ES2558503B1 - Dispositivo y procedimiento para el secado de productos - Google Patents

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ES2558503B1 ES201431002A ES201431002A ES2558503B1 ES 2558503 B1 ES2558503 B1 ES 2558503B1 ES 201431002 A ES201431002 A ES 201431002A ES 201431002 A ES201431002 A ES 201431002A ES 2558503 B1 ES2558503 B1 ES 2558503B1
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Abstract

Dispositivo y procedimiento para el secado de productos.#La presente invención se refiere a dispositivo y procedimiento para el secado de productos, siendo también aplicable a la activación de resinas que cubren esos productos, con un sistema modular de sección ampliable, formado por una o más lámparas infrarrojas de filamento no metálico, con fibra de carbono, encapsuladas en un tubo de cuarzo simple o gemelo, cuya parte superior está recubierta con un reflector de oro, y refrigerada con aire, obteniendo el máximo aprovechamiento de la energía radiante de respuesta rápida y convectiva. El aire caliente generado, puede ser recirculado mediante un primer ventilador e impulsado para ser aprovechado, donde dicho aire caliente es aplicado contra el producto mediante difusores, de forma que los vapores extraídos son incinerados mediante un dispositivo de incineración antes de la emisión al exterior.

Description

DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA EL SECADO DE PRODUCTOS
DESCRIPCION
5 OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion, tal y como se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un dispositivo y procedimiento para el secado de productos, donde el aparato comprende una estructura de tunel con uno o varios modulos soporte 10 que integran emisores de radiacion infrarroja (IR) dispuestos por encima de una cinta transportadora que sustenta los productos a secar con los emisores, productos a secar como son materiales laminares, productos a granel o recubrimientos, siendo tambien aplicable a la activacion de resinas que cubren esos productos.
15 El objetivo de la invencion es conseguir rendimientos elevados de hasta el 80/90% durante el proceso de secado de los productos y una importante reduccion de tiempo de curado por encima del 30/40%, frente a procesos similares y de un 200/300% frente a sistemas de conveccion. Tambien es un objetivo de la invencion eliminar emisiones de gases contaminantes.
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Por tanto un problema tecnico a resolver es el elevado gasto de energla electrica que consumen los aparatos convencionales para el secado de productos, alcanzando con el aparato de la invencion una elevada eficiencia energetica, resolviendose tambien el problema de las emisiones de gases a la atmosfera.
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Tambien es un problema tecnico a resolver las quemaduras puntuales que se generan convencionalmente en los productos a secar, de forma que el aparato de la invencion consigue un reparto proporcional y uniforme del calor generado por los emisores evitando dichas quemaduras, impidiendose asl tener que desechar piezas acabadas.
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ANTECEDENTES DE LA INVENCION
La aplicacion de radiacion infrarroja, coloquialmente nombrada como "IR”, es una tecnica de calentamiento y calefaccion, ampliamente conocida, y utilizada en diferentes campos
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como la serigrafla, la vulcanizacion, secado de pinturas, calentamiento de alimentos, soplado de plasticos, tipo PET, secado de tintas, etc
Otros secados se realizan tradicionalmente por tubos radiantes calentados por quemadores de gas, como la patente italiana con n° de publication IT 1225094, o placas incandescentes como la patente americana con n° de publicacion US 4906180, basados en la elimination de la humedad superficial.
Tambien es conocido un procedimiento y secado de piezas de fundicion, con la utilization de varias fases de precalentamiento, mantenimiento y calentamiento posterior como es el caso de la patente alemana con n° de publicacion 3406789 para tratamientos de piezas recubiertas con pintura por radiation directa y difusa intensiva, y un dispositivo para la eliminacion de la humedad que genere el secado, basado en la utilizacion de reflectores, y corriente de aire recuperado por convection para el secado, que presenta una geometrla complicada.
A diferencia de la patente espanola, P 0236609, del ano 1957, en la invention que nos ocupa la temperatura del objeto no se ajusta solo con la altura de una lampara con respecto al objeto a secar, sino por un control de la regulation de la tension y de esta manera ajustar la temperatura del filamento. Para ello es habitual el uso de reguladores de estado solido “RSS”, que ajustan la secuencia de fase en modo automatico, con referencia directa de la temperatura del objeto o de su recubrimiento, o en modo manual con un potenciometro, o salida analogica.
