ES2557429T3

ES2557429T3 - Aparato y método para dosificar una mezcla de un gas y un material fluido

Info

Publication number: ES2557429T3
Application number: ES10176525.3T
Authority: ES
Inventors: Charles P. Ganzer
Original assignee: Nordson Corp
Current assignee: Nordson Corp
Priority date: 2007-02-16
Filing date: 2008-02-04
Publication date: 2016-01-26
Anticipated expiration: 2028-02-04
Also published as: US7703705B2; JP2008207176A; EP1958750B1; JP5495494B2; US9038921B2; US20080197209A1; CN101306332B; EP1958750A2; US20100163640A1; EP2272648B1; CN101306332A; EP1958750A3; EP2272648A1; ES2452347T3

Abstract

Un aparato para dosificar una mezcla de un gas presurizado y un material fluido, comprendiendo el aparato: un dispositivo de mezclado (16) que incluye una cámara de mezclado (30) que confina una corriente del material fluido y una mezcladora (32) en el interior de dicha cámara de mezclado (30), configurada dicha mezcladora (32) para combinar el gas presurizado con la corriente del material fluido para formar la mezcla; un dosificador (12) que está acoplado en comunicación de fluidos con dicha cámara de mezclado (30), configurado dicho dosificador (32) para recibir y dosificar la mezcla; y un dispositivo de inyección de gas (60) que tiene una entrada (84) que está configurada para recibir el gas presurizado, una salida (66) que está acoplada con dicha cámara de mezclado (30) de dicho dispositivo de mezclado (16), y un paso de gas entre dicha entrada (84) y dicha salida (66), configurado dicho dispositivo de inyección de gas (60) para comunicar el gas presurizado desde dicha entrada (84) a través de dicho paso de gas hasta dicha salida (66) y desde dicha salida (66) al interior de dicha cámara de mezclado (30) y que incluye un orificio de control (98) que se encuentra en dicho paso de gas entre dicha entrada (84) y dicha salida (66), estando configurado dicho orificio de control (98) para medir un caudal del gas presurizado a dicha salida (66); caracterizado por que dicho dispositivo de inyección (60) incluye un elemento de control de flujo (96) que incluye un émbolo (106), un asiento (114) entre dicha salida (66) y dicho orificio de control (98), y un elemento de desvío (112) que aplica una fuerza de desvío que empuja dicho émbolo (106) hasta su contacto con dicho asiento (114), dicho émbolo (106) móvil en relación con dicho asiento (114) para proporcionar un primer estado en el que el gas presurizado puede fluir en dicho paso de gas desde dicha entrada (84) a través de dicho orificio de control (98) hasta dicha salida (66) y un segundo estado en el que se bloquea que el gas presurizado fluya hasta dicha salida (66).

Description

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DESCRIPCION

Aparato y metodo para dosificar una mezcla de un gas y un material fluido Referencia cruzada a las solicitudes relacionadas

La presente solicitud reivindica el beneficio de la solicitud provisional de los Estados Unidos con N° 60/890.377, presentada el 16 de febrero de 2007.

Campo de la invencion

La presente invencion se refiere, en general, a aparatos y metodos de dosificacion y, mas en particular, a aparatos y metodos para formar y dosificar una mezcla de un gas y un material fluido.

Antecedentes de la invencion

Los medios y materiales fluidos, tal como materiales polimericos como adhesivos de fusion en caliente termoplasticos, revestimientos polimericos, pinturas, y otros materiales termoplasticos y / o termoestables, pueden espumarse antes de dosificarse. Para ese fin, los sistemas de dosificacion convencionales pueden introducir un gas, tal como nitrogeno, dioxido de carbono, o suministro de aire comprimido, en solucion con un material fluido presurizado. Se arrastran volumenes del gas compresible en el material fluido incompresible. Cuando se dosifica el material fluido, los volumenes arrastrados de gas se expanden con rapidez y quedan atrapados en el interior del material fluido para generar un material fluido espumado. Estas celulas atrapadas comprenden pequenas burbujas de gas distribuidas a traves de la totalidad del material fluido.

Un material fluido que puede dosificarse en un estado espumado es un adhesivo de fusion en caliente fundido. Un efecto de las burbujas de gas es actuar como pequenos aislantes, lo que prolonga el tiempo abierto de un adhesivo de fusion en caliente espumado para la colocacion del producto. Otro efecto de las burbujas de gas es reducir la viscosidad de trabajo del adhesivo de fusion en caliente de tal modo que el adhesivo de fusion en caliente espumado es mas extensible. Debido a que el adhesivo de fusion en caliente espumado se extiende con mas facilidad para cubrir mas area superficial, el consumo de adhesivo se reduce.

Los adhesivos de fusion en caliente espumados presentan un rendimiento mejorado que se caracteriza por una fuerza de union elevada, unos tiempo de curado mas prolongados, una union mas fuerte a superficies porosas o irregulares, la capacidad de dosificar sobre superficies inclinadas o verticales, y una union mejorada a materiales conductores. Los adhesivos de fusion en caliente espumados reducen los costes mediante la reduccion del consumo de adhesivo. La apariencia del producto se mejora por la capacidad de unir materiales termosensibles, la blancura del adhesivo, y la estrecha lmea de union.

Los selladores representan otro material fluido que puede dosificarse en un estado espumado para crear sellos de espuma de celula cerrada que actuan como barreras de larga duracion efectivas frente al aire, el polvo, el vapor y los fluidos en diversas aplicaciones. El sellador puede ser cualquier material que pueda bombearse, tal como poliuretano, silicona o plastisol. Debido a que se usa un gas, los selladores espumados retienen sus propiedades ffsicas fundamentales, tal como resistencia a la temperatura y resistencia qmmica. El uso de esta tecnologfa de “espuma en el sitio” para los selladores reduce el uso de materiales costosos tales como poliuretanos y siliconas, mejora la compresibilidad y la elasticidad, y reduce el tiempo de endurecimiento. Los selladores espumados pueden aplicarse por dispositivos roboticos, lo que requiere menos trabajo que aplicar manualmente juntas cortadas a troquel. La colocacion de juntas de espuma en el sitio automatizada aumenta la produccion, reduce el trabajo y los costes de material, y mejora la calidad a traves de una colocacion de juntas precisa y consistente.

A pesar de que los sistemas de dosificacion convencionales para materiales fluidos espumados son adecuados para su fin previsto, no obstante sena deseable proporcionar aparatos de dosificacion simplificados para introducir, de manera eficiente y economica, un gas en un material fluido.

A partir del documento EP 0 509 323 A2 asf como a partir de los documentos WO 02/14044 A1 y EP 0 428 873 A2 se conocen unos sistemas de dosificacion, que pueden usarse con el fin de dosificar una mezcla de gas y material fluido.

Sumario de la invencion

De acuerdo con una realizacion, un dispositivo de inyeccion de gas incluye un cuerpo principal que tiene una entrada configurada para recibir un gas presurizado, una salida configurada para expulsar el gas presurizado, un paso de gas que conecta la entrada y la salida, y un orificio de control en el paso de gas. El orificio de control esta configurado para medir un caudal del gas presurizado que fluye hasta la salida. El dispositivo de inyeccion de gas incluye ademas un elemento de control de flujo en el paso de gas. El elemento de control de flujo tiene un primer estado en el que el gas presurizado puede fluir en el paso de gas desde la entrada a traves del orificio de control hasta la salida y un segundo estado en el que se bloquea que el gas presurizado fluya hasta la salida.

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De acuerdo con otra realizacion, se proporciona un aparato para dosificar una mezcla de un gas presurizado y un material fluido. El aparato comprende un dispositivo de mezclado que incluye una camara de mezclado que confina una corriente del material fluido y una mezcladora en el interior de la camara de mezclado. La mezcladora esta configurada para combinar el gas presurizado con la corriente del material fluido para formar la mezcla. Un dosificador esta acoplado en comunicacion de fluidos con la camara de mezclado. El dosificador esta configurado para recibir y dosificar la mezcla. El aparato incluye ademas un dispositivo de inyeccion de gas que tiene una entrada configurada para recibir el gas presurizado, una salida que esta acoplada con el dispositivo de mezclado, y un paso de gas entre la entrada y la salida. El dispositivo de inyeccion de gas esta configurado para comunicar el gas presurizado desde la entrada a traves del paso de gas hasta la salida y desde la salida al interior de la camara de mezclado.

De acuerdo con otra realizacion, un metodo comprende inyectar un gas presurizado en una corriente de un material fluido a traves de una camara de mezclado, combinar el gas presurizado con el material fluido en el interior de la camara de mezclado para formar la mezcla, y dosificar la mezcla. El gas presurizado se suministra directamente a la camara de mezclado.

Breve descripcion de los dibujos

Los dibujos adjuntos, que se incorporan en y constituyen una parte de la presente memoria descriptiva, ilustran realizaciones de la invencion y, junto con una descripcion general que se ha dado en lo que antecede, y la descripcion detallada de las realizaciones que se da en lo sucesivo, sirven para explicar los principios de la invencion.

