ES2532156B1

ES2532156B1 - Device for modifying the mechanical and / or physicochemical properties of a viscous and / or highly attenuating fluid by means of high power ultrasound and corresponding procedure

Info

Publication number: ES2532156B1
Application number: ES201431872A
Authority: ES
Inventors: Juan Manuel RODRÍGUEZ VENTURA; Estela PACHECO MARTÍNEZ; Gianluca MEMOLI; Lian Sheng WANG; Mark HODNETT
Original assignee: Sonicat Systems Sl
Current assignee: Sonicat Systems Sl
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2014-12-18
Publication date: 2016-02-26
Anticipated expiration: 2034-12-18
Also published as: ES2532156A1

Abstract

Dispositivo para modificar las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de un fluido viscoso y/o altamente atenuante mediante ultrasonidos de alta potencia y procedimiento correspondiente. El dispositivo comprende una primera envuelta (2) tubular exterior que define una dirección longitudinal (L), y varios transductores (10) de ultrasonidos de alta potencia montados transversales sobre el perímetro exterior de la envuelta (2). En funcionamiento, los transductores transmiten ondas mecánicas hacia el interior de la envuelta (2) a una frecuencia comprendida entre 10 kHz y 100 kHz. El dispositivo también comprende un cuerpo interior (4) rodeado por la primera envuelta (2) para formar una cámara anular (6) de procesado. Los transductores (10) están configurados y dispuestos sobre la primera envuelta (2) para emitir ondas mecánicas con una densidad de potencia igual o superior a 165 W/I. La invención también plantea un procedimiento para modificar las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de los fluidos tratados en el dispositivo.Device for modifying the mechanical and / or physicochemical properties of a viscous and / or highly attenuating fluid by means of high power ultrasound and corresponding procedure. The device comprises a first outer tubular shell (2) defining a longitudinal direction (L), and several high power ultrasound transducers (10) mounted transverse on the outer perimeter of the shell (2). In operation, the transducers transmit mechanical waves into the envelope (2) at a frequency between 10 kHz and 100 kHz. The device also comprises an inner body (4) surrounded by the first shell (2) to form an annular processing chamber (6). The transducers (10) are configured and arranged on the first shell (2) to emit mechanical waves with a power density equal to or greater than 165 W / I. The invention also raises a method for modifying the mechanical and / or physicochemical properties of the fluids treated in the device.

Description

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DESCRIPCIÓNDESCRIPTION

Dispositivo para modificar las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de un fluido viscoso y/o altamente atenuante mediante ultrasonidos de alta potencia y procedimiento correspondienteDevice for modifying the mechanical and / or physicochemical properties of a viscous and / or highly attenuating fluid by means of high power ultrasound and corresponding procedure

Campo de la invenciónField of the Invention

La invención se refiere a un dispositivo para modificar las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de un fluido con viscosidades superiores a 2 Pas a 30 °C y/o atenuaciones acústicas superiores a de 4 dB/cm/MHz mediante la aplicación de ultrasonidos de alta potencia que comprende una primera envuelta tubular exterior que define una dirección longitudinal, y una pluralidad de transductores de ultrasonidos de alta potencia montados sobre el perímetro exterior de dicha primera envuelta en dirección transversal a dicha dirección longitudinal y que, en funcionamiento, son aptos para transmitir ondas mecánicas hacia el interior de dicha primera envuelta a una frecuencia comprendida entre 10 kHz y 100 kHz.The invention relates to a device for modifying the mechanical and / or physicochemical properties of a fluid with viscosities greater than 2 Pas at 30 ° C and / or acoustic attenuations greater than 4 dB / cm / MHz by applying high ultrasound power comprising a first outer tubular shell defining a longitudinal direction, and a plurality of high power ultrasound transducers mounted on the outer perimeter of said first shell transverse to said longitudinal direction and which, in operation, are capable of transmitting mechanical waves into said first envelope at a frequency between 10 kHz and 100 kHz.

Asimismo, la invención se refiere a un procedimiento para modificar las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de un fluido con viscosidades superiores a 2 Pa s a 30 °C y/o atenuaciones acústicas superiores a de 4 dB/cm/MHz altamente atenuante mediante la aplicación de ultrasonidos de alta potencia de frecuencia comprendida entre 10 kHz y 100 kHz.Also, the invention relates to a method for modifying the mechanical and / or physicochemical properties of a fluid with viscosities greater than 2 Pa at 30 ° C and / or acoustic attenuations greater than 4 dB / cm / MHz highly attenuating by application High power ultrasonic frequency between 10 kHz and 100 kHz.

Estado de la técnicaState of the art

La aplicación de ultrasonidos de alta potencia en un fluido a frecuencias comprendidas entre 10 kHz y 100 kHz e intensidades acústicas superiores a 0,3 W/cm2 inducen la compresión y rarefacción del medio provocando la formación de burbujas de vapor en su interior (burbujas de cavitación). Las burbujas de vapor crecen a lo largo de varios ciclos de compresión/rarefacción, típicamente entre 1 y 3 ciclos, hasta alcanzar una dimensión crítica. Cuando se alcanza esta dimensión pueden ocurrir dos fenómenos:The application of high power ultrasound in a fluid at frequencies between 10 kHz and 100 kHz and acoustic intensities greater than 0.3 W / cm2 induce compression and rarefaction of the medium causing the formation of vapor bubbles inside (bubbles of cavitation) Vapor bubbles grow over several compression / rarefaction cycles, typically between 1 and 3 cycles, until they reach a critical dimension. When this dimension is reached, two phenomena can occur:

i) La burbuja oscila alrededor de su posición de equilibrio a lo largo de varios ciclos de compresión/rarefacción, se fusiona con otras burbujas y alcanza la superficie. Este tipo de burbujas se denomina “burbujas de cavitación estables”.i) The bubble oscillates around its equilibrium position over several compression / rarefaction cycles, merges with other bubbles and reaches the surface. This type of bubble is called "stable cavitation bubbles."

ii) La burbuja colapsa e implosiona, creándose un aumento local de temperatura y presión de varios miles de grados Kelvin y varios cientos de atmosferas. La región en sí es tan pequeña que el calor se disipa rápidamente de forma que la temperatura promedio del fluido no se incrementa. El rápido colapso de las burbujas genera también fuerzas de cizalla, turbulencia local y micro-circulación del fluido. Este tipo de burbujas se denomina “burbujas de cavitación transitorias”.ii) The bubble collapses and implodes, creating a local increase in temperature and pressure of several thousand degrees Kelvin and several hundred atmospheres. The region itself is so small that heat dissipates rapidly so that the average temperature of the fluid does not increase. The rapid collapse of the bubbles also generates shear forces, local turbulence and micro-circulation of the fluid. This type of bubble is called "transient cavitation bubbles."

Ambos fenómenos de cavitación estable y cavitación transitoria permiten modificar o alterar las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de los fluidos. La aplicación controlada de ultrasonidos de potencia en un fluido específico permite conseguir mejoras a nivel industrial tales como, acortar tiempos de procesado, modificar las propiedades mecánicas y/o organolépticas en fluidos alimentarios, aumentar la calidad del producto final, reducir costes de operación y mantenimiento, aumentar el rendimiento industrial, reducir costes energéticos, entre otras mejoras.Both phenomena of stable cavitation and transient cavitation allow to modify or alter the mechanical and / or physicochemical properties of the fluids. The controlled application of power ultrasound in a specific fluid allows to achieve improvements at the industrial level such as, shorten processing times, modify the mechanical and / or organoleptic properties in food fluids, increase the quality of the final product, reduce operation and maintenance costs , increase industrial performance, reduce energy costs, among other improvements.

En la invención, el concepto de modificar las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de un fluido se refiere a procesos tales como, control de la cristalización, filtrado y criba, separación de componentes, control de viscosidad, mezclado, desgasificación, emulsión y homogeneización, eliminación de espumas, inactivación de enzimas e inactivación microbiana, extracción de componentes orgánicos o control de fermentación, entre otros.In the invention, the concept of modifying the mechanical and / or physicochemical properties of a fluid refers to processes such as, control of crystallization, filtering and screening, component separation, viscosity control, mixing, degassing, emulsion and homogenization, foam removal, enzyme inactivation and microbial inactivation, extraction of organic components or fermentation control, among others.

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Un ejemplo de fluido altamente atenuante es la miel. En comparación con el agua que presenta una atenuación a 30°C de 0,0017 dB/cm/MHz, a esa misma temperatura, la miel presenta atenuaciones típicas que se encuentran en el rango de 4 dB/cm/MHz a 170 dB/cm/MHz, dependiendo del tipo de miel.An example of a highly attenuating fluid is honey. Compared to water that has an attenuation at 30 ° C of 0.0017 dB / cm / MHz, at that same temperature, honey has typical attenuations that are in the range of 4 dB / cm / MHz at 170 dB / cm / MHz, depending on the type of honey.

