de nivel 34 (figura 1) según el escalón 110. A continuación, la segunda válvula 18 se abre para permitir que el fluido presurizado de la segunda cámara de presión 14 se descomprima hasta una presión casi atmosférica en el escalón 112. El fluido de la segunda cámara de presión 14 fluye a través de la segunda válvula 18 y se descarga en el drenaje 32. Opcionalmente en el escalón 114, se abre la segunda válvula 18, pero al menos parte del fluido presurizado de la segunda cámara de presión 14 no es totalmente descomprimido.
En el escalón 114, el dispositivo de contrapresión 30 mantiene una presión positiva en la segunda cámara de presión 14 para evitar que de presión en la segunda cámara de presión 14 caiga por debajo de un nivel seleccionado. Una vez que de presión de la segunda cámara de presión alcanza el nivel seleccionado, el sistema de control 20 ordena a la segunda válvula 18 que se cierre. Por ejemplo, si una presión operativa de la segunda cámara de presión 14 fuera de aproximadamente 100 MPa, entonces el dispositivo de contrapresión 30 evitaría que de presión de la segunda cámara de presión 14 cayera por debajo de aproximadamente 50 MPa \pm 5MPa, por ejemplo. En otro ejemplo, el dispositivo de contrapresión 30 está configurado para impedir que de presión de la segunda cámara de presión 14 caiga por debajo de 5 MPa \pm 2MPa. Se aprecia que el nivel de presión positiva que se mantiene en la segunda cámara de presión 14 es un parámetro variable que puede seleccionarse según la presión operativa de la segunda cámara de presión 14. Así, los ejemplos proporcionados en el presente documento tienen fines ilustrativos y no pretenden limitar o estrechar el alcance de la invención reivindicada.
Una finalidad de mantener la presión positiva en la segunda cámara de presión 14 es reducir, minimizar o impedir una erosión en una cualquiera o ambas de las válvulas 16, 18. Otra razón es reducir, minimizar o impedir cavitaciones en las tuberías de presión operativas, la primera válvula 16, la segunda válvula 18 o cualquier combinación de los componentes anteriores. Además, una vez que la presión de la cámara de presión principal 12 es suficientemente baja, la primera válvula 16 y la segunda válvula 18 pueden abrirse contemporáneamente.
Según una realización alternativa, la primera válvula 16 se cierra después de que disminuye la presión de la cámara de presión principal 12 una cantidad predefinida de presión según el escalón 116. Recuérdese que al menos un sensor de presión 22 vigila de presión en la cámara de presión principal 12 y se comunica con el sistema de control 20. Después de que se cierre la primera válvula 12, el sistema de control 20 ordenado a la segunda válvula 18 que se abra de modo que se permita a al menos parte del fluido procedente de la segunda cámara de presión 14 fluir a través de la segunda válvula 18 y ser descargado en del drenaje 32 según el escalón 118. Opcionalmente en el escalón 120 y similarmente al escalón 114, el dispositivo de contrapresión 30 mantiene una presión positiva en la segunda cámara de presión 14. Similarmente a la realización anterior, cuando la presión de la cámara de presión principal 12 es suficientemente baja, la primera válvula 16 y la segunda válvula 18 pueden abrirse contemporáneamente.
El gráfico 200 de la figura 3 muestra esquemáticamente que la despresurización de la cámara de presión principal 12 tiene lugar de una manera sustancialmente escalonada durante una periodo relativamente largo de tiempo, en comparación con sistemas convencionales. Aunque la duración del periodo de despresurización puede variar, en una realización el periodo es de más de al menos una hora cuando la despresurización de la cámara de presión principal 12 se practica según la presente invención. El eje vertical del gráfico muestra la presión, P CÁMARA DE PRESIÓN PRINCIPAL en la cámara de presión principal 12. Los ejes horizontales muestran el número de escalones, N ESCALONES y la cantidad de TIEMPO que lleva despresurizar la cámara de presión principal 12, respectivamente. El hueco 202 indica que el proceso de despresurización lleva un periodo de tiempo relativamente largo. La caída de presión, \DeltaP, indica la disminución incremental de la cantidad total de presión experimentada por la cámara de presión principal 12 durante el proceso de despresurización. En una realización, la caída de presión, \DeltaP, es constante para cada escalón sucesivo, N ESCALONES. En otra realización, la caída de presión, \DeltaP, se varía para cada escalón sucesivo, N ESCALON, por ejemplo si la caída de presión, \DeltaP, está basada en un porcentaje de la presión total de la cámara de presión 12. En una realización, el sistema de control 20 opera de manera controlable las válvulas primera y segunda 16, 18 para reducir la presión de la cámara de presión principal 12 en un rango de aproximadamente 0,1% a 5,0% de la presión total de la cámara de presión principal 12 para cada escalón incremental de cada escalón sucesivo, N ESCALONES.