El medio de transporte habitualmente utilizado para el transporte de piezas, losas, placas o productos a granel puede ser por ejemplo una cinta o banda transportadora. En el caso de productos a granel o productos ligeros, estas pueden ser de teflon o silicona. Para materiales de construction se puede utilizar un transporte de rodillos, cadenas o malla, donde mediante un moto-reductor, o moto-tambor, accionado o comandado desde un panel electrico, se encarga de ajustar la velocidad, permitiendo el trabajo en continuo, de forma estatica o intermitente. De esta manera se irradia una energla controlada sobre objetos, tambien llamada irradiancia, que sera ajustada en funcion del numero de emisores, tiempo de exposition, altura y potencia instalada, de una manera directa o difusa.
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Otro tipo de emisores como los utilizados en la patente espanola con n° de solicitud P 200702733, tambien llamados de onda corta, del tipo visible, halogeno, tambien llamado infrarrojo cercano, que si bien permiten una respuesta rapida, tienen una gran dependencia con el color, y su radiacion es muy agresiva sobre materiales termo- deformables, como correas, plasticos, recubrimientos y bandas; por lo que su uso esta restringido para calentamiento o secado de humedad superficial durante cortos tiempos de exposition. Su filamento de tungsteno es incandescente y gracias al gas halogeno, tiene una alta temperatura de color de hasta 2450 K, con longitudes de onda entre 0,7 y 2,2 micrones, habitualmente 1,2 micrones. Son muy utilizados en muchos sectores, aunque esto supone un mayor consumo energetico, provocando en el caso de una mala irradiation sobre objetos roturas, puntos calientes, debido a los gradientes termicos generados y al efecto de la absorcion optica.
La patente con n° de publication WO 2013/182714 se refiera a un procedimiento y equipo de curado de resinas plasticas por radiacion termica para materiales de construction laminares para precipitar el fenomeno flsico del entrecruzamiento molecular del adhesivo y el endurecedor de la resina plastica infiltrandose y recubriendo fisuras, defectos e irregularidades en las piezas a tratar ajustable al nivel de irradiancia requerido. En una primera etapa se lleva a cabo un precalentamiento de la pieza por rayos infrarojos con una determinada frecuencia de radiacion entre 1 y 2 micrones y una temperatura entre 50 °C y 60°C. En una segunda etapa se lleva a cabo un resinado o impegnacion de la resina y una tercera etapa de curado con longitudes de onda entre 2,2 y 3,5 micrones.
A diferencia de las mencionadas patentes, unos soportes reflectores del dispositivo de la invencion son de acero inoxidable y refrigerados por un ventilador de baja presion, necesario para la protection interna y termica del dispositivo de la invention, debido a las altas temperaturas del filamento y de la alta densidad de potencia alcanzada
DESCRIPCION DE LA INVENCION
Con el fin de alcanzar los objetivos y evitar los inconvenientes mencionados en los apartados anteriores, la invencion propone un dispositivo y procedimiento para el secado de productos donde el dispositivo comprende un bastidor que sustenta una cinta transportadora de piezas a secar mediante lamparas de radiacion infrarroja integradas en unos reflectores sustentados en unos modulos soporte regulables en altura y position
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dispuestos por encima del ramal superior de la cinta transportadora que discurre por el interior de una estructura de tunel, en cuyo espacio interior se encuentran los reflectores junto con las lamparas de radiacion infrarroja.
Las lamparas de fibra de carbono de respuesta rapida emiten una radiacion infrarroja con una longitud de onda entre 2,2 y 2,8 micrones, preferentemente 2,5 micrones; temperatura de color entre 700 y 800 k y una densidad de potencia entre 30 y 35 kw/m2.
Dichas lamparas estan dispuestas en direcciones paralelas a distancias equidistantes entre si; donde dichas lamparas estan dispuestas en la misma direccion longitudinal del avance de las piezas a secar arrastradas por la cinta transportadora.
Los reflectores junto con las lamparas estan sustentados en los modulos soporte a modo de carcasas envolventes que se encuentran dentro de la estructura de tunel.
El aire caliente generado dentro de la estructura de tunel es recirculado mediante un primer ventilador que impulsa el aire caliente para ser aprovechado e impulsado contra la cara superior y/o inferior de las piezas a secar mediante unos difusores.
Los reflectores que integran las lamparas se refrigeran mediante unos segundos ventiladores que introducen aire desde el exterior al interior de los modulos soporte.
El dispositivo de la invencion incluye ademas un incinerador de gases que incineran los gases generados en el interior de la estructura de tunel, antes de emitirlos a la atmosfera.
Los modulos soporte estan fabricados en acero inoxidable, con reflector en alto brillo que contrarresta la oxidacion frente a vapores o gases desprendidos de los procesos.