La figura 1 es una vista en perspectiva de diagrama de una realizacion de un sistema de dosificacion para dosificar

una mezcla de un gas y un material fluido en la que el sistema de dosificacion incluye un dispositivo de mezclado y

un dispositivo de inyeccion de gas que esta acoplado con la camara de mezclado.

La figura 1A es una vista en perspectiva de una porcion del dispositivo de mezclado de la figura 1 con el dispositivo de inyeccion de gas desmontado de la camara de mezclado.

La figura 2 es una vista desde arriba del dispositivo de mezclado de la figura 1.

La figura 3 es una vista lateral de una porcion del dispositivo de mezclado de la figura 1.

La figura 4 es una vista en seccion transversal del dispositivo de mezclado que se toma en general a lo largo de la lmea 4-4 en la figura 2.

La figura 5 es una vista en seccion transversal del dispositivo de mezclado que se toma en general a lo largo de la lmea 5-5 en la figura 2.

La figura 6 es una vista en perspectiva de la mezcladora que se usa en el dispositivo de mezclado de la figura 1.

La figura 7 es una vista en perspectiva del dispositivo de inyeccion de gas de la figura 1 que se ilustra como desmontado de la camara de mezclado del sistema de dosificacion.

La figura 7A es una vista en seccion transversal que se toma en general a lo largo de la lmea 7A-7A en la figura 7 en la que la punta de aguja del dispositivo de inyeccion de gas se muestra separada del asiento de sellado para inyectar gas en el material fluido en el interior de una camara de mezclado del dispositivo de mezclado.

La figura 8 es una vista en seccion transversal ampliada de una porcion inferior del dispositivo de inyeccion de gas de la figura 7A.

La figura 9 es una vista en seccion transversal ampliada de una porcion de la figura 8.

La figura 10 es una vista en seccion transversal similar a la figura 10 en la que la punta de aguja se encuentra en contacto con el asiento de sellado.

La figura 11 es una vista en seccion transversal ampliada de una porcion diferente de la figura 7A.

La figura 11A es una vista en seccion transversal ampliada de una porcion de la figura 11.

Descripcion detallada de las realizaciones preferidas

Con referencia a las figuras 1, 1A, 2, y 3, se proporciona un sistema de dosificacion 10 para dosificar un material fluido espumado, tal como un adhesivo de fusion en caliente fundido o licuado espumado. El sistema de dosificacion 10 incluye al menos un dosificador 12, un suministro 14 del material fluido, y un dispositivo de mezclado 16 que

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acopla el dosificador 12 y el suministro 14.

El dosificador 12 esta configurado de una manera que comprende un experto en la materia para dosificar el material fluido espumado en volumenes discretos, tal como perlas o puntos, para proporcionar un patron interrumpido y no continuo sobre un sustrato movil, o para dosificar el material fluido espumado como tiras o perlas continuas. El dosificador 12 puede comprender una pistola, un modulo, una pistola de mano, etc. En una realizacion espedfica, el dosificador 12 puede ser cualquier dosificador de masa fundida en caliente convencional, incluyendo pero sin limitarse a dosificadores de tipo de valvula de aguja, capaces de accionar de manera selectiva un vastago de valvula en relacion con un asiento de sellado para descargar de manera intermitente cantidades de la mezcla de gas y de material fluido a partir de un orificio de descarga y proporcionar un corte de admision de flujo seguro. El dosificador 12 puede accionarse de manera neumatica por el funcionamiento de una valvula de solenoide que suministra presion de aire a un cilindro de aire para alejar el vastago de valvula del asiento de sellado, permitiendo de ese modo que la mezcla de gas y de material fluido fluya hasta el orificio de descarga. Como alternativa, el dosificador 12 puede accionarse de manera electrica e incluir una bobina que genera un campo electromagnetico para mover una armadura en relacion con un polo estacionario, en la que el vastago esta acoplado ffsicamente con la armadura para mover el vastago de valvula en relacion con el asiento de sellado. El orificio de descarga del dosificador 12 puede estar definido en una boquilla que puede retirarse e intercambiarse con facilidad con otras boquillas similares para variar la configuracion del orificio de descarga para dosificar cantidades, corrientes, puntos o perlas del material fluido espumado que se caracterizan por un tamano diferente y/o una forma diferente. El dosificador 12 tambien puede incluir un accionador que se acciona manualmente para iniciar la dosificacion.

Con referencia a las figuras 1, 1A, y 2-5, el dosificador 12 esta acoplado en comunicacion de fluidos con un acceso de salida 20 a partir del dispositivo de mezclado 16 mediante un adaptador en codo 19 montado en el acceso de salida 20 mediante, por ejemplo, un enganche roscado y un tubo flexible 18 en conexion con el adaptador en codo 19. Otro modulo o pistola (que no se muestra) puede estar acoplado con otro acceso de salida 22 del dispositivo de mezclado 16, que esta taponado con el tapon 15 tal como puede verse en la figura 4. El suministro 14 esta acoplado en comunicacion de fluidos con un acceso de entrada 25 con el dispositivo de mezclado 16 mediante un adaptador en codo 23 montado en el acceso de entrada 25 mediante, por ejemplo, un enganche roscado y un tubo flexible de suministro 24 en conexion con el adaptador en codo 23. Los tubos flexibles 18, 24, que incluyen una luz con extremos abiertos opuestos que tiene acoplamientos roscados o adaptadores de liberacion rapida, estan configurados para soportar la presion de fluido que se aplica por el material fluido presurizado sin rotura. Los tubos flexibles 18, 24 pueden estar aislados y/o calentarse con elementos de calentamiento activos con el fin de reducir la perdida de calor procedente de materiales fluidos calentados.

El suministro 14 puede ser cualquier fuente de material fundido bombeado bajo presion que aprecie un experto en la materia. La corriente de material fluido se bombea de manera forzada desde el suministro 14 al dispositivo de mezclado 16 a una presion de fluido positiva, por ejemplo en un intervalo de 200 psi a 2000 psi (de 1,38 MPa a 13,8 MPa). El suministro 14 puede comprender una unidad de masa fundida en caliente que incluye un deposito calentado para contener y licuar un material polimerico solido o semisolido y una bomba para bombear el material polimerico licuado a partir del deposito. Como alternativa, el suministro 14 puede comprender un fusor de tambor en forma de recipiente de transporte, tal como un barril o tambor de 55 galones (208 l), un cubo de 5 galones (18,9 l), etc., que contiene un material polimerico, tal como un adhesivo de fusion en caliente, y un elemento de calentamiento insertado en el extremo abierto del recipiente de transporte. El elemento de calentamiento licua el material solido en el recipiente de transporte para bombear en el estado licuado directamente desde el recipiente de transporte al dispositivo de mezclado 16. El suministro 14 tambien puede suministrar otros tipos de materiales fluidos incluyendo, pero sin limitarse a, materiales fluidos ffffos (que pueden calentarse para aumentar la viscosidad como una ayuda en la dosificacion), revestimientos polimericos, pinturas, otros materiales termoplasticos y/o termoestables, y selladores como poliuretano, silicona y plastisol.

Con referencia a las figuras 1, 1A, y 2-6, el dispositivo de mezclado 16 incluye un cuerpo de mezclado 26 con una pared lateral 28, una camara de mezclado tubular 30 limitada por la pared lateral 28, y una mezcladora 32 que esta dispuesta en el interior de la camara de mezclado 30. El dispositivo de mezclado 16 se calienta mediante calentadores (que no se muestran), tal como elementos de calentamiento por resistencia de estilo cartucho, embebidos en unas perforaciones (que no se muestran) formadas en la pared lateral 28. Los calentadores se conectan mediante un cable electrico 36 con un controlador de temperatura adecuado (que no se muestra) que proporciona energfa electrica para una conversion resistiva por los calentadores en energfa termica transferida al cuerpo de mezclado 26 y, posteriormente, una transferencia de calor al material fluido en el interior de la camara de mezclado 30. Un sensor de temperatura convencional (que no se muestra), tal como un detector de temperatura por resistencia (RTD, resistance temperature detector), un termistor o un termopar, puede proporcionar una senal de realimentacion de temperatura para su uso por el controlador de temperatura en la regulacion de la potencia que se proporciona a traves del cable electrico 36 a los calentadores. Los calentadores se usan para garantizar que el material fluido se encuentra dentro de un intervalo de temperaturas aceptable cuando este se dosifica a partir del dosificador 12.

La mezcladora 32 incluye un eje central 38 que se extiende en sentido longitudinal a traves de la camara de mezclado 30, un cuerpo cilmdrico 39 acoplado ffsicamente con el eje central 38 mediante unos tornillos de ajuste 37

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y acoplado de manera ngida para su rotacion con el eje central 38, y las aletas 40 que sobresalen hacia fuera con respecto al cuerpo cilmdrico 39 hacia la superficie interior opuesta de la pared lateral 28 de la camara de mezclado 30. Un extremo del eje central 38 esta soportado para su rotacion en relacion con la pared lateral 28 del cuerpo de mezclado 26 mediante un casquillo o cojinete 34 en un extremo abierto de la camara de mezclado 30. Un cojinete de empuje 41, el cual llena un diametro interior central hueco del casquillo 34, proporciona un soporte de carga de empuje para el eje central 38. El casquillo 34 y el cojinete de empuje 41 se montan entre sf y se afianzan al cuerpo de mezclado 26 con pasadores roscados convencionales. El extremo opuesto del eje central 38 sobresale a su traves. El extremo opuesto del eje central 38 sobresale a traves de un casquillo 42 situado en el extremo abierto opuesto de la camara de mezclado 30.