El sistema de control 20 se usa para controlar el proceso de despresurización para alcanzar una tasa deseada de despresurización. En una realización ejemplar, cada escalón, N ESCALÓNS, apunta a una caída de presión de la cámara de presión principal 12 de no más de 10 MPa. Esto es aproximadamente igual a aproximadamente un cambio de 0,1ºC de temperatura para sustancias basadas mayoritariamente en agua. Esto significaría que una despresurización desde 300 MPa hasta la presión atmosférica debería tener lugar en no menos de 30 escalones. Para un control fino óptimo, puede controlarse la tasa de descompresión para que tenga lugar en incrementos más pequeños, por ejemplo hasta un cambio de un MPa por escalón.
En combinación con las realizaciones anteriores o independientemente de las mismas, un método para medir la presión en la cámara de presión principal 12 y/o en la cámara de presión intermedia 14 incluye detectar la presión de la cámara de presión 12, 14 con al menos dos transductores de presión en un primer momento. Los al menos dos transductores de presión generan señales en respuesta a la presión en las cámaras de presión respectivas 12, 14 en el primer momento. El controlador 20 recibe las señales generadas y combina de manera computacional las señales generadas para determinar un valor de presión calculado que se corresponde con la presión de la cámara de presión.
En otra realización, un método para medir una caída de presión en al menos una de las cámara de presión respectivas 12, 14 incluye detectar una primera presión en la cámara de presión 12, 14 con al menos dos transductores de presión 22 en un primer momento. Los al menos dos transductores de presión 22 son operables para generar unas primeras señales en respuesta a la primera presión de la cámara de presión 12, 14. El controlador 22 determina un primer valor de presión calculado basado en las primeras señales generadas por los al menos dos transductores de presión 22. A continuación, se libera una cantidad de fluido desde la cámara de presión 12, 14. Los al menos dos transductores de presión 22 detectan luego una segunda presión en la cámara de presión 12, 14 en un segundo momento, lo cual tiene lugar después de la liberación de la cantidad de fluido. Los al menos dos transductores generan unas segundas señales en respuesta a la segunda presión de la cámara de presión 12, 14. El controlador 20 determina un segundo valor de presión calculado basado en las segundas señales generadas por los al menos dos transductores de presión. Además, el controlador 20 compara el primer valor de presión calculado con el segundo valor de presión calculado para determinar la caída de presión en la cámara de presión 12, 14.
Por lo anterior se apreciará que, aunque se han descrito en el presente documento realizaciones especificas de la invención con fines ilustrativos, pueden hacerse diversas modificaciones sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, se comprenderá que los diversos componentes y escalones de los sistemas y métodos descritos anteriormente pueden usarse en diversas combinaciones unos con otros. En consecuencia, la invención no está limitada más que por el contenido de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (20)

1. Un sistema para reducir la presión en una cámara de presión principal (12), comprendiendo el sistema:
una primera válvula (16) en comunicación de fluido con la cámara de presión principal (12); y
al menos un sensor (22) acoplado a la cámara de presión principal (12) para detectar un cambio en un primer parámetro asociado con la cámara de presión principal (12);
caracterizado por una cámara de presión intermedia (14) para recibir al menos temporalmente una cantidad de fluido presurizado que atraviese la primera válvula (16) desde la cámara de presión principal (12);
una segunda válvula (18) acoplada de manera controlable con la primera válvula (16) y configurada para reducir periódicamente de presión de la cámara de presión intermedia (14); y
un sistema de control (20) sensible al al menos un sensor (22) para operar de manera controlable las válvulas primera y segunda (16, 18) de tal manera que la presión de la cámara de presión principal (12) sea disminuida incrementalmente durante una cantidad sustancial de tiempo.