Las lamparas estan encapsuladas dentro de unos tubos de cuarzo, cuya parte superior esta recubierta con un reflector de oro, y refrigeradas con el aire impulsado por los segundos ventiladores.
El procedimiento para el secado de productos comprende las siguientes fases:
- Activar los segundos ventiladores para introducir aire desde el exterior al espacio interior
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de los modulos soporte donde se encuentran los emisores con las lamparas de radiacion infrarroja.
- Activar el incinerador de gases hasta que alcance una temperatura minima de 850°C.
- Activar las lamparas de radiacion infrarroja.
- Introducir las piezas a secar al interior de la estructura de tunel por mediation de la cinta transportadora.
- Activar el primer ventilador para extraer aire caliente del interior de los modulos soporte, para despues impulsarlo contra las piezas a secar a traves de los difusores.
La fibra de carbono, como elemento de calentamiento es un tipo de material de color negro puro, que tiene las ventajas de un rapido calentamiento, con histeresis termica pequena, incluso calefaccion, larga distancia de transferencia de radiacion de calor y rapida velocidad de intercambio de calor. Tiene una vida media de 6.000 horas y el flujo luminoso es mucho menor que el de otros tubos de calefaccion electrica. La eficiencia de conversion electrica puede alcanzar mas del 95%. Se puede calentar en 1 o 2 segundos, y despues de 5 segundos, la temperatura de la superficie puede llegar a 300-700°C. Bajo la condition de la misma potencia y el volumen, en comparacion con otros tubos de calefaccion normales o de ceramica electrica, necesita menos tiempo para alcanzar la temperatura nominal.
Siendo la maxima temperatura de trabajo <500°C, la vida de la fibra de carbono aumenta un 20%. Y por otro lado los emisores de carbon, son mucho mejor absorbidos por el agua, debido al espectro de absorcion del material.
A diferencia de otro tipo de emisores, como resistencias, o emisores de onda media u onda larga, cuya regulation es lenta, con alta inercia termica de hasta 4 minutos, solo son aconsejables en procesos de control con referencia al valor de la temperatura del aire, similar al utilizado en mecheros de gas o placas radiantes, con sondas tipo “K”, tipo “J” o “PT100”, no controlando la temperatura del objeto.
A continuation para facilitar una mejor comprension de esta memoria descriptiva y
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formando parte integrante de la misma, se acompana una serie de figuras en las que con caracter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invention.
BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
Figura 1.- Muestra una vista en alzado del dispositivo para el secado de productos, objeto de la invencion. Tambien es objeto de la invencion el procedimiento para el secado. En esta vista, unas lamparas de radiation infrarroja estan dispuestas en la misma direction que el avance de unas piezas a secar arrastradas por una cinta transportadora.
Figura 2.- Muestra una vista similar a la figura anterior, donde el dispositivo incorpora varios modulos soporte que sustentan unos reflectores con lamparas de radiacion infrarroja, a diferencia de un solo modulo soporte que incorpora el dispositivo de la figura 1. En este caso, las lamparas estan dispuestas en una direccion perpendicular al avance de la cinta transportadora.
Figura 3.- Muestra una vista en planta de dos modulos contiguos y ampliables juntos de radiacion infrarroja dispuestos por encima de una cinta transportadora que sustenta unas piezas que reciben el calor de las lamparas para llevar a cabo su secado.
Figura 4.- Muestra una vista similar a lo representado en la figura 3 donde las lamparas de radiacion infrarroja estan dispuestas perpendicularmente al avance de las piezas a secar sustentadas en la cinta transportadora.
Figura 5.- Muestra una vista en alzado seccionado de los reflectores con sus lamparas de radiacion infrarroja.
DESCRIPCION DE UN EJEMPLO DE REALIZACION DE LA INVENCION
Considerando la numeration adoptada en las figuras el dispositivo para el secado de productos comprende un bastidor (1) que sustenta una cinta transportadora (2) de piezas
(3) a secar mediante unos modulos soporte (6) que sustentan unos reflectores emisores
(4) y unas lamparas (7) de radiacion infrarroja, estando dispuestos dichos modulos soporte (6) por encima del ramal superior de la cinta transportadora (2) que sustenta las
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piezas (3) a secar. Las lamparas (7), aparte de tener la funcion de secar las piezas (3), tienen la funcion de activar las resinas que algunas de estas piezas (3) integran sobre una de sus caras.
La cinta transportadora (2) discurre por el interior de una estructura de tunel (5), en cuyo espacio interior se encuentran los modulos soporte (6) de acero inoxidable a modo de carcasas envolventes, de forma que dentro de estos modulos soporte (6) se ubican los reflectores (4) que integran las lamparas (7) paralelas que emiten la radiacion infrarroja, las cuales estan dispuestas en la direction longitudinal del avance de las piezas (3) a secar arrastradas por la cinta transportadora (2) segun se muestra en la figura 3.