El material fluido esta limitado en el interior de la camara de mezclado 30 en una region entre los casquillos 34, 42. Los casquillos 34, 42 incluyen diversos miembros de sellado que ayudan a confinar el material fluido en el interior de la camara de mezclado 30. Un carenaje 47 y una tapa 49 afianzados mediante pasadores convencionales al cuerpo de mezclado 26 cubren de manera protectora el extremo del dispositivo de mezclado 16 opuesto al extremo que esta acoplado con el motor 48.

Un extremo del eje central 38 sobresale a traves de un diametro interior central hueco del casquillo 42. Otro cojinete de empuje 44 que esta situado en el extremo abierto opuesto de la camara de mezclado 30 tambien proporciona un soporte de carga de empuje para este extremo del eje central 38. El extremo saliente del eje central 38 se acopla mediante un elemento de acoplamiento 45 con un eje de accionamiento 46 de un motor 48. El elemento de acoplamiento 45, asf como el cojinete de empuje 44, pueden formarse a partir de un material que tiene una conductividad termica baja de tal modo que la transferencia de calor se reduce desde el cuerpo de mezclado 26 al motor 48, el cual tiene una construccion convencional entendida por un experto en la materia. Un separador 50 separa el motor 48 con respecto al cuerpo de mezclado 26 con el fin de aislar termicamente el motor 48 con respecto al cuerpo de mezclado 26. El separador 50 incluye unas ranuras que promueven el enfriamiento. El motor 48, que puede incluir una caja de engranajes u otro tipo de transmision de accionamiento, acciona la rotacion motorizada de los ejes acoplados 38, 46 para mover las aletas 40 en relacion con la pared lateral 28 de la camara de mezclado 30.

Como alternativa, la mezcladora 32 puede ser cualquier otro tipo de mezcladora dinamica o una mezcladora estatica convencional, tal como se reconocera por un experto en la materia, que sea compatible con su instalacion en la camara de mezclado 30. Las mezcladoras estaticas convencionales, las cuales no tienen parte movil alguna, son dispositivos que tienen una serie de elementos o deflectores internos, tal como una serie de elementos con helices levogiras y dextrogiras alternantes que estan orientados en angulos rectos uno con respecto a otro. En la patente de los Estados Unidos de cesion comun con N° 5.480.589, la divulgacion de la cual se incorpora por referencia en el presente documento en su totalidad, se divulgan mezcladoras estaticas representativas. En la patente de los Estados Unidos de cesion comun con N° 4.778.631, la divulgacion de la cual se incorpora por referencia en el presente documento en su totalidad, se divulgan mezcladoras dinamicas representativas.

Tal como se muestra del mejor modo en la figura 6, las filas de las aletas 40 sobre la mezcladora 32 estan distribuidas a lo largo de la longitud del cuerpo cilmdrico 39 (y la longitud del eje central 38) y filas adyacentes de las aletas 40 estan separadas por un canal de flujo 51. La rotacion de las aletas 40 en relacion con la pared lateral estacionaria 28 funciona para combinar o mezclar de manera homogenea el gas que se introduce bajo presion en la camara de mezclado 30, tal como se describe en lo sucesivo, con el material fluido a presion en el interior de la camara de mezclado 30. El material fluido presurizado se suministra continuamente desde el suministro 14 hasta el acceso de entrada 25, fluye a traves de la camara de mezclado 30, y sale a traves del acceso de salida 20. La punta de cada aleta 40 tiene un huelgo estrecho con la pared lateral 28. El material fluido y el gas se fuerzan a traves de los huecos entre aletas adyacentes 40, a medida que giran las aletas 40, para mezclar, agitar y revolver el material de gas y de fluido.

Las aletas 40, que se confeccionan a partir de una rosca helicoidal inicialmente continua que se extiende a lo largo de la longitud del cuerpo 39, tienen una disposicion helicoidal enrollada de manera similar a lo largo de la longitud del cuerpo 39. Debido a que el eje central 38 de la mezcladora 32 se gira continuamente por el funcionamiento del motor 48, la disposicion helicoidal de las aletas 40 tiende a forzar el material fluido hacia el acceso de entrada 25, lo que retarda el flujo directo de la mezcla hacia el acceso de salida 20. Por lo tanto, el material fluido que fluye a traves de la camara de mezclado 30 y el gas presurizado entrante se dividen repetidamente por las aletas 40 en corrientes menores y, a continuacion, se recombinan, creando de este modo una combinacion o mezcla sustancialmente homogenea.

Un elemento de control de flujo en la forma representativa de una valvula de retencion cargada por resorte 52 (figura 4) se encuentra en el acceso de entrada 25 entre la camara de mezclado 30 y el suministro 14. La valvula de retencion 52, la cual tiene una construccion convencional, evita que el material fluido cargado con gas se infiltre en el tubo flexible de suministro 24 y se transporte aguas arriba hasta el suministro 14.

Un manometro 54 se comunica con la camara de mezclado 30 para detectar y medir la presion del material fluido que fluye a traves del cuerpo de mezclado 26. El manometro 54 tiene un indicador de presion, tal como un

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cuadrante, visible desde el exterior del dispositivo de mezclado 16 para indicar la presion medida. El manometro 54 se encuentra en un extremo de un conector en codo 56 que se acopla mediante, por ejemplo, un enganche roscado con un acceso en el cuerpo de mezclado 26 que se comunica con la camara de mezclado 30. Un observador puede ver la lectura en el manometro 54 para, por ejemplo, ajustar un parametro operativo del dispositivo de mezclado 16. Habitualmente, la presion del gas que se esta introduciendo en la camara de mezclado 30 se mantiene a de aproximadamente 100 psi a aproximadamente 400 psi mayor que la presion del material fluido en el interior de la camara de mezclado 30. En general, la presion de gas dependera de la viscosidad y el caudal del material fluido.

Con referencia a las figuras 1, 5, 7, 7A, 8, y 9, se usa un dispositivo de inyeccion 60 para inyectar una corriente medida de gas presurizado en la camara de mezclado 30. El dispositivo de inyeccion 60 incluye un cuerpo principal 62 que sobresale con respecto al cuerpo de mezclado 26, un diametro interior 65 en el interior del cuerpo principal 62 que conduce a una salida de gas 66 en una boquilla 95, y un par de cavidades o camaras de accionador 66, 68 en un extremo opuesto del cuerpo principal 62. El cuerpo principal 62 puede formarse a partir de multiples componentes que se montan junto con miembros de sellado y pasadores apropiados.

Un vastago de valvula o aguja 70 esta acoplado en un extremo con un piston 71 que esta dispuesto en el interior de la camara de accionador 66 y un piston 72 que esta dispuesto en el interior de la camara de accionador 68. Un extremo opuesto de la aguja 70 porta una punta de aguja 74, que esta dispuesta en una camara de gas 64 definida en el interior del diametro interior 65. La punta de aguja 74 puede tener una conexion roscada segura con el extremo de la aguja 70. El extremo de entrada de la punta de aguja 74 esta conformado para entrar en contacto y acoplarse con una imea de contacto sobre un asiento de sellado 76, que tambien esta dispuesto en el diametro interior 65, cuando el dispositivo de inyeccion 60 esta cerrado. El asiento de sellado 76 se porta sobre la porcion tubular 75 de un conjunto de tamiz de entrada 92, que se encuentra en el interior del diametro interior 65 del cuerpo principal 62. Un anillo de sellado 127 esta dispuesto en una muesca con forma de anillo para suministrar un sello entre el cuerpo principal 62 y la porcion tubular 75 del conjunto de tamiz de entrada 92.

La aguja 70 y la punta de aguja 74 estan configuradas para que tengan un movimiento alternativo en sentido axial mediante el movimiento de los pistones 71, 72 para desplazar la punta de aguja 74 hasta su contacto y perdida de contacto con el asiento de sellado 76 para colocar el dispositivo de inyeccion 60 en el estado cerrado, tal como se muestra del mejor modo en la figura 10, y un estado abierto, tal como se muestra del mejor modo en las figuras 8 y 9. Cuando la punta de aguja 74 se encuentra en contacto con el asiento de sellado 76, se impide que el gas fluya a partir de la camara de gas 64 mas alla del asiento de sellado 76 y se impide que el material fluido fluya en el sentido opuesto mas alla del asiento de sellado 76. La punta de aguja 74 puede formarse a partir de un material compatible, tal como una poliimida, que cede y se comprime ligeramente cuando entra en contacto de manera forzada con el asiento de sellado 76, que puede fabricarse a partir de un metal como acero inoxidable. Como alternativa, la punta de aguja 74 tambien puede fabricarse a partir de un metal, tal como acero inoxidable, si se recubre en tandem con el asiento de sellado 76.