Un primer problema que presenta la miel consiste en que una vez extraída del panal y almacenada en grandes lotes su viscosidad puede aumentar fuertemente e incluso llegar a solidificar, dificultando o imposibilitando su manejo. La miel altamente viscosa o no se puede bombear directamente al pasteurizador que es el proceso habitual para procesar la miel comercial. Los productores de miel han de dejar los barriles en cámaras de calefacción durante horas o incluso días hasta que la miel sea líquida y entonces hacerla pasar por el pasteurizador.A first problem presented by honey is that once extracted from the honeycomb and stored in large batches, its viscosity can increase strongly and even solidify, making it difficult or impossible to handle. Highly viscous honey or cannot be pumped directly to the pasteurizer which is the usual process to process commercial honey. Honey producers must leave the barrels in heating chambers for hours or even days until the honey is liquid and then pass it through the pasteurizer.

Otro de los problemas asociados a la miel ya licuada es la cristalización temprana. La cristalización es un proceso natural por el que la miel cambia de un estado líquido a un estado semisólido resultando en una miel turbia, espesa y granulada. Prácticamente todas las mieles acaban cristalizando, unas a los pocos días de ser extraídas del panal, otras a las semanas o meses.Another problem associated with honey already liquefied is early crystallization. Crystallization is a natural process whereby honey changes from a liquid state to a semi-solid state resulting in a cloudy, thick and granulated honey. Virtually all honeys end up crystallizing, some within a few days of being extracted from the honeycomb, others within weeks or months.

La cristalización de la miel presenta una serie de problemas y limitaciones.The crystallization of honey presents a series of problems and limitations.

A nivel industrial, la miel cristalizada o muy viscosa no puede utilizarse debido a problemas de manejo tales como la dificultad en el bombeo o mezclado con otros ingredientes. En la elaboración de productos artesanos como el turrón, la miel cristalizada o muy viscosa es rechazada y devuelta al procesador de miel.On an industrial level, crystallized or very viscous honey cannot be used due to handling problems such as difficulty in pumping or mixing with other ingredients. In the production of artisan products such as nougat, crystallized or very viscous honey is rejected and returned to the honey processor.

A nivel comercial, existe un problema de aceptación por parte del consumidor. Las grandes superficies exigen al procesador que la miel permanezca líquida en el envase durante un mínimo de tiempo, típicamente 12 meses. Esto se debe en parte a que la gran mayoría de los consumidores prefiere la miel líquida. Otros consumidores consideran de forma equivocada que la miel cristalizada no es apta para el consumo o ha sido adulterada con azúcares.On a commercial level, there is a problem of acceptance by the consumer. Large surfaces require the processor that honey remain liquid in the container for a minimum of time, typically 12 months. This is partly because the vast majority of consumers prefer liquid honey. Other consumers mistakenly believe that crystallized honey is not suitable for consumption or has been adulterated with sugars.

A nivel de seguridad alimentaria, la cristalización de la miel hace que el contenido de humedad en la parte líquida de la miel aumente haciéndola más susceptible a la fermentación.At the level of food safety, the crystallization of honey makes the moisture content in the liquid part of the honey increase making it more susceptible to fermentation.

La miel cristaliza naturalmente porque es una solución supersaturada: tiene una elevada concentración de azúcar (más del 70% p/p) en relación a su bajo contenido en agua (generalmente menos del 20% p/p). Se considera que el principal causante de la cristalización de la miel es la glucosa, uno de los principales azúcares de la miel. La glucosa tiene una baja solubilidad en agua por lo que tiende a precipitar en forma de cristales microscópicos. Estos microcristales sirven como núcleos decrecimiento de un cristal mucho mayor.Honey crystallizes naturally because it is a supersaturated solution: it has a high concentration of sugar (more than 70% w / w) in relation to its low water content (generally less than 20% w / w). It is considered that the main cause of the crystallization of honey is glucose, one of the main sugars in honey. Glucose has a low water solubility so it tends to precipitate in the form of microscopic crystals. These microcrystals serve as decreasing nuclei of a much larger crystal.

Para retrasar el inicio de la cristalización, los productores pasteurizan la miel destinada al consumidor. Durante la pasteurización, la miel se somete a temperaturas elevadas de entre 78- 82 °C durante 1-3 minutos para disolver los cristales de glucosa. Posteriormente la miel se enfría de forma rápida para no dañar el producto en exceso. La pasteurización suele combinarse con un tratamiento de vacío para eliminar las burbujas de aire que también pueden actuar como núcleos de crecimiento.To delay the onset of crystallization, producers pasteurize honey destined for the consumer. During pasteurization, the honey is subjected to elevated temperatures of between 78-82 ° C for 1-3 minutes to dissolve the glucose crystals. Subsequently the honey cools quickly so as not to damage the product in excess. Pasteurization is usually combined with a vacuum treatment to eliminate air bubbles that can also act as growth nuclei.

La pasteurización permite retrasar el inicio de la cristalización hasta 12 meses después de su procesado, tiempo que necesitan los productores de miel para tratarla, envasarla, distribuirla y que llegue a los consumidores de forma líquida.Pasteurization makes it possible to delay the onset of crystallization up to 12 months after its processing, time that honey producers need to treat, package, distribute and reach consumers in liquid form.

El documento GB2435391A muestra un ejemplo del proceso de pasteurización aplicado a la miel.GB2435391A shows an example of the pasteurization process applied to honey.

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Lo que diferencia la miel de otros edulcorantes es que contiene de forma natural vitaminas, minerales y enzimas que le confieren propiedades antivirales, antibacterianas, antiinflamatorias y antifungicidas. Sin embargo, las altas temperaturas aplicadas durante el proceso de pasteurización modifican sus propiedades organolépticas y enzimáticas.What differentiates honey from other sweeteners is that it naturally contains vitamins, minerals and enzymes that confer antiviral, antibacterial, anti-inflammatory and antifungal properties. However, the high temperatures applied during the pasteurization process modify its organoleptic and enzymatic properties.

Por ejemplo, las altas temperaturas en la miel elevan el nivel de hidroximetilfurfural (HMF), un subproducto de la descomposición de la fructosa. La miel fresca no contiene prácticamente HMF, pero su concentración incrementa durante el almacenamiento (envejecimiento) y su tratamiento térmico severo. Por esta razón la Unión Europea (UE) y las Normas Internacionales usan el HMF como un indicador del envejecimiento o daño térmico producido en la miel. Se ha demostrado que calentar la miel a 78°C durante apenas 15-20 segundos eleva el contenido de HMF entre 2 y 5 mg/kg, y tiempos mucho más prolongados como los que se aplican en la industria incrementan el HMF aproximadamente entre 7 y 20 mg/kg. Dependiendo de la historia previa de la miel, es decir, sus condiciones previas de almacenamiento y procesado, el nivel de HMF después de la pasteurización puede acercarse al límite de 40 mg/kg que las normas de la UE e internacionales estipulan para mieles comerciales.For example, high temperatures in honey raise the level of hydroxymethylfurfural (HMF), a byproduct of the breakdown of fructose. Fresh honey contains virtually no HMF, but its concentration increases during storage (aging) and its severe heat treatment. For this reason the European Union (EU) and International Standards use the HMF as an indicator of aging or thermal damage produced in honey. It has been shown that heating honey to 78 ° C for just 15-20 seconds raises the HMF content between 2 and 5 mg / kg, and much longer times such as those applied in the industry increase the HMF approximately between 7 and 20 mg / kg Depending on the previous history of honey, that is, its preconditions for storage and processing, the level of HMF after pasteurization may approach the limit of 40 mg / kg that EU and international standards stipulate for commercial honey.

Se ha demostrado que la pasteurización también causa una reducción del 98% en la actividad de la enzima invertasa, y reducción de la Glucosa Oxidasa (GOX), mermando de esta forma las propiedades antibacterianas y antiinflamatorias de la miel. También se ha demostrado que la pasteurización altera el color, sabor y textura de la miel.It has been shown that pasteurization also causes a 98% reduction in the activity of the enzyme invertase, and reduction of Glucose Oxidase (GOX), thereby reducing the antibacterial and anti-inflammatory properties of honey. Pasteurization has also been shown to alter the color, taste and texture of honey.

Por consiguiente, uno de los objetivos particulares de la invención es ofrecer una alternativa a la pasteurización en miel que permita retrasar el inicio de la cristalización, permitiendo conservar sus atributos de calidad naturales (actividad enzim ática, color, sabor y textura) y evitando el aumento de HMF. No obstante, la invención no se limita exclusivamente a este fluido, sino a fluidos viscosos y/o altamente atenuantes que deban ser procesados con el objetivo de modificar sus propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas.Therefore, one of the particular objectives of the invention is to offer an alternative to pasteurization in honey that allows delaying the onset of crystallization, allowing to preserve its natural quality attributes (enzymatic activity, color, taste and texture) and avoiding the HMF increase. However, the invention is not limited exclusively to this fluid, but to viscous and / or highly attenuating fluids that must be processed in order to modify their mechanical and / or physicochemical properties.