En otra realization, las lamparas (7) estan dispuestas en una direccion perpendicular a la direccion longitudinal del avance de las piezas (3) a secar arrastradas por la cinta transportadora (2) segun se muestra en la figura 4..
Las lamparas (7) infrarrojas tienen un filamento no metalico de fibra de carbono, a la vez que estan encapsuladas dentro de unos tubos de cuarzo (8) simple o gemelo, cuya parte superior esta recubierta de un reflector (8a) de oro, y refrigeradas con aire, obteniendo el maximo aprovechamiento de la energla radiante de respuesta rapida y convectiva.
El aire caliente generado es recirculado mediante un primer ventilador (9) e impulsado para ser aprovechado en la cara superior y/o inferior de las piezas (3) a secar mediante unos difusores (10), y los vapores extraldos son incinerados mediante un incinerador de gases (11) antes de la emision al exterior. El incinerador de gases (11) conecta con el espacio interior de la estructura de tunel (5) a traves de un conducto anterior (12). Dicho primer ventilador (9) extrae el aire caliente del interior de la estructura de tunel (5) para despues impulsarlo contra las piezas (3) a traves de los difusores (10).
Se han previsto unos segundos ventiladores (13) de impulsion que introducen aire del exterior al interior de los modulos soporte (6) como medio de refrigeration contralada de los reflectores (4) de radiacion infrarroja.
El dispositivo de la invention se complementa con una fuente de alimentation externa (14) para alimentar a la baterla de lamparas (7) de radiacion infrarroja.
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Los modulos soporte (6) estan fabricados en acero inoxidable, con reflector (4) en alto brillo, lo que permite un menor ataque u oxidacion frente a vapores o gases desprendidos de los procesos, siendo la presion y caudal de aire inyectado el necesario para renovar los volumenes que rodean los cables, y los elementos de sujecion, y a su vez evitar la condensation sobre los propios tubos de cuarzo (8), en especial sobre sus reflectores (8a), siendo el aire generado proyectado por orificios de pequena section para una mayor eficiencia.
Cada modulo soporte (6) se puede construir en acero segun la normativa AISI 304B, 310 o 316L, en caso de ser necesario por cumplimiento normativa, o por requerimiento en condiciones especiales como alimentation, ambiente salino, ataque qulmico, etc.
El incinerador de gases (11) alcanza una temperatura del orden de 870°C para evitar la emision de los vapores o disolventes al exterior.
Otro problema tecnico no solucionado en la patente con n° depublicacion WO/ES2013/182714, es que solo la renovation del aire no asegura el riesgo de explosion en atmosferas inflamables. Por lo que es requisito del actual dispositivo de la invention que el contenido de disolventes no sobrepase el 25% del llmite inferior de explosibilidad que corresponde a un 0,4% en volumen de disolventes en la atmosfera interior, que tambien puede ser reducido con fases de precalentamiento del material antes de la fase de resinado o pintado.
Nuestro dispositivo lo soluciona, no permitiendo su arranque, sin haber antes hecho un barrido con los segundos ventiladores de impulsion y mantenimiento de estos en marcha durante todo el proceso.
Gracias al incinerador de gases (11) con extraction controlada y a la utilization mediante recirculation del aire caliente mediante los difusores (10), se consigue rendimientos mayores del 80-90% en procesos de secado y una reduction de tiempo de curado mayor del 30-40%, frente a procesos similares y del 200-300% frente a sistemas de convection, tal como ya se ha referido en apartados anteriores.
Es conocido que las longitudes de onda media y larga, son sensibles a corrientes de aire, y una extraccion de aire cercana a los reflectores (4), perderla eficiencia debido a la
energla convectiva generada no utilizada.
Un estudio de potencias nos indica que la densidad de potencia de 20-50kw/m2 y mas concretamente de 30-35 kw/m2, instalada, permite una buena regulacion y una larga vida 5 de las lamparas (7). Tras los ensayos, en un ejemplo de realizacion se ha previsto un prototipo formado por dos reflectores (4) con seis lamparas (7) de 2000 W cada una, uniformemente repartidas en una superficie de 0,6 x 0,6 m., tal como se representa en las figuras 3 y 4.
10 En el ejemplo de realizacion descrito en el parrafo anterior, la distancia entre las lamparas (7) emisoras es de 100 mm. y su longitud util es de 600 mm., deduciendose que la densidad de potencia es de 3,3w/cm2.