Un suministro de presion de aire 73 se acopla mediante un tubo flexible 77 con una entrada de un adaptador en T 79, que tiene un vastago central que se acopla mediante, por ejemplo, un enganche roscado con un acceso que se extiende a traves del cuerpo principal 62 del dispositivo de inyeccion 60 hasta la camara de accionador 66. Una salida del adaptador en T 79 se acopla mediante un tubo flexible de puente 59 con un adaptador en codo 58 que tiene un vastago que se acopla mediante, por ejemplo, un enganche roscado con un acceso que se extiende a traves del cuerpo principal 62 del dispositivo de inyeccion 60 hasta la camara de accionador 68. El suministro de presion de aire 73 esta acoplado con las camaras de accionador 66, 68 para presurizar de manera simultanea las camaras de accionador 66, 68 y expulsar de manera simultanea presion de aire desde las camaras de accionador 66, 68. El suministro de presion de aire 73 puede incluir un solenoide para conmutar el suministro de aire presurizado a las camaras de accionador 66, 68 y la expulsion de aire presurizado desde las camaras de accionador 66, 68. El solenoide del suministro de presion de aire 73 esta acoplado de manera electrica con el controlador 126 para regular el suministro de presion de aire a las camaras de accionador 66, 68.

Los pistones 71, 72 se mueven de manera neumatica en relacion con el cuerpo principal 62 cuando se introduce suficiente presion de aire en las camaras de accionador respectivas 66, 68 sobre un lado de los pistones 71, 72 que se encuentra mas cerca de la punta de aguja 74. Los pistones 71, 72, cada uno de los cuales porta un anillo de sellado que proporciona un contacto sellado con la superficie interior de la respectiva de las camaras de accionador 66, 68, mueve la aguja 70 en un sentido 78 que separa la punta de aguja 74 del asiento de sellado 76 y comprime un mecanismo de retorno por resorte 80 (figura 7A). Cuando la punta de aguja 74 esta separada del asiento de sellado 76 en un estado abierto, se permite que fluya gas mas alla del asiento de sellado 76. Cuando la presion de aire en las camaras de accionador 66, 68 se alivia de manera simultanea, el mecanismo de retorno por resorte 80 desplaza de manera automatica la aguja 70 de manera opuesta al sentido 78 y hacia la salida de gas 66 hasta que la punta de aguja 74 entra en contacto con el asiento de sellado 76 para reestablecer la posicion cerrada. Se proporciona un mecanismo de ajuste de carrera 82 (figura 7A) que puede girarse en el sentido de las agujas del reloj o en el sentido contrario al de las agujas del reloj hasta la cantidad de desplazamiento de la aguja 70.

El accionador abierto por aire y de retorno por resorte para la aguja 70 puede sustituirse por un accionador abierto por aire y cerrado por aire. En la presente realizacion alternativa, el mecanismo de retorno por resorte 80 puede

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eliminarse y sustituirse por la presion de aire que se aplica en las camaras de accionador 66, 68 sobre el lado opuesto de los pistones 71, 72 respectivos para mover el piston 72 y la aguja 70 en un sentido opuesto al sentido 78 para cerrar el dispositivo de inyeccion 60 y cerrar el flujo de gas. En otras realizaciones alternativas, la aguja 70 puede accionarse de manera electrica, moverse mediante un accionamiento giratorio, o moverse mediante imanes, en contraposicion a accionarse de manera neumatica.

Una entrada 84 para suministrar gas al dispositivo de inyeccion 60 penetra a traves de la pared periferica del cuerpo principal 62 para comunicarse con la camara de gas 64. La punta de aguja 74 esta dispuesta en la camara de gas 64. El cuerpo principal 62 tiene otra entrada sin usar 83 que se comunica con el diametro interior 65 que se bloquea y se sella por un tapon desmontable 81. Un suministro de gas 86 se acopla mediante un tubo flexible 87 con un paso de entrada 85 en un accesorio fijo de entrada 88 que se comunica con la entrada 84 con el dispositivo de inyeccion 60. El suministro de gas 86 suministra un flujo presurizado de un gas, tal como un gas inerte como nitrogeno o dioxido de carbono, o suministro de aire comprimido opcionalmente deshumidificado para tener un contenido de vapor de agua reducido, que se inyecta por el dispositivo de inyeccion 60 en el material fluido en el interior de la camara de mezclado 30.

El accesorio fijo de entrada 88 se afianza al cuerpo principal 62 usando un anillo de montaje 89 y pasadores convencionales. Un tamiz de filtro 90, que esta dispuesto en el paso de entrada 85 del accesorio fijo de entrada 88, retira partmulas del gas que llega antes de que el flujo se introduzca en la entrada 84 y se suministre al dispositivo de inyeccion 60. Un anillo de sellado 90a adecuado puede suministrarse entre el cuerpo principal 62 y el anillo de montaje 89 en el punto de union de la entrada 84 y el paso de entrada 85 para evitar que escape gas entre el cuerpo principal 62 y el accesorio fijo de entrada 88.

Con referencia a las figuras 11 y 11A, el dispositivo de inyeccion 60 incluye el conjunto de tamiz de entrada 92, un boton de orificio 94 y una valvula de retencion mecanica 96 que estan dispuestos en una porcion del diametro interior 65 entre el asiento de sellado 76 y la salida de gas 66. El boton de orificio 94 esta dispuesto entre el conjunto de tamiz de entrada 92 y la valvula de retencion 96. Un orificio de control 98 y un paso 100 con un area en seccion transversal sustancialmente mas grande que el orificio de control 98 se extienden a traves del boton de orificio 94 para definir una porcion del paso de gas a traves del dispositivo de inyeccion 60. El conjunto de tamiz de entrada 92 incluye un tamiz de filtro 101 que esta colocado aguas arriba del orificio de control 98 y entre el orificio de control 98 y el asiento de sellado 76.

Cuando la punta de aguja 74 esta separada del asiento de sellado 76, fluye gas al interior de una camara de gas 102 definida en el conjunto de tamiz de entrada 92, a traves del orificio de control 98, y al interior de otra camara de gas 104 definida entre el conjunto de tamiz de entrada 92 y un asiento 114 de la valvula de retencion 96. La camara de gas 102 incluye dos regiones conectadas de diferente diametro interior, de las cuales el paso 100, de diametro interior mas pequeno, esta acoplado directamente con el orificio de control 98. El orificio de control 98 mide el flujo de gas desde la camara de gas 102 hasta la camara de gas 104. El orificio de control 98 puede tener un diametro efectivo, d, en el intervalo de aproximadamente 0,001 pulgadas (aproximadamente 0,00254 centfmetros) a aproximadamente 0,002 pulgadas (aproximadamente 0,00508 centfmetros), o cualquier otro diametro efectivo para medir el flujo de gas. El orificio de control 98 tiene un diametro interior efectivo que es significativamente mas pequeno que el diametro interior del paso 100. El orificio de control 98 se encuentra aguas arriba con respecto a la camara de gas 104 y aguas abajo con respecto al asiento de sellado 76 y la camara de gas 102. Las camaras de gas 102, 104 y el orificio de control 98 definen de manera efectiva un espacio contiguo cargado con gas entre el asiento de sellado 76 y el asiento 114.

Los tamices de filtro 90, 101 tienen un tamano efectivo de tamiz para retener partmulas que tienen unas dimensiones mayores que el diametro efectivo, d, del orificio de control 98, que funciona para reducir el riesgo de obstruccion. Por ejemplo, los tamices de filtro 90, 101 pueden tener un tamano de tamiz de aproximadamente 10 micras (0,0004 pulgadas) a aproximadamente 15 micras (0,0006 pulgadas) para su uso con un orificio de control 98 que tiene un diametro efectivo de aproximadamente 0,001 pulgadas (aproximadamente 0,00254 centfmetros).

La valvula de retencion 96 esta dispuesta en el interior de un diametro interior central 97 de la boquilla 95. La valvula de retencion 96 incluye un embolo 106, un cuerpo 108, una arandela de retencion de resorte 110 y un elemento de desvm en la forma representativa de un resorte de compresion 112 con espiras comprimidas entre el embolo 106 y la arandela de retencion de resorte 110. El exterior del cuerpo 108 de la valvula de retencion 96 incluye una serie de caractensticas anulares 99 que estan configurados para afianzar la valvula de retencion 96 en el interior del diametro interior central 97 en un acoplamiento sellado y en una ubicacion fija.

Cuando la valvula de retencion 96 esta cerrada, la culata del embolo 106 entra en contacto con el asiento 114, que esta definido por un borde anular que rodea la seccion de extremo curvada hacia dentro del cuerpo 108. Cuando esta asentada, la culata del embolo 106 sobresale hacia la porcion cilmdrica cercana de la camara de gas 104. El embolo 106 de la valvula de retencion 96 incluye una faldilla inferior con unos accesos 116 que dirigen el gas que pasa desde la seccion cilmdrica de la camara de gas 104 entre el embolo 106 y el asiento 114 hasta el espacio 118 en el interior del cuerpo 108 en el que esta confinado el resorte de compresion 112. Cuando el material fluido se desplaza fuera del espacio 118 al interior de la camara de mezclado 30, el espacio 118 comprende un paso de gas

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que se acopla mediante una abertura de huelgo 120 en la arandela de retencion de resorte 110 y otro paso 138 en el interior del cuerpo 108 con la salida de gas 66.