Otro de los objetivos que se plantea la invención en el caso de fluidos alimentarios con problemáticas similares a las de la miel, en cuanto a la su elevada viscosidad consiste en ofrecer una alternativa al calentamiento previo a la pasteurización.Another objective of the invention in the case of food fluids with problems similar to those of honey, in terms of its high viscosity is to offer an alternative to heating prior to pasteurization.

En el estado de la técnica de la industria alimentaria es conocido el uso de ultrasonidos de alta potencia para evitar la cristalización. En este contexto el documento US4050952 propone un procedimiento para inhibir la cristalización y fermentación de la miel que consiste en la aplicación de ultrasonidos a una frecuencia de por lo menos 18 kHz, combinada con el calentamiento de la miel a temperaturas comprendidas entre 10 y 38 °C durante un periodo de tiempo inferior a 5 minutos. No obstante, este procedimiento no soluciona el problema que tienen los procesadores de miel a escala industrial ya que no reduce en cantidad suficiente los cristales de glucosa. Además, este procedimiento tampoco elimina las burbujas de aire presentes en la miel. Por consiguiente, la cristalización aparece igualmente al cabo de pocas semanas después del procesado de la miel.In the state of the art of the food industry it is known to use high power ultrasound to avoid crystallization. In this context, US4050952 proposes a procedure to inhibit the crystallization and fermentation of honey consisting of the application of ultrasound at a frequency of at least 18 kHz, combined with the heating of honey at temperatures between 10 and 38 ° C for a period of less than 5 minutes. However, this procedure does not solve the problem that honey processors have on an industrial scale since it does not reduce glucose crystals sufficiently. In addition, this procedure also does not eliminate air bubbles present in honey. Consequently, crystallization also appears within a few weeks after processing the honey.

Por otro lado, en el estado de la técnica también se conocen varios dispositivos para el tratamiento de fluidos mediante ultrasonidos de alta potencia, pero ninguno de ellos es válido para procesar a nivel industrial fluidos altamente viscosos, tales como la miel que presenta unos valores de viscosidad típicos de 2-3 Pas a 30-40°C.On the other hand, several devices for the treatment of fluids by means of high-power ultrasound are also known in the state of the art, but none of them are valid to process highly viscous fluids at industrial level, such as honey that has values of Typical viscosity of 2-3 Pas at 30-40 ° C.

Por ejemplo, en el documento WO 00/035579 se describe un procedimiento y un dispositivo para irradiación de fluidos a través de ultrasonidos de alta potencia. El dispositivo tiene una geometría y características tales que no son adecuadas para procesar fluidos altamente viscosos a nivel industrial. El documento WO 00/035579 describe un dispositivo de doble pared en donde los transductores se fijan a la pared más exterior. Por el espacio delimitado entre la doble pared circula un líquido de baja atenuación que sirve únicamente para optimizar laFor example, in WO 00/035579 a method and a device for irradiation of fluids through high power ultrasound are described. The device has such geometry and features that are not suitable for processing highly viscous fluids at the industrial level. WO 00/035579 describes a double wall device where the transducers are fixed to the outermost wall. A low attenuation liquid circulates through the space delimited between the double wall that serves only to optimize the

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adaptación de impedancia entre el transductor de ultrasonidos y el medio y por el espacio interior circula el fluido a tratar.impedance adaptation between the ultrasonic transducer and the medium and the fluid to be treated circulates through the interior space.

En el estado de la técnica se describen otros dispositivos y procedimientos para el tratamiento de fluidos a través de ultrasonidos de alta potencia como pueden ser US 2008/0257808, GB2276567 o W02003101577 A1 pero ninguno de ellos es apto para tratar fluidos con una alta atenuación acústica y/o no se pueden aplicar en un proceso en línea como requieren ciertas aplicaciones industriales.Other devices and procedures for the treatment of fluids through high-power ultrasound such as US 2008/0257808, GB2276567 or W02003101577 A1 are described in the state of the art but none of them are suitable for treating fluids with high acoustic attenuation and / or cannot be applied in an online process as certain industrial applications require.

Sumario de la invenciónSummary of the invention

La invención tiene como finalidad proporcionar un dispositivo y un procedimiento adecuados para modificar las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de fluidos con viscosidades superiores a 2 Pa s a 30 °C y/o atenuaciones acústicas superiores a de 4 dB/cm/MHz mediante ultrasonidos de alta potencia con el fin de preservar su calidad, manejo, procesado y/o conservación.The purpose of the invention is to provide a suitable device and method for modifying the mechanical and / or physicochemical properties of fluids with viscosities greater than 2 Pa at 30 ° C and / or acoustic attenuations greater than 4 dB / cm / MHz by ultrasound of High power in order to preserve its quality, handling, processing and / or conservation.

Esta finalidad se consigue mediante un dispositivo para modificar las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de un fluido altamente atenuante mediante la aplicación de ultrasonidos de alta potencia del tipo indicado al principio, caracterizado porque además comprende un cuerpo interior rodeado por dicha primera envuelta exterior de manera que se forma una cámara anular de procesado de dicho fluido, porque dicha pluralidad de transductores están configurados y dispuestos sobre dicha primera envuelta para emitir ondas mecánicas con una densidad de potencia igual o superior a 165 W/l.This purpose is achieved by means of a device to modify the mechanical and / or physicochemical properties of a highly attenuating fluid by applying high power ultrasound of the type indicated at the beginning, characterized in that it also comprises an inner body surrounded by said first outer shell so that an annular processing chamber of said fluid is formed, because said plurality of transducers are configured and arranged on said first shell to emit mechanical waves with a power density equal to or greater than 165 W / l.

Dentro de los fluidos objeto de la invención se incluyen, de forma no limitativa, fluidos como miel, melaza, puré de frutas o vegetales, zumo concentrado, leche concentrada, yogur, helado, batido, aceite, pasta de aceituna, orujo, sirope, mantequilla, margarina, glaseado, chocolate, gelatina, mayonesa, cremas, productos emulsionados, pasta, gel, pasta de dientes, o pintura entre otros.Within the fluids object of the invention include, but are not limited to, fluids such as honey, molasses, fruit or vegetable puree, concentrated juice, concentrated milk, yogurt, ice cream, milkshake, oil, olive paste, marc, syrup, butter, margarine, icing, chocolate, jelly, mayonnaise, creams, emulsified products, paste, gel, toothpaste, or paint, among others.

Así, en la invención se propone un dispositivo en el que la cámara de tratamiento presenta forma de cámara anular y en el que los transductores se fijan a la pared exterior de la primera envuelta. Por esta cámara anular circula el líquido a tratar, mientras que el cuerpo interior puede ser un tubo que queda vacío, ser macizo, o bien hacer circular agua o cualquier otro fluido con el fin de mejorar la eficiencia del dispositivo. Además, esta configuración combinada con densidades de potencia iguales o superiores a los 165 W/l logra que el efecto de los ultrasonidos atraviese por completo el fluido a tratar. Esto no sucedía en los dispositivos del estado de la técnica, ya que en ellos su configuración no permitía el tratamiento de todo el volumen de fluido en conjunto.Thus, in the invention a device is proposed in which the treatment chamber has the shape of an annular chamber and in which the transducers are fixed to the outer wall of the first shell. The liquid to be treated circulates through this annular chamber, while the inner body can be a tube that is empty, solid, or circulate water or any other fluid in order to improve the efficiency of the device. In addition, this configuration combined with power densities equal to or greater than 165 W / l makes the effect of ultrasound completely traverse the fluid to be treated. This did not happen in the devices of the prior art, since in them its configuration did not allow the treatment of the entire volume of fluid as a whole.

Por ejemplo, para la miel, las atenuaciones típicas a 30°C son de 4-7dB/cm/MHz en el caso de miel multifloral, 5,5-6 dB/cm/MHz en el caso de miel de lavanda, 6,5 dB/cm/MHz en el caso de miel de naranjo y de hasta 170 dB/cm/MHz en el caso de la miel de trébol, más conocida por clover honey. A modo de ejemplo, para conseguir la completa destrucción de cristales debido a la cavitación es necesario exponer la miel a una densidad de potencia de al menos 165 W/litro durante una media de 10 minutos.For example, for honey, the typical attenuations at 30 ° C are 4-7dB / cm / MHz in the case of multifloral honey, 5.5-6 dB / cm / MHz in the case of lavender honey, 6, 5 dB / cm / MHz in the case of orange honey and up to 170 dB / cm / MHz in the case of clover honey, better known as clover honey. As an example, to achieve complete destruction of crystals due to cavitation it is necessary to expose the honey at a power density of at least 165 W / liter for an average of 10 minutes.

Otra de las ventajas de la invención reside en que el dispositivo se puede aplicar a escala comercial, ya sea para tratar pequeños lotes o para tratar cantidades industriales.Another advantage of the invention is that the device can be applied on a commercial scale, either to treat small batches or to treat industrial quantities.