2. El sistema según la reivindicación 1, en el que la cámara de presión intermedia es una vasija de presión situada entre la primera válvula y la segunda válvula.
3. El sistema según la reivindicación 1 o 2, en el que la cámara de presión intermedia es un tubo situado entre la primera válvula y la segunda válvula.
4. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de control opera de manera controlable las válvulas primera y segunda para reducir la presión de la cámara de presión principal en un rango de aproximadamente 0,1% a 5,0% de la presión total de la cámara de presión principal para cada disminución incremental.
5. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende:
un intensificador de alta presión en comunicación de fluido con la cámara de presión principal y en comunicación de fluido con una fuente de presión, siendo operable el intensificador de alta presión para añadir selectivamente un volumen de fluido a la cámara de presión principal.
6. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que además comprende:
un dispositivo de contrapresión acoplado a la segunda válvula para crear una contrapresión.
7. El sistema según la reivindicación 6, en el que el dispositivo de contrapresión es un bucle de un entubado helicoidal de pequeño diámetro.
8. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un sensor acoplado a la cámara de presión principal es una primer sensor de presión.
9. El sistema según la reivindicación 8, que además comprende:
un segundo sensor de presión acoplado a la cámara de presión principal, siendo operable el sistema de control para determinar de manera computacional un valor de presión calculado en respuesta a señales generadas por el primer sensor de presión y al segundo sensor de presión.
10. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un sensor acoplado a la cámara de presión principal es un transductor de caudal volumétrico.
11. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un sensor acoplado a la cámara de presión principal es un sensor de densidad de fluido.
12. El sistema según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer parámetro asociado con la cámara de presión principal es la presión de la cámara de presión principal.
13. Un método para realizar una despresurización escalonada de una cámara de alta presión principal (12) durante un periodo seleccionado de tiempo, que comprende los pasos de:
abrir de manera controlable una primer válvula (16) para permitir que una cantidad de fluido procedente de la cámara de alta presión principal (12) atraviese la primera válvula (16);
caracterizado por recibir al menos parte de la cantidad de fluido que atravesó la primera válvula (16) en una segunda cámara de presión (14);
cerrar la primera válvula (16) cuando se alcance una reducción deseada de presión en la cámara de alta presión principal (12); y
abrir de manera controlable una segunda válvula (18) para permitir que fluido presurizado de la segunda cámara (14) atraviese la segunda válvula (18) después de cerrar la primera válvula (16).
14. El método según la reivindicación 13, en el que cerrar la primera válvula incluye cerrar la primera válvula después de que la presión de la cámara de alta presión principal disminuya una cantidad predeterminada.
15. El método según la reivindicación 13 o 14, en el que cerrar la primera válvula incluye cerrar la primera válvula después de que la segunda cámara de presión reciba una cantidad predeterminada de fluido desde la cámara de alta presión principal.
16. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 13-15, que comprende además:
cerrar la segunda válvula antes de que la presión de la segunda cámara de presión alcance la presión atmosférica.
17. El método según la reivindicación 16, en el que cerrar la segunda válvula antes de que la presión de la segunda cámara de presión alcance la presión atmosférica incluye mantener la presión de la segunda cámara de presión en el intervalo de alrededor de 5 a 50 MPa.
18. El método según la reivindicación 17, en el que mantener la presión en la segunda cámara de presión incluye desarrollar una contrapresión en una tubería de presión entre la segunda válvula y un dispositivo de contrapresión.
19. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 13-18, que además comprende:
añadir una cantidad de fluido a la cámara de presión principal con un intensificador de alta presión durante el proceso de descompresión si las fugas superan la cantidad de líquido retirado.
20. El método según una cualquiera de las reivindicaciones 13-19, que además comprende:
abrir de manera controlable y contemporánea la primera válvula y la segunda válvula después de que la presión de la cámara de alta presión principal esté por debajo de un umbral seleccionado.
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