Cuando el dispositivo de inyeccion 60 esta funcionando y cerrado, normalmente el material fluido se encuentra presente en el interior del espacio 118. No obstante, cuando el dispositivo de inyeccion 60 se esta abriendo, esta abierto, o realizando una transicion de abierto a cerrado de tal modo que el embolo 106 tiene una relacion de no contacto con el asiento 114, la presion de fluido del gas en la camara de gas 104 impide que el material fluido en el espacio 118 pase del asiento 114 y se introduzca en la camara de gas 104. Por lo tanto, la valvula de retencion 96 impide que el material fluido en la camara de mezclado 30 se infiltre en el dispositivo de inyeccion 60 y alcance el orificio de control 98, lo que protege el orificio de control 98 frente a contaminacion por el material fluido.

La boquilla 95 tiene un acoplamiento roscado, que se indica en general por el numero de referencia 91, con el cuerpo principal 62. Un anillo de sellado 121 esta dispuesto en una muesca con forma de anillo para suministrar un sello de fluido entre la boquilla 95 y el boton de orificio 94. La boquilla 95 incluye un anillo de sellado 122 que establece un acoplamiento sellado con una abertura de entrada 124 (figuras 1A, 5) que penetra a traves de la pared lateral 28 del cuerpo de mezclado 26 del dispositivo de mezclado 16. El gas presurizado expulsado a partir de la salida de gas 66 se introduce en la camara de mezclado 30 en el interior del cuerpo de mezclado 26 a traves de la abertura de entrada 124.

Una brida de montaje 128 se sujeta con pasadores roscados convencionales (por ejemplo, tornillos de cabeza) al cuerpo principal 62 del dispositivo de inyeccion 60. La brida de montaje 128, a su vez, se sujeta con pasadores roscados convencionales (por ejemplo, tornillos de cabeza) al cuerpo de mezclado 26 en un area de sujecion sustancialmente plana 136 (figura 1A) definida en la pared lateral 28, lo que acopla de manera mecanica el dispositivo de inyeccion 60 con el dispositivo de mezclado 16.

Un sistema de control en la forma representativa de un controlador 126 esta acoplado de manera electrica con el solenoide del suministro de presion de aire 73 para las camaras de accionador 66, 68 y con el accionador para el dosificador 12. El controlador 126 esta configurado para conmutar el solenoide del suministro de presion de aire 73 en coordinacion con el funcionamiento del dosificador 12. De esta manera, el gas se introduce desde el dispositivo de inyeccion 60 en la camara de mezclado 30 solo cuando la mezcla de gas y de material fluido se dosifica a partir del dosificador 12. Cuando la mezcla de gas y de material fluido se esta dosificando, el controlador 126 asegura que se introduce continuamente gas por el dispositivo de inyeccion 60 en la camara de mezclado 30, cuando el material fluido esta fluyendo continuamente a traves de la camara de mezclado 30. La mezcla de gas y de material fluido se dirige en ultima instancia a traves del acceso de salida 20 y el tubo flexible 18 hacia el dosificador 12. Cuando el material fluido no esta fluyendo a traves de la camara de mezclado 30, el dispositivo de inyeccion 60 se cierra de tal modo que no necesariamente se introduce gas en el material fluido estatico en la camara de mezclado 30. De esta manera, el flujo de gas se regula de tal modo que no se introduce gas en exceso en volumen estatico alguno de material fluido que se encuentre en la camara de mezclado 30.

El controlador 126 puede ser un controlador logico programable (PLC, programmable logic controller), un procesador de senales digitales (DSP, digital signal processor), u otro controlador basado en microprocesador con una unidad de procesamiento central (CPU, central processing unit) capaz de ejecutar un soporte logico almacenado en una memoria y llevar a cabo las funciones que se describen en el presente documento, tal como entenderan los expertos. El controlador 126 puede incluir un dispositivo de interfaz humano - maquina (HMI, human machine interface) con dispositivos de salida, tal como visualizadores alfanumericos, una pantalla tactil, y otros indicadores visuales, y controles y dispositivos de entrada, tal como un teclado alfanumerico, un dispositivo apuntador, teclados numericos, botones pulsadores, perillas de control, etc., capaces de aceptar instrucciones o entradas procedentes del operador y de transmitir la entrada introducida a la CPU del controlador 126.

Cuando se acciona para su funcionamiento, el dosificador 12 puede proporcionar una senal electrica al controlador 126. Como alternativa, el controlador 126 tambien puede controlar el funcionamiento del dosificador 12 para dosificar la mezcla de gas / material fluido, o puede comunicarse con otro el controlador (que no se muestra) que controla el funcionamiento del dosificador 12. Como alternativa, el controlador 126 tambien puede estar acoplado con un sensor (que no se muestra) que supervisa la presion o el flujo del gas que se esta suministrando desde el dispositivo de inyeccion 60 hasta el material fluido que fluye en la camara de mezclado 30 y usar la presion supervisada, asf como un caudal medido del material fluido, para regular de manera dinamica la inyeccion de gas en el material fluido. El controlador 126 puede estar acoplado con un sensor que detecta el contenido de gas del material dosificado.

El sistema de dosificacion 10 incluye componentes adicionales tales como pasadores, cojinetes, miembros de sellado, tubos flexibles, cableado, etc. (algunos de los cuales se muestran en las figuras pero no se describen de manera espedfica) que son necesarios para montar un sistema operativo para generar y dosificar la mezcla de gas y de material fluido. La construccion y la colocacion de estos componentes convencionales se entienden por un experto en la materia.

Durante el uso y con referencia a las figuras 1, 1A, 2-7, 7A, 8-11, y 11A, gas presurizado, tal como nitrogeno, dioxido de carbono, o suministro de aire comprimido, se suministra desde el suministro de gas 86 a la entrada 84 que

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penetra a traves del cuerpo principal 62. Cuando el dosificador 12 se acciona, el controlador 126 da lugar a que el suministro de presion de aire 73 presurice las camaras de accionador 66, 68 con una presion de aire suficiente para mover los pistones 71, 72 y la aguja 70 en el sentido 78 para separar la punta de aguja 74 del asiento de sellado 76. Cuando la punta de aguja 74 esta separada del asiento de sellado 76 en el estado abierto, se suministra continuamente gas nuevo a partir del suministro de gas 86 para sustituir el gas que se inyecta a traves de la salida 66 en la camara de mezclado 30. De manera espedfica, fluye gas nuevo a traves de la entrada 84 y el paso de entrada 85 al interior de la camara de gas 64, desde la camara de gas 64 mas alla del asiento de sellado 76 al interior del conjunto de tamiz de entrada 92, a traves del orificio de control 98 y el paso 100 del boton de orificio 94 y al interior de la camara de gas 102 en el conjunto de tamiz de entrada 92 y, a continuacion, al interior de la camara de gas 104, desde la camara de gas 104 mas alla del asiento 114 de la valvula de retencion 96 y hasta el espacio 118.

La combinacion de la presion de fluido del material fluido en el interior de la camara de mezclado 30 y la fuerza de desvfo procedente del resorte de compresion 112 que se aplica al embolo 106 cooperan para mantener el embolo 106 en una relacion de contacto con el asiento 114 sobre el cuerpo 108 de la valvula de retencion 96. El gas presurizado se mantiene en el interior de la camara de gas 104 hasta que la presion de gas alcanza una presion suficiente para vencer las fuerzas opuestas que se aplican al embolo 106 por la presion de fluido que se aplica por el material fluido y la fuerza de desvfo que se aplica por el resorte de compresion 112. Cuando esta presion de gas umbral se consigue en el interior de la camara de gas 104, el embolo 106 se separa del asiento 114 y fluye gas a traves del asiento 114, a traves de los accesos 116, al interior del espacio 118 en el interior del cuerpo 108, a traves de la abertura de holgura 120 en la arandela de retencion de resorte 110 y, en ultima instancia, hasta la salida de gas 66.

La velocidad a la que el gas fluye desde el asiento 114 hasta la salida de gas 66 se mide principalmente por las dimensiones del orificio de control 98, el cual presenta la region de la conductancia mas baja. El caudal de gas que se descarga a partir de la salida de gas 66 se elige para que coincida con el caudal de material fluido a traves de la camara de mezclado 30 y para reflejar la cantidad deseada de gas que va a introducirse en el material fluido para proporcionar la reduccion de densidad deseada para la mezcla de gas y de material fluido que se descarga a partir del dosificador 12 (figura 1). El caudal puede modificarse mediante la sustitucion del boton de orificio 94 con un boton de orificio diferente (que no se muestra) que tiene un orificio de control con un area en seccion transversal diferente (es decir, unas dimensiones diferentes) y/o mediante el cambio de la presion del gas que se suministra desde el suministro de gas 86 hasta el dispositivo de inyeccion 60.