Los transductores piezoeléctricos típicamente tienen una potencia de decenas de Watios con una eficiencia del 90% y resuenan a decenas de kHz. Cada uno de los transductores radia una intensidad de entre 0,3 W/cm2 y 2,5 W/cm2. La geometría del dispositivo, el número de transductores, la disposición de los transductores, y sus características son tales que permite una densidad de potencia superior a 165 W/litro.Piezoelectric transducers typically have a power of tens of Watts with an efficiency of 90% and resonate at tens of kHz. Each of the transducers radiates an intensity between 0.3 W / cm2 and 2.5 W / cm2. The geometry of the device, the number of transducers, the arrangement of the transducers, and their characteristics are such that it allows a power density greater than 165 W / liter.

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La invención ofrece también una solución satisfactoria para el tratamiento de fluidos alimentarios que deban ser pasteurizados como la miel y que presenten una viscosidad tan elevada que dificulte o imposibilite su bombeo a través del pasteurizador. Así, el dispositivo según la invención permite tratar la miel con el fin de disminuir su viscosidad y licuarla. Una vez líquida, la miel se puede hacer circular por el pasteurizador convencional.The invention also offers a satisfactory solution for the treatment of food fluids that must be pasteurized like honey and have such a high viscosity that it makes it difficult or impossible to pump them through the pasteurizer. Thus, the device according to the invention allows treating honey in order to reduce its viscosity and liquefy it. Once liquid, honey can be circulated through the conventional pasteurizer.

En el caso de que la miel se haya cristalizado por completo y esté solidificada, previo al dispositivo según la invención se puede incluir una etapa de tratamiento para romper de forma mecánica la miel y hacerla mínimamente fluida para poder circularla por el dispositivo según la invención. Evitando por completo el uso de las cámaras de calefacción.In the event that the honey has completely crystallized and is solidified, prior to the device according to the invention, a treatment step can be included to mechanically break the honey and make it minimally fluid to be able to circulate it through the device according to the invention. Completely avoiding the use of heating chambers.

Así, esto permite reducir costes relacionados con las cámaras de calefacción y tiempos de espera, si bien no permite retrasar la cristalización. Además, para licuar la miel se aplicaría una misma densidad de potencia pero durante menos tiempo.Thus, this allows reducing costs related to heating chambers and waiting times, although it does not allow crystallization to be delayed. In addition, to liquefy honey the same power density would be applied but for less time.

Además, la invención abarca una serie de características preferentes que son objeto de las reivindicaciones dependientes y cuya utilidad se pondrá de relieve más adelante en la descripción detallada de una forma de realización de la invención.Furthermore, the invention encompasses a series of preferred features that are the subject of the dependent claims and whose usefulness will be highlighted later in the detailed description of an embodiment of the invention.

De forma especialmente preferente, la densidad de potencia es igual o superior a 190 W/l para asegurar un tratamiento más homogéneo.Especially preferably, the power density is equal to or greater than 190 W / l to ensure a more homogeneous treatment.

De forma especialmente preferente cada uno de los transductores de la pluralidad de transductores está montado sobre el perímetro exterior de la primera envuelta tubular en dirección perpendicular a la dirección longitudinal, con el objeto de mejorar la eficiencia del tratamiento.Especially preferably, each of the transducers of the plurality of transducers is mounted on the outer perimeter of the first tubular casing in the direction perpendicular to the longitudinal direction, in order to improve the efficiency of the treatment.

En otra forma de realización el cuerpo interior es una segunda envuelta tubular que delimita una cámara interior apta para contener un segundo fluido.In another embodiment, the inner body is a second tubular shell that delimits an inner chamber capable of containing a second fluid.

En una forma de realización preferente del dispositivo, la cámara anular presenta una primera entrada y una primera salida conectables funcionalmente a unos medios de impulsión aptos para producir un flujo continuo del fluido que debe ser tratado a través de la cámara lo que permite su conexión en línea de forma modular, para ampliarlo a escala industrial e incrementar la productividad del dispositivo.In a preferred embodiment of the device, the annular chamber has a first inlet and a first outlet functionally connectable to a drive means capable of producing a continuous flow of the fluid that must be treated through the chamber allowing its connection in Modular line, to expand it on an industrial scale and increase the productivity of the device.

En otra forma de realización la cámara interior comprende una segunda entrada y una segunda salida conectables a un circuito de recirculación del segundo fluido. Este fluido puede utilizarse para evacuar calor y evitar el sobrecalentamiento de la cámara. El fluido interior también puede utilizarse para mejorar o favorecer los fenómenos de cavitación en la primera cámara.In another embodiment the inner chamber comprises a second inlet and a second outlet connectable to a recirculation circuit of the second fluid. This fluid can be used to evacuate heat and prevent overheating of the chamber. The inner fluid can also be used to improve or favor cavitation phenomena in the first chamber.

En otra forma de realización, el dispositivo comprende unos medios de refrigeración asociados a la primera cámara anular con el fin de controlar la temperatura del tratamiento por ultrasonidos.In another embodiment, the device comprises cooling means associated with the first annular chamber in order to control the temperature of the ultrasonic treatment.

En otra forma de realización, los transductores de ultrasonidos fijados a la pared exterior del tubo pueden ser de tipo magnetoestrictivo o piezoeléctrio. En otra forma de realización, la cámara anular comprende medios de presurización aptos para regular la presión interior de la cámara anular. Gracias a ello, se incrementa la presión en las burbujas de vapor en el momento del colapso y así provocar un colapso más rápido. Por consiguiente, se mejora la eficiencia de forma notable.In another embodiment, the ultrasound transducers fixed to the outer wall of the tube can be magnetostrictive or piezoelectric. In another embodiment, the annular chamber comprises pressurizing means capable of regulating the internal pressure of the annular chamber. Thanks to this, the pressure in the vapor bubbles is increased at the time of collapse and thus cause a faster collapse. Consequently, efficiency is significantly improved.

En otra forma de realización, el dispositivo comprende unos medios de calentamiento aguas arriba de la cámara anular aptos para incrementar la temperatura del fluido antes de entrar en la cámara anular. Con ello, el fluido a tratar se puede someter a una etapa de precalentamiento con el fin de optimizar el tratamiento por ultrasonidos.In another embodiment, the device comprises heating means upstream of the annular chamber capable of increasing the temperature of the fluid before entering the annular chamber. With this, the fluid to be treated can be subjected to a preheating stage in order to optimize the ultrasonic treatment.

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El espacio anular depende de las características del fluido a tratar y de las particularidades finales del dispositivo. Así, de forma preferente, para los fluidos de interés anteriormente citados y que presentan viscosidades superiores a 2 Pa s a 30 °C y/o atenuaciones acústicas superiores a 4 dB/cm/MHz, la cámara anular forma un canal que define un espacio de entre 10 y 100 mm y preferentemente de entre 20 y 40 mm.The annular space depends on the characteristics of the fluid to be treated and the final features of the device. Thus, preferably, for the fluids of interest mentioned above and having viscosities greater than 2 Pa at 30 ° C and / or acoustic attenuations greater than 4 dB / cm / MHz, the annular chamber forms a channel that defines a space of between 10 and 100 mm and preferably between 20 and 40 mm.

En otra forma de realización, diferentes dispositivos se pueden conectar en serie y/o en paralelo con el fin de aumentar la producción a escala industrial. Intercalados entre los dispositivos se pueden conectar etapas de mezclado y/o enfriamiento con el fin de mejorar el tratamiento por ultrasonidos.In another embodiment, different devices can be connected in series and / or in parallel in order to increase production on an industrial scale. Interleaved between the devices, mixing and / or cooling stages can be connected in order to improve the ultrasonic treatment.

Preferentemente, los transductores de la pluralidad de transductores están montados agrupados en planos paralelos y perpendiculares a la dirección longitudinal, y los transductores de un mismo plano están orientados radialmente.Preferably, the transducers of the plurality of transducers are mounted grouped in planes parallel and perpendicular to the longitudinal direction, and the transducers of the same plane are radially oriented.

Opcionalmente los planos paralelos son equidistantes y los transductores de un mismo plano están previstos a distancias angulares iguales entre sí.Optionally, parallel planes are equidistant and transducers of the same plane are provided at equal angular distances from each other.

De forma especialmente preferente cada uno de los transductores de la pluralidad de transductores está alineado con el correspondiente transductor inmediatamente anterior y posterior a lo largo de la dirección longitudinal.Especially preferably each of the transducers of the plurality of transducers is aligned with the corresponding transducer immediately anterior and posterior along the longitudinal direction.

Alternativamente la pluralidad de transductores de ultrasonidos está montada sobre el perímetro exterior de la primera envuelta tubular exterior al tresbolillo.Alternatively, the plurality of ultrasound transducers is mounted on the outer perimeter of the first outer tubular casing to the tresbolillo.