Con el ciclo de dos minutos para reticular, supone un consumo maximo por m2 de 15 1,11kwh/m2 y un consumo estimado del 70% que equivale a 0,777 kwh/m2.
En el caso de utilization en evaporation de agua en secado de productos a granel, como pelets y materiales porosos, se obtiene como consumo medio 0,8/1,2 kwh/kg de agua.
El dispositivo de la invention presenta las ventajas de un secado homogeneo, poco 20 agresivo para materiales sensibles, posibilidad de trabajar con bandas transportadoras, sin puntos calientes, pero de alta velocidad debido a la longitud de onda de la radiation infrarroja, no solucionado con otros tipos de emisores. Asimismo, el empleo de bajo volumen de aire de relleno y mayor recirculation con aire recuperado, permite rendimientos superiores al 90%.
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    REIVINDICACIONES
    1. - DISPOSITIVO PARA EL SECADO DE PRODUCTOS, que comprende un bastidor que sustenta una cinta transportadora de piezas a secar mediante lamparas de radiacion infrarroja integradas en unos reflectores sustentados en unos modulos soporte dispuestos por encima del ramal superior de la cinta transportadora que discurre por el interior de una estructura de tunel, en cuyo espacio interior se encuentran los modulos soporte; caracterizado por que:
    - las lamparas (7) de fibra de carbono emiten una radiacion infrarroja con una longitud de onda entre 2,2 y 2,8 micrones, preferentemente 2,5 micrones; temperatura de color entre 700 y 800 k y una densidad de potencia entre 30 y 35 kw/m2;
    - las lamparas (7) estan integradas en los reflectores (4), los cuales estan sustentados a su vez en los modulos soporte (6) a modo de carcasas envolventes que se encuentran dentro de la estructura de tunel (5);
    - el aire caliente generado dentro de la estructura de tunel (5) es recirculado mediante un primer ventilador (9) que impulsa el aire caliente para ser aprovechado e impulsado contra la cara superior y/o inferior de las piezas (3) a secar mediante unos difusores (10);
    - los reflectores (4) que integran las lamparas (7) se refrigeran mediante unos segundos ventiladores (13) que introducen aire desde el exterior al interior de los modulos soporte
    (6);
  2. 2. - DISPOSITIVO PARA EL SECADO DE PRODUCTOS, segun la reivindicacion 1, caracterizado por que comprende un incinerador de gases (11) que incinera los gases generados en el interior de la estructura de tunel (5), antes de emitirlos a la atmosfera.
  3. 3. - DISPOSITIVO PARA EL SECADO DE PRODUCTOS, segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las lamparas (7) estan dispuestas en direcciones paralelas a distancias equidistantes entre si; donde dichas lamparas estan dispuestas en la direccion longitudinal del avance de las piezas (3) a secar arrastradas por la cinta transportadora (2);
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  4. 4. - DISPOSITIVO PARA EL SECADO DE PRODUCTOS, segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 o 2, caracterizado por que las lamparas (7) estan dispuestas en una direccion perpendicular al avance de las piezas (3) a secar arrastradas por la cinta transportadora (2).
  5. 5. - DISPOSITIVO PARA EL SECADO DE PRODUCTOS, segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los modulos soporte (6) estan fabricados en acero inoxidable, con reflector (4) en alto brillo que contrarresta la oxidacion frente a vapores o gases desprendidos de los procesos.
  6. 6. - DISPOSITIVO PARA EL SECADO DE PRODUCTOS, segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las lamparas (7) estan encapsuladas dentro de unos tubos (8) de cuarzo, cuya parte superior esta recubierta con un reflector (8a) de oro, y refrigeradas con el aire impulsado por los segundos ventiladores (13).
  7. 7. - PROCEDIMIENTO PARA EL SECADO DE PRODUCTOS, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende las siguientes fases:
    - activar los segundos ventiladores (13) para introducir aire desde el exterior al espacio interior de los modulos soporte (6) donde se encuentran los emisores (4) con las lamparas (7) de radiacion infrarroja;
    - activar las lamparas (7) de radiacion infrarroja;
    - introducir las piezas (3) a secar al interior de la estructura de tunel por mediacion de la cinta transportadora (2);
    - activar el primer ventilador (9) para extraer aire caliente del interior de los modulos soporte (6), para despues impulsarlo contra las piezas (3) a secar a traves de los difusores (10);
  8. 8. - PROCEDIMIENTO PARA EL SECADO DE PRODUCTOS, segun la reivindicacion 7, caracterizado por que comprende una fase adicional que consiste en activar el incinerador de gases (11).
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