Se cree que la interfase entre el material fluido y el gas en las proximidades del asiento 114 se encuentra en, o cerca de, la lmea de contacto entre el embolo 106 y el asiento 114. El movimiento del embolo 106 en el momento de la elevacion con respecto al asiento 114 debena controlarse para no superar la separacion minima requerida para permitir el paso de gas. El movimiento del embolo 106 en exceso con respecto a esta separacion minima puede permitir un intercambio de gas y de material fluido a lo largo del asiento 114 que permite que el material fluido se introduzca en la camara de gas 104 y que, en ultima instancia, contamine el orificio de control 98.

El control sobre el inicio y la terminacion del flujo de gas a la camara de mezclado 30 puede optimizarse mediante la minimizacion del volumen colectivo de las camaras de gas 102, 104. En particular, este volumen determina, al menos en parte, el tiempo de respuesta del dispositivo de inyeccion 60 para iniciar y terminar el flujo de gas a la camara de mezclado 30. En una realizacion de la invencion, el volumen de las camaras de gas 102, 104 es de aproximadamente 1 centimetro cubico o menos.

El gas presurizado se incorpora en el material fluido presurizado en el interior de la camara de mezclado 30 como burbujas comprimidas definidas por huecos cargados con gas. La presion que se aplica por el material fluido comprime las burbujas. Cuando la mezcla de gas y de material fluido se dosifica a partir del dosificador 12, los volumenes arrastrados de gas en las burbujas se expanden con rapidez y quedan atrapados despues de la expansion en el interior del material fluido para generar un material fluido espumado. Las celulas atrapadas comprenden pequenas burbujas de gas distribuidas a traves de la totalidad del volumen del material fluido. La distribucion de burbujas puede ser homogenea o no homogenea dependiendo, entre otras variables, del tipo de material fluido, de la reduccion de densidad deseada, del tiempo de residencia en la camara de mezclado 30 de la mezcladora 32, y del caudal del material fluido. Las burbujas de gas desplazan un porcentaje del material fluido para producir, principalmente, ahorros de material, asf como para alterar / mejorar las propiedades mecanicas de la mezcla dosificada.

En una realizacion alternativa, el dispositivo de mezclado 16 puede incorporarse en un colector de distribucion para un sistema de dosificacion, en contraposicion usarse por un cuerpo de mezclado 26 separado. El cuerpo de mezclado 26 del dispositivo de mezclado 16 incluye otra abertura de entrada 130 (figura 5), que se muestra como tapada por un tapon 132 (figura 5) que se acopla mediante un enganche roscado con la abertura 130, para la instalacion de otro dispositivo de inyeccion opcional (que no se muestra), similar al dispositivo de inyeccion 60, para suministrar gas al material fluido en el interior de la camara de mezclado 30. El dispositivo de inyeccion adicional puede usarse para aumentar de manera efectiva la velocidad a la que el gas se introduce en el material fluido en el interior de la camara de mezclado 30.

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El dispositivo de mezclado 16 gestiona la introduccion de gas en el material fluido que fluye en la camara de mezclado 30. El gas se introduce por la inyeccion a un caudal de gas uniforme sobre la totalidad del ciclo de dosificacion de material fluido. La minimizacion del volumen de gas aguas arriba del orificio de control 98 y aguas abajo con respecto al orificio de control 98 puede funcionar para minimizar los retardos en la inyeccion de gas al comienzo y al final de cada ciclo de dosificacion. El sistema de dosificacion 10 y el dispositivo de mezclado 16 proporcionan un dispositivo autonomo, de bajo coste y compacto que puede integrarse virtualmente en cualquier sistema de dosificacion de material fluido y usarse para dosificar una amplia diversidad de materiales fluidos diferentes. La presion de gas apropiada puede determinarse a partir de la observacion del material fluido espumado dosificado.

La simplicidad del dispositivo de mezclado 16 puede proporcionar ventajas de coste en comparacion con los esquemas y los dispositivos de mezclado convencionales que se usan en la produccion de materiales fluidos espumados. Por ejemplo, el dispositivo de mezclado 16 no requiere un sistema de control sofisticado para controlar de manera dinamica la introduccion de gas en el material fluido sobre la base de la realimentacion a partir de las mediciones de caudal. Como otro ejemplo, el dispositivo de mezclado 16 no requiere una bomba de engranajes de dos fases para introducir el gas en el material fluido.

La presion de gas del gas que se descarga a partir de la salida 66 para la inyeccion en el material fluido supera la presion de fluido del material fluido. El dispositivo de inyeccion 60 controla el flujo de gas al interior del fluido con el fin de mantener un caudal consistente de gas en el fluido, en particular cuando el flujo del material fluido se conmuta a encendido y apagado. En esta situacion, el dispositivo de inyeccion 60 se conmuta a encendido y apagado al umsono con el flujo de fluido a traves de la camara de mezclado 30 en un intento de mantener la relacion deseada de gas con respecto a material fluido (es decir, reduccion de densidad). El orificio de control 98 del dispositivo de inyeccion 60 funciona como un dispositivo de medicion para controlar el flujo de gas cuando el dispositivo de inyeccion 60 esta abierto. Ademas, la valvula de retencion 96 evita que el material fluido migre aguas arriba hasta el orificio de control 98 y los pasos 100, 102 y, como consecuencia, de lugar al bloqueo de la trayectoria de flujo de gas. Tal como se ha descrito en lo que antecede, la interfase entre el material fluido y el gas se encuentra cerca del asiento 114 pero entre el asiento 114 y la salida 66.

Cuando el dispositivo de inyeccion 60 y el dosificador 12 estan cerrados (es decir, sin flujo de gas o de lfquido), existe un diferencial de presion (en favor del fluido) dando lugar a que la valvula de retencion 96 se mantenga cerrada por el material fluido. Poco tiempo despues de que el dosificador 12 se abra, el dispositivo de inyeccion 60 se abre tambien. El gas comienza a fluir al interior del material fluido en la camara de mezclado 30 con un breve retardo de tiempo hasta que la presion de gas vence la presion de fluido que actua sobre el embolo 106 sobre la valvula de retencion 96. La duracion de este retardo de tiempo viene determinada, principalmente, por la presion de gas y el volumen de gas en la camara de gas 104 entre el orificio de control 98 y la valvula de retencion 96. La disminucion del volumen de gas en la camara de gas 104 reduce el retardo de tiempo.

Cuando el equilibrio de fuerzas entre el gas y el fluido se desplaza para dar lugar a que el embolo 106 de la valvula de retencion 96 se desasiente con respecto al asiento 114, comienza a introducirse gas en la camara de mezclado 30. La velocidad de introduccion de gas desde el dispositivo de inyeccion 60 al interior de la camara de mezclado 30 puede ser inicialmente rapida como un aumento brusco inicial de la presion de gas cuando el embolo 106 se empuja fuera de su asiento 114 y, finalmente, alcanza una condicion de funcionamiento en estado estacionario. Una vez que se consigue la condicion de funcionamiento en estado estacionario, la relacion de gas con respecto a lfquido permanece relativamente constante con el tiempo.

A la conclusion del ciclo de dosificacion de fluido, se cierran el dosificador 12 y el dispositivo de inyeccion 60. El gas continua fluyendo hasta que la presion de gas en las camaras de gas 102, 104 se purga, lo que permite que el equilibrio de fuerzas se desplace y, finalmente, da lugar a que el embolo 106 de la valvula de retencion 96 vuelva a asentarse sobre el asiento 114 y detenga el flujo de gas.

El volumen de las camaras de gas 102, 104 entre el orificio de control 98 y el asiento 114 de la valvula de retencion 96 es un factor en la determinacion del tiempo de respuesta de la valvula de retencion 96. La minimizacion del volumen de las camaras de gas 102, 104 hace el funcionamiento de la valvula de retencion 96 mas smcrono con el funcionamiento del dosificador 12. Esta sincroma ayuda a minimizar las oscilaciones o la variacion en la reduccion de densidad del material fluido de proceso. Cuando el dispositivo de inyeccion 60 se conmuta a un estado abierto, las camaras de gas 102, 104 han de cargarse con gas a la presion de nivel de presion de gas de suministro para elevar el embolo 106 con respecto al asiento 114 e iniciar de ese modo el flujo de gas. La reduccion del volumen de las camaras de gas 102, 104 aumenta la velocidad a la que las camaras de gas 102, 104 pueden llevarse hasta el nivel de presion de suministro de gas al comienzo de un ciclo de dosificacion. Ademas, la minimizacion del volumen de las camaras de gas 102, 104 permite que la presion de gas en la camara de gas 104, la cual mantiene el embolo 106 elevado con respecto al asiento 114, se purgue en un tiempo mas corto que conforme el dispositivo de inyeccion 60 se conmuta al estado cerrado. La capacidad de aliviar rapidamente la presion de gas en las camaras de gas 102, 104 promueve un pronto cese del flujo de gas a partir de la salida de gas 66 del dispositivo de inyeccion 60.