Asimismo, la invención plantea un procedimiento para modificarlas propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de fluidos con viscosidades superiores a 2 Pa s a 30 °C y/o atenuaciones acústicas superiores a 4 dB/cm/MHz mediante ultrasonidos de alta potencia apto para ser llevado a cabo con el dispositivo según la invención. Así, el procedimiento según la invención comprende las etapas siguientes: [a] proporcionar una primera envuelta exterior que se extiende a lo largo de una dirección axial y que rodea un cuerpo interior para formar una cámara anular apta para contener el fluido que debe ser tratado, [b] aplicar ultrasonidos de alta potencia sobre el perímetro de la primera envuelta con una densidad de potencia igual o superior a 165 W/l, en una dirección de emisión transversal a la dirección longitudinal hacia el interior de la cámara a una frecuencia y densidad de potencia tales que provoquen la cavitación del fluido que debe ser tratado.Likewise, the invention proposes a method for modifying the mechanical and / or physicochemical properties of fluids with viscosities greater than 2 Pa at 30 ° C and / or acoustic attenuations greater than 4 dB / cm / MHz by means of high-power ultrasound capable of being carried carried out with the device according to the invention. Thus, the method according to the invention comprises the following steps: [a] providing a first outer shell that extends along an axial direction and that surrounds an inner body to form an annular chamber capable of containing the fluid to be treated , [b] apply high power ultrasound on the perimeter of the first envelope with a power density equal to or greater than 165 W / l, in an emission direction transverse to the longitudinal direction towards the inside of the chamber at a frequency and power density such that they cause the cavitation of the fluid to be treated.

La intensidad de los ultrasonidos se atenúa muy pronunciadamente cuando se propaga a través de fluidos muy viscosos y/o atenuantes impidiendo que el tratamiento sea homogéneo en todo el fluido. Por ello, gracias a la configuración de la cámara anular combinada con densidades de potencia superiores a 165 W/l se logra que los ultrasonidos actúen de forma eficiente sobre el fluido tratado ya que su efecto llega por igual a todo el fluido consiguiendo un tratamiento homogéneo con una única etapa de ultrasonicación, sin necesidad de someter el fluido a varias etapas de aplicación de ultrasonidos sucesivas.The intensity of the ultrasound is very pronounced when it propagates through very viscous and / or attenuating fluids, preventing the treatment from being homogeneous throughout the fluid. For this reason, thanks to the configuration of the annular chamber combined with power densities greater than 165 W / l, it is possible for the ultrasound to act efficiently on the treated fluid since its effect reaches the entire fluid equally, achieving a homogeneous treatment with a single stage of ultrasonication, without the need to subject the fluid to several stages of successive ultrasound application.

En una forma de realización preferente la densidad de potencia de los ultrasonidos aplicados es igual o superior a 190 W/l. Esta densidad de potencia o superior se ha mostrado como especialmente eficiente para la modificación de las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de fluidos con viscosidades superiores.In a preferred embodiment the power density of the applied ultrasound is equal to or greater than 190 W / l. This power density or higher has been shown to be especially efficient for the modification of the mechanical and / or physicochemical properties of fluids with higher viscosities.

Según el procedimiento de la invención, el fluido se puede ultrasonicar bajo condiciones estáticas para tratar pequeños lotes o bien se puede ultrasonicar bajo condiciones dinámicas y permitir así el tratamiento en flujo continuo típico de procesos industriales. Por ello, preferentemente, el procedimiento según la invención además comprende las etapas siguientes: [a] proporcionar una primera entrada y una primera salida de la cámara anular, [b]According to the process of the invention, the fluid can be ultrasonicized under static conditions to treat small batches or it can be ultrasonicized under dynamic conditions and thus allow the continuous flow treatment typical of industrial processes. Therefore, preferably, the method according to the invention further comprises the following steps: [a] providing a first inlet and a first outlet of the annular chamber, [b]

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desplazar el fluido que debe ser tratado de forma continua entre la primera entrada y la primera salida.move the fluid that must be treated continuously between the first inlet and the first outlet.

Preferentemente el procedimiento además comprende la etapa de proporcionar un cuerpo interior en forma de una segunda envuelta tubular que delimita una cámara interior y que contiene un segundo fluido, lo cual aumenta la eficacia en la modificación de las propiedades del fluido mediante la aplicación de los ultrasonidos.Preferably, the method further comprises the step of providing an inner body in the form of a second tubular shell that delimits an inner chamber and that contains a second fluid, which increases the efficiency in modifying the properties of the fluid by applying the ultrasound .

Preferentemente el procedimiento también comprende la etapa de proporcionar una segunda entrada y una segunda salida en dicha cámara interior y una etapa de recirculación de dicho segundo fluido entre dicha segunda entrada y dicha segunda salida.Preferably the method also comprises the step of providing a second inlet and a second outlet in said inner chamber and a recirculation stage of said second fluid between said second inlet and said second outlet.

De forma opcional la etapa de aplicación de ultrasonidos se lleva a cabo en dicha cámara anular formando un canal que define un espacio de entre 10 y 100 mm y preferentemente de entre 20 y 40 mm, lo cual se ha constatado como la solución más eficiente en el rango de viscosidades y atenuaciones de los fluidos que se desean tratar.Optionally, the ultrasonic application stage is carried out in said annular chamber forming a channel defining a space between 10 and 100 mm and preferably between 20 and 40 mm, which has been found as the most efficient solution in the range of viscosities and attenuations of the fluids to be treated.

En una variante opcional del procedimiento está prevista una etapa de enfriamiento de dicho fluido en dicha cámara anular.In an optional variant of the process a cooling stage of said fluid is provided in said annular chamber.

En otra forma de realización, del procedimiento comprende una etapa de incremento de la presión en el interior de la cámara anular hasta una presión moderada de entre 100 kPa a 800 kPa, con el fin de incrementar la presión en las burbujas de vapor en el momento del colapso y así obtener un colapso más rápido.In another embodiment, the process comprises a step of increasing the pressure inside the annular chamber to a moderate pressure of between 100 kPa to 800 kPa, in order to increase the pressure in the vapor bubbles at the time of collapse and thus obtain a collapse faster.

Finalmente, en una forma de realización especialmente preferente, el procedimiento comprende una etapa de calentamiento para incrementar la temperatura del fluido entre 25°C y 60°C antes de entrar en la cámara anular.Finally, in a particularly preferred embodiment, the process comprises a heating step to increase the temperature of the fluid between 25 ° C and 60 ° C before entering the annular chamber.

Según el procedimiento de la invención, diferentes dispositivos trabajando bajo condiciones dinámicas se pueden conectar en serie y/o paralelo para acomodar ratios de tratamiento típicos a escala industrial. Intercalados entre los dispositivos se pueden conectar las mencionadas etapas de mezclado y/o enfriamiento con el fin de mejorar el tratamiento por ultrasonidos.According to the process of the invention, different devices working under dynamic conditions can be connected in series and / or parallel to accommodate typical treatment ratios on an industrial scale. Interleaved between the devices, the mentioned mixing and / or cooling steps can be connected in order to improve the ultrasonic treatment.

Asimismo, la invención también abarca otras características de detalle ilustradas en la descripción detallada de una forma de realización de la invención y en las figuras que la acompañan.Likewise, the invention also encompasses other detail features illustrated in the detailed description of an embodiment of the invention and in the accompanying figures.

Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings

Otras ventajas y características de la invención se aprecian a partir de la siguiente descripción, en la que, sin ningún carácter limitativo, se relatan unas formas preferentes de realización de la invención, haciendo mención de los dibujos que se acompañan. Las figuras muestran:Other advantages and features of the invention can be seen from the following description, in which, without any limitation, preferred embodiments of the invention are mentioned, mentioning the accompanying drawings. The figures show:

Fig. 1, una vista esquemática en perspectiva de una instalación dotada de una primera forma de realización de dos dispositivos según la invención, conectados en serie para modificar las propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas de un fluido mediante ultrasonidos de alta potencia.Fig. 1, a schematic perspective view of an installation provided with a first embodiment of two devices according to the invention, connected in series to modify the mechanical and / or physicochemical properties of a fluid by means of high power ultrasound.

Fig. 2, una vista esquemática en perspectiva, parcialmente cortada, de uno de los dispositivos de la figura 1.Fig. 2, a schematic perspective view, partially cut away, of one of the devices of Figure 1.

Fig. 3, una vista en perspectiva de la construcción de la cámara anular del dispositivo de la figura 2.Fig. 3, a perspective view of the construction of the annular chamber of the device of Fig. 2.

Fig. 4, una vista frontal de segunda forma de realización del dispositivo según la invención.Fig. 4, a front view of a second embodiment of the device according to the invention.

Fig. 5, una vista cortada de una tercera forma de realización del dispositivo según la invención.Fig. 5, a cut-away view of a third embodiment of the device according to the invention.

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Fig. 6, una vista en perspectiva de una cuarta forma de realización del dispositivo según la invención.Fig. 6, a perspective view of a fourth embodiment of the device according to the invention.

Fig. 7, una vista en perspectiva de una quinta forma de realización del dispositivo según la invención.Fig. 7, a perspective view of a fifth embodiment of the device according to the invention.

Descripción detallada de unas formas de realización de la invenciónDetailed description of embodiments of the invention

En las figuras 1 a 3 se aprecia una primera forma de realización del dispositivo 1 para someter a ultrasonidos de alta potencia fluidos altamente viscosos y modificar así sus propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas. En particular, el dispositivo 1 está destinado a fluidos con viscosidades superiores a 2 Pa s a 30 °C y/o atenuaciones acústicas superiores a de 4 dB/cm/MHz.In Figures 1 to 3 a first embodiment of the device 1 can be seen to subject high viscosity fluids to high power ultrasound and thus modify its mechanical and / or physicochemical properties. In particular, device 1 is intended for fluids with viscosities greater than 2 Pa s at 30 ° C and / or acoustic attenuations greater than 4 dB / cm / MHz.

La figura 1 muestra la instalación 100 completa en la que dos dispositivos 1 han sido conectados en serie para incrementar su productividad. También se aprecia un mezclador en línea 32 que se ha intercalado entre los dos dispositivos 1 para optimizar la homogeneización del tratamiento.Figure 1 shows the complete installation 100 in which two devices 1 have been connected in series to increase their productivity. There is also an in-line mixer 32 that has been inserted between the two devices 1 to optimize the homogenization of the treatment.

A pesar de que no se ha representado en las figuras, la instalación 100 comprende todos los elementos necesarios para su funcionamiento, tales como sensores y actuadores, panel de control, cableados, conductos hidráulicos, generador de señales de excitación de los dispositivos 1 y demás.Although not shown in the figures, the installation 100 comprises all the elements necessary for its operation, such as sensors and actuators, control panel, wiring, hydraulic conduits, excitation signal generator of devices 1 and so on. .

El dispositivo 1 está formado por una primera envuelta 2 tubular que se extiende a lo largo de una dirección longitudinal L. De forma coaxial a la primera envuelta 2, el dispositivo 1 comprende un cuerpo interior 4 a modo de tubo de menor diámetro. Así entre la primera envuelta 2 y el cuerpo interior 4 se forma una cámara anular 6 destinada a contener el fluido a tratar. En esta forma de realización, el diámetro interior de la primera envuelta 2 es de 218 mm y el diámetro interior del cuerpo interior 4 es de 155 mm. La primera envuelta 2 y el cuerpo interior 4 son concéntricos y tienen un espesor de pared de 3 mm. Además, están fabricados en acero inoxidable de grado alimentario. La cámara anular 6 forma un canal de longitud 500 mm y un espacio anular 14 de 28,5 mm, por lo que su volumen total de tratamiento es de aproximadamente 9 litros.The device 1 is formed by a first tubular casing 2 that extends along a longitudinal direction L. Coaxially to the first casing 2, the device 1 comprises an inner body 4 as a tube of smaller diameter. Thus, between the first shell 2 and the inner body 4 an annular chamber 6 is formed to contain the fluid to be treated. In this embodiment, the inner diameter of the first shell 2 is 218 mm and the inner diameter of the inner body 4 is 155 mm. The first shell 2 and the inner body 4 are concentric and have a wall thickness of 3 mm. In addition, they are made of food grade stainless steel. The annular chamber 6 forms a channel of length 500 mm and an annular space 14 of 28.5 mm, whereby its total treatment volume is approximately 9 liters.

Sobre el perímetro exterior de la primera envuelta 2 hay fijados, preferentemente en dirección perpendicular a dirección longitudinal L, un total de 35 transductores 10 piezoeléctricos que están configurados y dispuestos para emitir ondas mecánicas con una densidad de potencia igual o superior a 165 W/l. Para ello, los transductores 10 presentan una potencia de 50 W y resuenan a 22 kHz, radiando cada uno 1,6 W/cm2. Además, por la configuración del dispositivo 1, la primera envuelta 2 está estructuralmente unida con el cuerpo interior 4 para resonar de forma unitaria, tal y como muestra en detalle la figura 3.A total of 35 piezoelectric transducers 10 that are configured and arranged to emit mechanical waves with a power density equal to or greater than 165 W / l are fixed, preferably perpendicular to the longitudinal direction L, perpendicular to the longitudinal direction 2 . To do this, transducers 10 have a power of 50 W and resonate at 22 kHz, each radiating 1.6 W / cm2. In addition, by the configuration of the device 1, the first shell 2 is structurally connected with the inner body 4 to resonate in unitary form, as shown in detail in Figure 3.

En esta forma de realización, los 35 transductores 10 de cada dispositivo 1 están distribuidos agrupados en planos paralelos y perpendiculares a la dirección longitudinal L. Además, los transductores 10 de un mismo plano están orientados radialmente. Así, se forman 5 anillos de 7 transductores cada uno siguiendo un patrón rectangular, es decir se encuentran alineados entre sí. Cogiendo como referencia el centro de los transductores, los 5 anillos son equidistantes y están separados entre sí 100 mm. En las figuras 1 y 2 también se aprecia que cada uno de los transductores 10 está alineado con el correspondiente transductor 10 inmediatamente anterior y posterior a lo largo de la dirección longitudinal L.In this embodiment, the 35 transducers 10 of each device 1 are distributed grouped in parallel and perpendicular planes to the longitudinal direction L. In addition, the transducers 10 of the same plane are radially oriented. Thus, 5 rings of 7 transducers are formed each following a rectangular pattern, that is, they are aligned with each other. Taking the center of the transducers as a reference, the 5 rings are equidistant and 100 mm apart. In Figures 1 and 2 it is also appreciated that each of the transducers 10 is aligned with the corresponding transducer 10 immediately anterior and posterior along the longitudinal direction L.

Esta forma de realización 1 se ha constatado como la más ventajosa para el tratamiento de miel ya que se consigue una densidad de potencia teórica de 194,4 W/litro.This embodiment 1 has been found to be the most advantageous for the treatment of honey since a theoretical power density of 194.4 W / liter is achieved.

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Se ha constatado que aplicando esta densidad de potencia durante una media de 10 minutos se consigue reducir significativamente el tamaño de los cristales presentes en la miel. Esto retrasa su cristalización a la vez que se mantienen los niveles de Hidroximetilfurfural y se preservan las enzimas Diastasa, Invertasa y la Glucosa Oxidasa. El tiempo exposición al tratamiento de ultrasonidos dependerá del tipo de miel a tratar y de su grado inicial de cristalización.It has been found that applying this power density for an average of 10 minutes significantly reduces the size of the crystals present in honey. This delays its crystallization while maintaining the levels of Hydroxymethylfurfural and preserving the enzymes Diastase, Invertase and Glucose Oxidase. The exposure time to ultrasound treatment will depend on the type of honey to be treated and its initial degree of crystallization.

La disposición de los transductores 10 en el perímetro exterior de la primera envuelta 2, dependerá del fluido a tratar y el cambio de sus propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas que se quiera conseguir. Por ejemplo, para retrasar la cristalización de la miel conservando todas sus propiedades naturales, se ha constatado que una distribución de los transductores 10 siguiendo un patrón regular, es decir, alineados entre sí consigue una mayor eficiencia del volumen tratado y unas mayores presiones acústicas. Para tratar otro tipo de fluido y conseguir otro tipo de cambio mecánico y/o fisicoquímico puede ser conveniente que los transductores 10 estén distribuidos al tresbolillo, ya que puede mejorar la homogeneidad del tratamiento.The arrangement of the transducers 10 in the outer perimeter of the first shell 2, will depend on the fluid to be treated and the change of its mechanical and / or physicochemical properties that it is desired to achieve. For example, to delay the crystallization of honey while retaining all its natural properties, it has been found that a distribution of transducers 10 following a regular pattern, that is, aligned with each other, achieves greater efficiency of the treated volume and higher acoustic pressures. To treat another type of fluid and achieve another type of mechanical and / or physicochemical change it may be convenient that the transducers 10 are distributed to the triplet, since it can improve the homogeneity of the treatment.

Por otra parte, para permitir la conexión en línea del dispositivo 1, la cámara anular 6 presenta una primera entrada 18 y una primera salida 20 conectables funcionalmente a unos medios de impulsión, de tipo bomba, no mostrados en las figuras. Estos medios de impulsión producen un flujo continuo de fluido a través de la cámara anular 6. La primera entrada 18 y la primera salida 20 pueden ser intercambiables tal y como se aprecia en la figura 1.On the other hand, to allow the on-line connection of the device 1, the annular chamber 6 has a first inlet 18 and a first outlet 20 functionally connectable to drive means, pump type, not shown in the figures. These drive means produce a continuous flow of fluid through the annular chamber 6. The first inlet 18 and the first outlet 20 can be interchangeable as can be seen in Figure 1.

Como se ha comentado, entre la primera envuelta 2 y el cuerpo interior 4 tubular queda delimitada la cámara interior 16. Como se verá más adelante, esta última puede estar vacía, ser maciza o bien contener un segundo fluido que preferentemente es agua.As mentioned, between the first shell 2 and the inner tubular body 4 the inner chamber 16 is delimited. As will be seen later, the latter can be empty, solid or contain a second fluid that is preferably water.