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Las referencias en el presente documento a expresiones tales como “vertical”, “horizontal”, etc. se hacen a modo de ejemplo, y no a modo de limitacion, para establecer un marco de referencia. Se entiende que pueden emplearse diversos otros marcos de referencia. En consecuencia, el uso de estas y otras palabras direccionales en la descripcion no debena usarse para implicar direccion absoluta particular alguna.

Aparato y metodos para generar y dosificar una mezcla que contiene gas presurizado y un material fluido. El aparato incluye un dispositivo de mezclado que tiene una camara de mezclado y una mezcladora en el interior de la camara de mezclado. Un dispositivo de inyeccion de gas, que esta acoplado con el dispositivo de mezclado, inyecta el gas presurizado en el material fluido en la camara de mezclado. La mezcladora funciona para combinar el gas presurizado con el material fluido para formar una mezcla, que se dosifica subsiguientemente a partir de un dosificador que esta acoplado con el dispositivo de mezclado.

La invencion se describe ademas mediante las siguientes realizaciones:

Realizacion 1. Un dispositivo de inyeccion de gas que comprende:

un cuerpo principal que tiene una entrada configurada para recibir un gas presurizado, una salida configurada para expulsar el gas presurizado, un paso de gas que conecta dicha entrada y dicha salida, y un orificio de control en dicho paso de gas, configurado dicho orificio de control para medir un caudal del gas presurizado a dicha salida; y un elemento de control de flujo en dicho paso de gas, teniendo dicho elemento de control de flujo un primer estado en el que el gas presurizado puede fluir en dicho paso de gas desde dicha entrada a traves de dicho orificio de control hasta dicha salida y un segundo estado en el que se bloquea que el gas presurizado fluya hasta dicha salida.

Realizacion 2. El dispositivo de inyeccion de gas con las caractensticas de la realizacion 1, en el que dicho elemento de control de flujo se encuentra en dicho paso de gas entre dicho orificio de control y dicha salida.

Realizacion 3. El dispositivo de inyeccion de gas con las caractensticas de la realizacion 1, en el que dicho elemento de control de flujo incluye un embolo, un asiento entre dicha salida y dicho orificio de control, y un elemento de desvfo que aplica una fuerza de desvfo que empuja dicho embolo hasta su contacto con dicho asiento, dicho embolo movil en relacion con dicho asiento para proporcionar los estados primero y segundo de dicho elemento de control de flujo.

Realizacion 4. El dispositivo de inyeccion de gas con las caractensticas de la realizacion 3, en el que dicho embolo es movil en relacion con dicho asiento para proporcionar el primer estado cuando una presion de fluido entre dicho embolo y dicha entrada supera una suma de la fuerza de desvfo y una presion de fluido entre dicho embolo y dicha salida, y dicho embolo movil para proporcionar el segundo estado cuando la presion de fluido entre dicho embolo y dicha salida supera la suma de la fuerza de desvfo y la presion de fluido entre dicho embolo y dicha entrada.

Realizacion 5. El dispositivo de inyeccion de gas con las caractensticas de la realizacion 4, en el que dicho embolo tiene una relacion de no contacto con dicho asiento en dicho primer estado de dicho elemento de control de flujo, y dicho embolo tiene una relacion de contacto con dicho asiento en dicho segundo estado de dicho elemento de control de flujo.

Realizacion 6. El dispositivo de inyeccion de gas con las caractensticas de la realizacion 3, en el que dicho cuerpo principal incluye ademas una camara de gas entre dicho asiento y dicho orificio de control.

Realizacion 7. El dispositivo de inyeccion de gas con las caractensticas de la realizacion 6, en el que dicha camara de gas tiene un volumen de aproximadamente un centimetro cubico o menos.

Realizacion 8. El dispositivo de inyeccion de gas con las caractensticas de la realizacion 1, en el que dicho cuerpo principal incluye un asiento de sellado en dicho paso de gas entre dicha entrada y dicha salida, y que comprende ademas:

una punta de aguja movil en relacion con dicho asiento de sellado entre una posicion abierta en la que dicha punta de aguja esta separada de dicho asiento de sellado para permitir que el gas presurizado fluya mas alla de dicho asiento de sellado y una posicion cerrada en la que dicha punta de aguja entra en contacto con dicho asiento de sellado para bloquear un flujo del gas presurizado; y

un accionador acoplado de manera mecanica con dicha punta de aguja, adaptado dicho accionador para mover dicha punta de aguja en relacion con dicho asiento de sellado entre dichas posiciones abierta y cerrada.

Realizacion 9. El dispositivo de inyeccion de gas con las caractensticas de la realizacion 8, en el que dicho orificio de control se encuentra entre dicho asiento de sellado y dicha salida.

Realizacion 10. El dispositivo de inyeccion de gas con las caractensticas de la realizacion 1, en el que dicho orificio de control tiene un diametro efectivo de aproximadamente 0,00254 centfmetros a aproximadamente 0,00508

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

centfmetros.

Realizacion 11. Un aparato para dosificar una mezcla de un gas presurizado y un material fluido, comprendiendo el aparato:

un dispositivo de mezclado que incluye una camara de mezclado que confina una corriente del material fluido y una mezcladora en el interior de dicha camara de mezclado, configurada dicha mezcladora para combinar el gas presurizado con la corriente del material fluido para formar la mezcla;

un dosificador que esta acoplado en comunicacion de fluidos con dicha camara de mezclado, configurado dicho dosificador para recibir y dosificar la mezcla; y

un dispositivo de inyeccion de gas que tiene una entrada que esta configurada para recibir el gas presurizado, una salida que esta acoplada con dicha camara de mezclado de dicho dispositivo de mezclado, y un paso de gas entre dicha entrada y dicha salida, configurado dicho dispositivo de inyeccion de gas para comunicar el gas presurizado desde dicha entrada a traves de dicho paso de gas hasta dicha salida y desde dicha salida al interior de dicha camara de mezclado.

Realizacion 12. El aparato con las caractensticas de la realizacion 11 en el que dicho dispositivo de inyeccion de gas incluye ademas un asiento de sellado en dicho paso de gas entre dicha entrada y dicha salida, una punta de aguja, y un accionador que esta acoplado con dicha punta de aguja, configurado dicho accionador para mover dicha punta de aguja en relacion con dicho asiento de sellado entre una posicion abierta en la que dicha punta de aguja esta separada de dicho asiento de sellado para permitir que el gas presurizado fluya mas alla de dicho asiento de sellado y una posicion cerrada en la que dicha punta de aguja entra en contacto con dicho asiento de sellado para bloquear un flujo del gas presurizado.

Realizacion 13. El aparato con las caractensticas de la realizacion 12 que comprende ademas:

un sistema de control que esta acoplado de manera electrica con dicho accionador de dicho dispositivo de inyeccion de gas, configurado dicho sistema de control para dar lugar a que dicho accionador mueva dicha punta de aguja desde la posicion cerrada hasta la posicion abierta cuando dicho dosificador se acciona para dosificar la mezcla.

Realizacion 14. El aparato con las caractensticas de la realizacion 11, en el que dicho dispositivo de inyeccion de gas incluye un elemento de control de flujo incluye un embolo, un asiento entre dicha salida y dicho orificio de control, y un elemento de desvfo que aplica una fuerza de desvfo que empuja dicho embolo hasta su contacto con dicho asiento, dicho embolo movil en relacion con dicho asiento para proporcionar un primer estado en el que el gas presurizado puede fluir en dicho paso de gas desde dicha entrada a traves de dicho orificio de control hasta dicha salida y un segundo estado en el que se bloquea que el gas presurizado fluya hasta dicha salida.

Realizacion 15. El aparato con las caractensticas de la realizacion 14, en el que dicho embolo es movil en relacion con dicho asiento para proporcionar el primer estado cuando una presion de fluido del gas presurizado entre dicho embolo y dicha entrada supera una suma de la fuerza de desvfo y una presion de fluido del material fluido entre dicho embolo y dicha salida, y dicho embolo movil para proporcionar el segundo estado cuando la presion de fluido del gas presurizado entre dicho embolo y dicha salida supera la suma de la fuerza de desvfo y la presion de fluido del material fluido entre dicho embolo y dicha entrada.

Realizacion 16. El aparato con las caractensticas de la realizacion 11, en el que dicho sistema de inyeccion incluye un orificio de control que se encuentra en dicho paso de gas entre dicha entrada y dicha salida, configurado dicho orificio de control para medir un caudal del gas presurizado a dicha salida.

Realizacion 17. El aparato con las caractensticas de la realizacion 11 que comprende ademas:

un sistema de control que esta acoplado de manera electrica con el dosificador y con dicho dispositivo de inyeccion de gas, operativo dicho sistema de control para regular la inyeccion del gas presurizado desde dicho dispositivo de inyeccion de gas en el material fluido en dicha camara de mezclado.