Además, la cámara interior 16 presenta un segunda entrada 22 y una segunda salida 24 conectables funcionalmente a unos medios de impulsión para hacer circular el segundo fluido y que no se muestran en las figuras. La segunda entrada 22 y la segunda salida 24 pueden ser intercambiables tal y como se aprecia en la figura 1. Además, el segundo fluido puede ser de cualquier tipo, es decir que puede presentar una mayor o menor atenuación que el fluido que se desea tratar. A pesar de ello, preferentemente se utiliza agua por su reducido coste.In addition, the inner chamber 16 has a second inlet 22 and a second outlet 24 functionally connectable to drive means for circulating the second fluid and which are not shown in the figures. The second inlet 22 and the second outlet 24 can be interchangeable as can be seen in Figure 1. In addition, the second fluid can be of any type, that is, it can have a greater or lesser attenuation than the fluid to be treated. . Despite this, water is preferably used for its reduced cost.

La configuración de la realización 1 es válida tanto para miel como para cualquier fluido que presente una alta viscosidad (es decir, superior a 2 Pa s a 30 °C ) y/o alta atenuación (es decir, superior a 4 dB/cm/MHz) como puede ser el caso de melaza, puré de frutas o vegetales, zumo concentrado, leche concentrada, yogur, helado, batido, aceite, pasta de aceituna, orujo, sirope, mantequilla, margarina, glaseado, chocolate, gelatina, mayonesa, cremas, productos emulsionados, pasta, gel, pasta de dientes, o pintura entre otros.The configuration of embodiment 1 is valid for both honey and any fluid that has a high viscosity (ie, greater than 2 Pa at 30 ° C) and / or high attenuation (that is, greater than 4 dB / cm / MHz ) such as molasses, fruit or vegetable puree, concentrated juice, concentrated milk, yogurt, ice cream, milkshake, oil, olive paste, pomace, syrup, butter, margarine, icing, chocolate, jelly, mayonnaise, creams , emulsified products, paste, gel, toothpaste, or paint among others.

Cabe señalar que el dispositivo 1 se muestra solo a modo de ejemplo para su uso con miel y que la configuración del dispositivo 1 puede variar del mostrado según el fluido a tratar. Por ejemplo, puede variar la longitud, grosor de pared y material de los tubos concéntricos, el espacio anular entre los dos tubos concéntricos, así como el número de transductores 10 y su disposición en el perímetro exterior de la primera envuelta 2.It should be noted that the device 1 is shown by way of example only for use with honey and that the configuration of the device 1 may vary from that shown according to the fluid to be treated. For example, the length, wall thickness and material of the concentric tubes, the annular space between the two concentric tubes, as well as the number of transducers 10 and their arrangement in the outer perimeter of the first shell 2 can vary.

En la figura 3 se observa una forma constructiva preferente de la cámara anular 6 en la zona central 30 del dispositivo 1. De forma especialmente preferente, la primera envuelta 2 y la segunda envuelta están unidas estructuralmente a través de una pluralidad de nervaduras 34 radiales soldadas con el fin de que los dos tubos concéntricos resuenen de forma unitaria.In Fig. 3 a preferred constructive form of the annular chamber 6 is observed in the central area 30 of the device 1. Especially preferably, the first shell 2 and the second shell are structurally joined through a plurality of welded radial ribs 34 in order for the two concentric tubes to resonate together.

Fuera de la zona central 30 de sección transversal constante, el cuerpo interior 4 se estrecha progresivamente hasta llegar al primer y un segundo extremos 26, 28 de la segunda envuelta 2.Outside the central zone 30 of constant cross-section, the inner body 4 progressively narrows until it reaches the first and second ends 26, 28 of the second shell 2.

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Además, a pesar de que tampoco se ha representado en detalle, la cámara anular 6 comprende medios de presurización que permiten regular la presión interior en la cámara anular 6 preferentemente entre 100 kPa y 800 kPa. También está previsto que el dispositivo 1, opcionalmente, disponga de unos medios de calentamiento aguas arriba de la cámara anular 6 para incrementar la temperatura del fluido a entre 25 y 60 °C antes de aplicar el tratamiento por ultrasonidos. Finalmente, el dispositivo 1 también puede tener unos medios de refrigeración asociados a dicha primera cámara anular 6.In addition, although it has not been shown in detail, the annular chamber 6 comprises pressurizing means that allow to regulate the internal pressure in the annular chamber 6 preferably between 100 kPa and 800 kPa. It is also provided that the device 1, optionally, has heating means upstream of the annular chamber 6 to increase the temperature of the fluid to between 25 and 60 ° C before applying the ultrasonic treatment. Finally, the device 1 can also have cooling means associated with said first annular chamber 6.

Según la invención, en la instalación 100 de la figura 1 se llevan a cabo las etapas siguientes: el fluido a tratar entra a la instalación 100 a través de la primera entrada 18. La cámara anular 6 del primer dispositivo 1 se llena y el fluido a tratar sale por la primera salida 20. El fluido a tratar circula a través del mezclador en línea 32 y entra a la cámara anular 6 del segundo dispositivo 1 a través de la primera entrada 18. Cuando la cámara anular 6 del segundo dispositivo 1 se llena, el fluido a tratar sale por la primera salida 20.According to the invention, in the installation 100 of Figure 1 the following steps are carried out: the fluid to be treated enters the installation 100 through the first inlet 18. The annular chamber 6 of the first device 1 is filled and the fluid to be treated exits through the first outlet 20. The fluid to be treated circulates through the in-line mixer 32 and enters the annular chamber 6 of the second device 1 through the first inlet 18. When the annular chamber 6 of the second device 1 is filled, the fluid to be treated exits through the first outlet 20.

Cuando las cámaras anulares 6 de los dos dispositivos 1 se encuentran llenas, se excitan los transductores 10 de ambos dispositivos de forma simultánea sobre la primera envuelta 2. Los 70 transductores 10 de 50W cada uno transmiten ondas mecánicas hacia el interior de la cámara anular 6 con una densidad de potencia teórica de 194,4 W/litro en la dirección perpendicular a la dirección longitudinal L. Esta densidad de potencia es superior al umbral de cavitación por lo que el fluido a tratar empieza a cavitar.When the annular chambers 6 of the two devices 1 are full, the transducers 10 of both devices are excited simultaneously on the first envelope 2. The 70 transducers 10 of 50W each transmit mechanical waves into the annular chamber 6 with a theoretical power density of 194.4 W / liter in the direction perpendicular to the longitudinal direction L. This power density is higher than the cavitation threshold so that the fluid to be treated begins to cavitate.

A modo de ejemplo, en el caso de la miel, excitando los transductores 10 a una frecuencia de 22 kHz y aplicando una densidad de potencia de 194,4 W/litro durante 10 minutos se logra fragmentar, reducir el tamaño y/o eliminar los cristales de glucosa sin necesidad de aplicar las altas temperaturas típicas de la pasteurización. Gracias a ello se logran unos ratios de tratamiento de 80 kg/h a 150 kg/h dependiendo del tipo de miel que se trate. Para obtener ratios de tratamiento mayores, se pueden conectar más dispositivos 1 en serie y/o paralelo o bien alargar la zona central 30 del dispositivo 1, aumentando el número de transductores 10 acoplados.As an example, in the case of honey, exciting the transducers 10 at a frequency of 22 kHz and applying a power density of 194.4 W / liter for 10 minutes, it is possible to fragment, reduce the size and / or eliminate the glucose crystals without the need to apply the high temperatures typical of pasteurization. Thanks to this, treatment rates of 80 kg / h to 150 kg / h are achieved depending on the type of honey being treated. To obtain longer treatment rates, more devices 1 can be connected in series and / or parallel or lengthen the central area 30 of the device 1, increasing the number of coupled transducers 10.

Evidentemente, según el fluido a tratar, la geometría del dispositivo, la frecuencia de trabajo y energía aplicada se logran otros efectos tales como filtraje y criba, separación de componentes, control de viscosidad, mezclado, desgasificación, emulsificación y homogeneización, eliminación de espumas, inactivación de enzimas e inactivación microbiana, extracción de componentes orgánicos, control de fermentación entre otros.Obviously, depending on the fluid to be treated, the geometry of the device, the frequency of work and energy applied are achieved other effects such as filtration and screening, component separation, viscosity control, mixing, degassing, emulsification and homogenization, foam removal, enzyme inactivation and microbial inactivation, extraction of organic components, fermentation control among others.

A continuación se describen otras formas de realización que comparten varias características comunes con las ya descritas en los párrafos anteriores. Por consiguiente, para las características comunes de estas nuevas formas de realización se hace referencia a la descripción de las figuras 1 a 3 anteriores.Other embodiments that share several common characteristics with those already described in the preceding paragraphs are described below. Therefore, for the common characteristics of these new embodiments, reference is made to the description of figures 1 to 3 above.

El dispositivo las figura 4 está destinado a procesar pequeños lotes de fluido. Para ello, la cámara anular 6 cilíndrica (no apreciable en las figuras) pero similar a la de la forma de realización de la figura 2 está montada sobre un soporte 8 dotado de cuatro patas 12 de material elástico destinado a absorber las vibraciones generadas en la cámara anular 6. El dispositivo 1 se llena y vacía de forma manual. A diferencia del dispositivo de la figura 1 a 3 anteriores, el fluido no circula dentro del dispositivo sino que se encuentra en régimen estático.The device in Figure 4 is intended to process small batches of fluid. For this, the cylindrical annular chamber 6 (not appreciable in the figures) but similar to that of the embodiment of Figure 2 is mounted on a support 8 provided with four legs 12 of elastic material intended to absorb the vibrations generated in the annular chamber 6. Device 1 is filled and emptied manually. Unlike the device of Figure 1 to 3 above, the fluid does not circulate inside the device but is in a static regime.

El dispositivo 1 de la figura 5 se diferencia de los anteriores, en el hecho de que el cuerpo interior 4 es macizo. Por otra parte, su sección transversal es cuadrada.The device 1 of Figure 5 differs from the previous ones, in that the inner body 4 is solid. On the other hand, its cross section is square.

El dispositivo 1 de la figura 6, consiste en un dispositivo 1 para lotes pequeños similar al de la figura 4, pero que en este caso presenta una sección transversal poligonal, y en particular de pentágono. Por consiguiente, tal y como se desprende de las figuras 5 y 6, la secciónThe device 1 of Figure 6, consists of a device 1 for small batches similar to that of Figure 4, but in this case has a polygonal cross-section, and in particular a pentagon. Therefore, as shown in Figures 5 and 6, the section

transversal del dispositivo 1 puede ser cualquiera siempre que al final se acabe formando una cámara anular 6 en la que tratar el fluido del cual se quieren modificar sus propiedades mecánicas y/o fisicoquímicas. A pesar de que no se haya representado en detalle, en este caso, la primera y la segunda envueltas están estructuralmente unidas para resonar de forma 5 unitaria.The transverse of the device 1 can be any as long as it ends up forming an annular chamber 6 in which to treat the fluid from which its mechanical and / or physicochemical properties are to be modified. Although it has not been represented in detail, in this case, the first and second envelopes are structurally joined to resonate in unitary form.

En la figura 7 muestra de forma esquemática la sección transversal del que podría ser un dispositivo en continuo o por lotes, en el que a diferencia de los casos anteriores, los transductores 10 son transductores magnetoestrictivos.In figure 7 it shows schematically the cross section of what could be a continuous or batch device, in which unlike the previous cases, transducers 10 are magnetostrictive transducers.

El experto en la materia entenderá que son posibles múltiples variaciones con respecto a las lo formas de realización aquí descritas, sin salir por ello del alcance de la reivindicación principal. En particular, se pueden prever variaciones con respecto a la longitud, grosor de pared y material de los tubos concéntricos, espacio anular entre los dos tubos concéntricos, número y distribución de los transductores en el perímetro exterior del tubo de mayor diámetro, forma y dimensiones del dispositivo, la existencia o no de un segundo fluido o el tipo de transductor 15 utilizado, siempre que el fluido a tratar se confine dentro de un anillo y que la frecuencias y la densidad de potencia aplicada permitan la cavitación del fluido a tratar.The person skilled in the art will understand that multiple variations are possible with respect to the embodiments described herein, without thereby departing from the scope of the main claim. In particular, variations with respect to the length, wall thickness and material of the concentric tubes, annular space between the two concentric tubes, number and distribution of the transducers in the outer perimeter of the tube of greater diameter, shape and dimensions can be provided of the device, the existence or not of a second fluid or the type of transducer 15 used, provided that the fluid to be treated is confined within a ring and that the frequencies and the applied power density allow cavitation of the fluid to be treated.

Claims

5

10

fifteen

twenty

25

30

35

40

1. - Device for modifying the mechanical and / or physicochemical properties of a fluid with viscosities greater than 2 Pa at 30 ° C and / or acoustic attenuations greater than 4 dB / cm / MHz through the application of high power ultrasound comprising :

[a] a first outer tubular shell (2) defining a longitudinal direction (L), and

[b] a plurality of high power ultrasound transducers (10) mounted on the outer perimeter of said first shell (2) transverse to said longitudinal direction (L) and which, in operation, are capable of transmitting mechanical waves to the inside of said first envelope (2) at a frequency between 10 kHz and 100 kHz,

characterized in that it also includes

[c] an inner body (4) surrounded by said first outer shell (2) so that an annular chamber (6) for processing said fluid is formed, because

[d] said plurality of transducers (10) are configured and arranged on said first shell (2) to emit mechanical waves with a power density equal to or greater than 165 W / l.

2. - Device according to claim 1, characterized in that said power density is equal to or greater than 190 W / l.

3. - Device according to claim 1 or 2, characterized in that each of the transducers (10) of said plurality of transducers (10) is mounted on the outer perimeter of said first tubular casing (2) in the direction perpendicular to said direction longitudinal (L).

4. - Device according to any of claims 1 to 3, characterized in that said inner body (4) is a second tubular shell that delimits an inner chamber (16) suitable for containing a second fluid.

5. - Device according to any of claims 1 to 4, characterized in that said annular chamber (6) has a first inlet (18) and a first outlet (20) functionally connectable to a drive means capable of producing a continuous flow of said fluid that must be treated through said chamber (6).

6. - Device according to claim 5, characterized in that said inner chamber (16) comprises a second inlet (22) and a second outlet (24) connectable to a recirculation circuit of said second fluid.

7. - Device according to any of claims 1 to 6, characterized in that it comprises cooling means associated with said first annular chamber (6).

8. - Device according to any of claims 1 to 7, characterized in that the transducers (10) of said plurality of ultrasound transducers (10) are magnetostrictive or piezoelectric transducers.

9. - Device according to any of claims 1 to 8, characterized in that said annular chamber (6) comprises pressurizing means arranged to regulate the internal pressure of said annular chamber (6).

10. - Device according to any of claims 1 to 9, characterized in that it comprises heating means upstream of said annular chamber (6) capable of increasing the temperature of said fluid before entering said annular chamber (6).

13

5

10

fifteen

twenty

25

30

35

40

11. - Device according to any of claims 1 to 10, characterized in that said annular chamber (6) forms a channel defining a space (14) between 10 and 100 mm and preferably between 20 and 40 mm.

12. - Device according to any of claims 1 to 11, characterized in that said transducers (10) of said plurality of transducers (10) are mounted grouped in planes parallel and perpendicular to said longitudinal direction (L), and because the transducers ( 10) from the same plane are oriented radially.

13. - Device according to claim 12, characterized in that said parallel planes are equidistant and the transducers (10) of the same plane are provided at equal angular distances from each other.

14. - Device according to claim 12 or 13, characterized in that each of the transducers (10) of said plurality of transducers (10) is aligned with the corresponding transducer (10) immediately anterior and posterior along said longitudinal direction (L).

15. - Device according to claims 12 or 13, characterized in that said plurality of ultrasound transducers (10) is mounted on the outer perimeter of said first tubular casing (2) external to the treble.

16. - Procedure to modify the mechanical and / or physicochemical properties of a fluid with viscosities greater than 2 Pas at 30 ° C and / or acoustic attenuations greater than 4 dB / cm / MHz highly attenuating by applying high power ultrasound frequency between 10 kHz and 100 kHz, characterized in that it comprises the following stages:

[a] providing a first outer shell (2) that extends along an axial direction and that surrounds an inner body (4) to form an annular chamber (6) capable of containing said fluid to be treated,

[b] applying high power ultrasound on the perimeter of said first shell (2) with a power density equal to or greater than 165 W / l, in an emission direction transverse to said longitudinal direction (L) into said chamber (6) at a power frequency and density such that they cause the cavitation of said fluid to be treated.

17. - Method according to claim 16, characterized in that the power density of said applied ultrasound is equal to or greater than 190 W / l.

18. - Method according to claim 16 or 17, characterized in that it further comprises the following steps:

[a] providing a first input (18) and a first output (20) of said annular chamber (6),

[b] displacing said fluid that must be treated continuously between said first inlet (18) and said first outlet (20).

19. - Method according to any of claims 16 to 18, characterized in that it further comprises the step of providing an inner body (4) in the form of a second tubular shell that delimits an inner chamber (16) and that contains a second fluid.

20. - Method according to claim 19, characterized in that it comprises the step of providing a second inlet (22) and a second outlet (24) in said inner chamber (16)

and a recirculation stage of said second fluid between said second inlet (22) and said second outlet (24).

21. - Method according to any of claims 16 to 20, characterized in that the stage of application of ultrasound is carried out in said annular chamber (6) forming a

5 channel defining a space (14) between 10 and 100 mm and preferably between 20 and 40 mm.

22. - Method according to any of claims 16 to 21, characterized in that it comprises a step of cooling said fluid in said annular chamber (6).

23. - Method according to any of claims 16 to 22, characterized in that it comprises a step of increasing the pressure inside said annular chamber (6)

up to a moderate pressure of between 100 kPa to 800 kPa.

24. - Method according to any of claims 16 to 23, characterized in that it comprises a heating step to increase the temperature of said fluid between 25 ° C and 60 ° C before entering said annular chamber (6).