Realizacion 18. Un metodo para dosificar una mezcla de un material fluido y un gas presurizado, comprendiendo el metodo:

inyectar el gas presurizado en una corriente del material fluido que fluye a traves de una camara de mezclado; combinar el gas presurizado con el material fluido en el interior de la camara de mezclado para formar la mezcla;

y

dosificar la mezcla.

Realizacion 19. El metodo con las caractensticas de la realizacion 18 que comprende ademas:

5

10

15

20

25

30

35

40

cesar la dosificacion de la mezcla para interrumpir la corriente del material fluido de tal modo que el material fluido esta estatico en el interior de la camara de mezclado; y

cesar la inyeccion del gas presurizado en el material fluido estatico cuando se interrumpe la corriente del material fluido.

Realizacion 20. El metodo con las caractensticas de la realizacion 18 en el que inyectar el gas comprende ademas:

accionar un dispositivo de inyeccion de gas para dar lugar de forma selectiva a que el gas presurizado se inyecte en la camara de mezclado

Realizacion 21. El metodo con las caractensticas de la realizacion 20 en el que inyectar el gas comprende ademas:

medir un caudal del gas presurizado con un orificio de control cuando el dispositivo de inyeccion de gas se acciona de forma selectiva hasta un estado abierto en la que el gas presurizado se inyecta en la corriente del material fluido.

Realizacion 22. El metodo con las caractensticas de la realizacion 21 que comprende ademas:

evitar el reflujo del material fluido hasta el orificio de control del dispositivo de inyeccion de gas cuando el dispositivo de inyeccion de gas se acciona de forma selectiva hasta un estado cerrado para interrumpir la inyeccion de gas presurizado en el material fluido.

Realizacion 23. El metodo con las caractensticas de la realizacion 20 que comprende ademas: interrumpir la corriente del material fluido a traves de la camara de mezclado; y

cesar la inyeccion del gas presurizado en el material fluido al dar lugar a que el dispositivo de inyeccion de gas se accione de forma selectiva hasta un estado cerrado cuando se interrumpe la corriente del material fluido

Realizacion 24. El metodo con las caractensticas de la realizacion 18 en el que inyectar el gas comprende ademas:

controlar un caudal del gas presurizado al material fluido.

Realizacion 25. El metodo con las caractensticas de la realizacion 18 que comprende ademas:

evitar el reflujo del material fluido al interior de un dispositivo de inyeccion de gas que esta configurado para inyectar el gas presurizado en la camara de mezclado.

A pesar de que la invencion se ha ilustrado mediante una descripcion de diversas realizaciones y, a pesar de que estas realizaciones se han descrito con un detalle considerable, no es la intencion de los solicitantes de la presente invencion restringir o limitar en modo alguno el alcance de las reivindicaciones adjuntas a tal detalle. A los expertos en la materia se les apareceran con facilidad ventajas y modificaciones adicionales. Por lo tanto, la invencion, en sus aspectos mas amplios, no se limita a los detalles espedficos, metodos representativos y ejemplos ilustrativos que se muestran y se describen.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para dosificar una mezcla de un gas presurizado y un material fluido, comprendiendo el aparato:

un dispositivo de mezclado (16) que incluye una camara de mezclado (30) que confina una corriente del material fluido y una mezcladora (32) en el interior de dicha camara de mezclado (30), configurada dicha mezcladora (32) para combinar el gas presurizado con la corriente del material fluido para formar la mezcla; un dosificador (12) que esta acoplado en comunicacion de fluidos con dicha camara de mezclado (30), configurado dicho dosificador (32) para recibir y dosificar la mezcla; y

un dispositivo de inyeccion de gas (60) que tiene una entrada (84) que esta configurada para recibir el gas presurizado, una salida (66) que esta acoplada con dicha camara de mezclado (30) de dicho dispositivo de mezclado (16), y un paso de gas entre dicha entrada (84) y dicha salida (66), configurado dicho dispositivo de inyeccion de gas (60) para comunicar el gas presurizado desde dicha entrada (84) a traves de dicho paso de gas hasta dicha salida (66) y desde dicha salida (66) al interior de dicha camara de mezclado (30) y que incluye un orificio de control (98) que se encuentra en dicho paso de gas entre dicha entrada (84) y dicha salida (66), estando configurado dicho orificio de control (98) para medir un caudal del gas presurizado a dicha salida (66);

caracterizado por que dicho dispositivo de inyeccion (60) incluye un elemento de control de flujo (96) que incluye un embolo (106), un asiento (114) entre dicha salida (66) y dicho orificio de control (98), y un elemento de desvfo (112) que aplica una fuerza de desvfo que empuja dicho embolo (106) hasta su contacto con dicho asiento (114), dicho embolo (106) movil en relacion con dicho asiento (114) para proporcionar un primer estado en el que el gas presurizado puede fluir en dicho paso de gas desde dicha entrada (84) a traves de dicho orificio de control (98) hasta dicha salida (66) y un segundo estado en el que se bloquea que el gas presurizado fluya hasta dicha salida (66).
2. El aparato de la reivindicacion 1 en el que dicho dispositivo de inyeccion de gas (60) incluye ademas un asiento de sellado (76) en dicho paso de gas entre dicha entrada (84) y dicha salida (66), una punta de aguja (74), y un accionador que esta acoplado con dicha punta de aguja (74), configurado dicho accionador para mover dicha punta de aguja (74) en relacion con dicho asiento de sellado (76) entre una posicion abierta en la que dicha punta de aguja (74) esta separada de dicho asiento de sellado (76) para permitir que el gas presurizado fluya mas alla de dicho asiento de sellado (76) y una posicion cerrada en la que dicha punta de aguja (74) entra en contacto con dicho asiento de sellado (76) para bloquear un flujo del gas presurizado.
3. El aparato de la reivindicacion 2 que comprende ademas:

un sistema de control (126) que esta acoplado de manera electrica con dicho accionador de dicho dispositivo de inyeccion de gas (60), configurado dicho sistema de control (126) para dar lugar a que dicho accionador mueva dicha punta de aguja (74) desde la posicion cerrada hasta la posicion abierta cuando dicho dosificador (12) se acciona para dosificar la mezcla.
4. El aparato de la reivindicacion 1 en el que dicho embolo (106) es movil en relacion con dicho asiento (114) para proporcionar el primer estado cuando una presion de fluido del gas presurizado entre dicho embolo (106) y dicha entrada (84) supera una suma de la fuerza de desvfo y una presion de fluido del material fluido entre dicho embolo (106) y dicha salida (66), y dicho embolo (106) movil para proporcionar el segundo estado cuando la presion de fluido del gas presurizado entre dicho embolo (106) y dicha salida (66) supera la suma de la fuerza de desvfo y la presion de fluido del material fluido entre dicho embolo (106) y dicha entrada (84).
5. El aparato de la reivindicacion 1 que comprende ademas:

un sistema de control (126) que esta acoplado de manera electrica con el dosificador (12) y con dicho dispositivo de inyeccion de gas (60), operativo dicho sistema de control (126) para regular la inyeccion del gas presurizado desde dicho dispositivo de inyeccion de gas (60) en el material fluido en dicha camara de mezclado (30).
6. Un metodo para dosificar una mezcla de un material fluido y un gas presurizado, comprendiendo el metodo:

inyectar el gas presurizado en una corriente del material fluido que fluye a traves de una camara de mezclado (30);

accionar un dispositivo de inyeccion de gas (60) para dar lugar de forma selectiva a que el gas presurizado se inyecte en la camara de mezclado (30);

medir un caudal del gas presurizado con un orificio de control (98) cuando el dispositivo de inyeccion de gas (60) se acciona de forma selectiva hasta un estado abierto en la que el gas presurizado se inyecta en la corriente del material fluido;

combinar el gas presurizado con el material fluido en el interior de la camara de mezclado (30) para formar la mezcla;

dosificar la mezcla; y

evitar el reflujo del material fluido hasta el orificio de control (98) del dispositivo de inyeccion de gas (60) cuando el dispositivo de inyeccion de gas (60) se acciona de forma selectiva hasta un estado cerrado para interrumpir la

inyeccion de gas presurizado en el material fluido.
7. El metodo de la reivindicacion 6 que comprende ademas:

5 cesar la dosificacion de la mezcla para interrumpir la corriente del material fluido de tal modo que el material fluido esta estatico en el interior de la camara de mezclado (30); y

cesar la inyeccion del gas presurizado en el material fluido estatico cuando se interrumpe la corriente del material fluido.

10 8. El metodo de la reivindicacion 6 que comprende ademas:

interrumpir la corriente del material fluido a traves de la camara de mezclado (30); y

cesar la inyeccion del gas presurizado en el material fluido al dar lugar a que el dispositivo de inyeccion de gas (60) se accione de forma selectiva hasta un estado cerrado cuando se interrumpe la corriente del material fluido 15
9. El metodo de la reivindicacion 6 en el que inyectar el gas comprende ademas:

controlar un caudal del gas presurizado al material fluido.

20 10. El metodo de la reivindicacion 6 que comprende ademas:

evitar el reflujo del material fluido al interior de un dispositivo de inyeccion de gas (60) que esta configurado para inyectar el gas presurizado en la camara de mezclado (30).