ES2562334T3 - Sistema de filtración - Google Patents

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Abstract

Sistema de filtración para el filtrado de un fluido que contiene partículas sólidas, que comprende un número múltiple de cámaras (2) dispuestas en series, cada cámara (2) incluye una membrana de forma tubular (4) dispuesta en la cámara (2) respectiva que incluye una pared deformable (3) que delimita un interior de la cámara con la pared (3) respectiva, el sistema comprende además un número múltiple de miembros intermedios de la cámara (6) y las membranas intermedias correspondientes de forma tubular (7) dispuestas en series entre las cámaras (2) y las membranas (4), respectivamente, en donde el sistema se dispone para deformar periódicamente las paredes de la cámara hacia adentro y hacia afuera, respectivamente, para filtrar un fluido que está presente en la cámara respectiva, exterior a la respectiva membrana, en donde las membranas incluyen un elemento tubular de soporte y una capa de membrana que se dispone sobre la superficie exterior del elemento tubular de soporte, respectivamente, la capa de membrana incluye canales que tienen un diámetro más pequeño con desplazamiento radial creciente con respecto al eje longitudinal de la membrana de forma tubular, en donde el sistema se dispone para deformar periódicamente las paredes de la cámara en un movimiento peristáltico por contracción radialmente simétrica y relajación de las paredes de la cámara que se propaga como una onda a lo largo del eje de simetría (Y) de las cámaras.

Description

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DESCRIPCIÓN
Sistema de filtración.
La invención se refiere a un sistema de filtración para el filtrado de un fluido que contiene partículas sólidas, que comprende una pared deformable que delimita un interior de la cámara con la pared, y una membrana de forma tubular dispuesta en la cámara.
Los sistemas de filtración con paredes deformables se describen, por ejemplo, en US6544424, FR 2815269 o US 5234605.
Para el propósito de analizar los procesos en el estómago e intestino humanos, se desea proporcionar un sistema de filtración eficiente.
Se conocen sistemas de filtración de acuerdo con el preámbulo en donde un fluido a filtrar se hace fluir a través de tubos que se colocan en una cámara. La membrana se dispone en el lado interior de los tubos.
Sin embargo, en la práctica, parece que las partículas sólidas se acumulan en la membrana para formar una pasta, lo que deteriora el proceso de filtrado. Para aumentar la eficiencia de filtrado de una membrana, la formación de la pasta puede antagonizarse mediante la aplicación de un proceso mecánico, por ejemplo frotar o aplicar un flujo de cizallamiento a lo largo de la membrana.
De acuerdo con un aspecto de la invención, se proporciona un sistema de acuerdo con la reivindicación 1.
Al proporcionar el fluido a filtrar en la cámara, fuera de la membrana, y mediante la inducción de un flujo de fluido mediante el cambio mecánicamente del volumen de la cámara, puede ejecutarse un proceso con filtro eficiente, en donde el crecimiento de la pasta se reduce considerablemente. La compresión, amasado y/o el efecto de empuje de la pared de la cámara en movimiento impulsa un flujo tangencial a lo largo de la superficie de la membrana y genera fuerzas de cizallamiento que contrarrestan la formación de la pasta.
De manera favorable, el sistema de acuerdo con la invención permite una configuración del filtro en donde la membrana se sitúa en el exterior del tubo de filtración, de modo que, en principio, no se necesitan piezas mecánicas para limpiar la membrana. Además, si se desea una acción de limpieza mecánica, un proceso de este tipo puede ejecutarse relativamente con facilidad, debido a la posición exterior de la membrana.
La invención también se refiere a un método de acuerdo con la reivindicación 10.
A modo de ejemplo solamente, las modalidades de la presente invención se describirán ahora con referencia a las figuras adjuntas en las cuales
La Figura 1 muestra una vista esquemática en sección transversal de un sistema de filtración de acuerdo con la invención, y
La Figura 2 muestra una vista esquemática lateral de la sección transversal de una membrana de forma tubular de un sistema de filtración de acuerdo con la invención.
Las figuras son vistas simplemente esquemáticas de modalidades preferidas de acuerdo con la invención. En las figuras, los mismos números de referencia se refieren a partes iguales o correspondientes.
La Figura 1 muestra una vista esquemática de la sección transversal de un sistema de filtración 1 de acuerdo con la invención. El sistema de filtración 1 se dispone para filtrar un fluido que contiene partículas sólidas, y comprende un número múltiple de cámaras 2a-d que delimitan el interior con paredes deformables 3a-d. Además, el sistema 1 incluye respectivas membranas de forma tubular 4a-d dispuestas en las cámaras correspondientes 2a-d.
El sistema incluye carcasas 5a-d en donde las cámaras 2a-d se acomodan. Además, el sistema de filtración 1 que incluye un número múltiple de miembros intermedios de la cámara 6a-d y las correspondientes membranas intermedias de forma tubular 7a-d para disponer las cámaras 2 y las membranas 4 en serie. En la modalidad mostrada, las cámaras 2 y las membranas 4 forman cada una, un circuito cerrado, respectivamente.
Se observa que las membranas 4 y membranas intermedias 7 pueden integrarse en elementos unitarios. Como un ejemplo, una primera membrana de forma tubular 4a y una segunda membrana adyacente de forma tubular 4b pueden implementarse como una sola membrana, que incluye la membrana intermedia de forma tubular 7a entre la primera y la segunda membrana 4a-b.
En la modalidad mostrada, el eje longitudinal A de una membrana de forma tubular 4a es sustancialmente paralela a un
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eje de simetría de la cámara correspondiente 2a. En la Figura 1 el eje de simetría Y de la cámara correspondiente coincide con el eje longitudinal A de la membrana 4a.
Durante el funcionamiento del sistema de filtración 1, un fluido a filtrar fluye a través de las cámaras 2a-d, sustancialmente en una dirección paralela al eje de simetría Y de la cámara 2. El flujo se induce mediante la deformación periódicamente de la pared de la cámara 3 interior y exteriormente, en una dirección radial con respecto al eje de simetría Y de la cámara 2. Al deformar periódicamente la pared de la cámara 3 en un movimiento peristáltico, se origina un flujo de fluido en una dirección paralela al eje de simetría Y.
En este contexto, un movimiento peristáltico se ha de entender como una contracción radialmente simétrica y la relajación de la propagación de la pared de la cámara como una onda a lo largo del eje de simetría Y de la cámara, lo que empuja de ese modo el material hacia delante en una dirección de propagación P a lo largo del eje de simetría Y de la cámara. Tal movimiento peristáltico simula un peristaltismo en la contracción de los músculos lisos que rodean el tracto digestivo para propulsar los contenidos a través de dicho tracto. La peristalsis impulsa una bola de comida, llamado bolo o quimo, a lo largo del tracto gastrointestinal.
Mediante compresión, amasado y/o empuje de la pared de la cámara 3, el fluido se mezcla e impulsa paralelo a la superficie exterior de la membrana, como un flujo cruzado o flujo tangencial. De una manera ventajosa, las fuerzas de clzallamlento se generan que contrarrestan la formación de una acumulación no deseada de partículas sólidas a filtrar del fluido, llamada además pasta.
Preferentemente, la pared de la cámara 3 incluye un manguito flexible que puede deformarse fácilmente, por ejemplo, mediante la aplicación de una presión negativa y/o sobrepresión en la parte restante de la carcasa correspondiente 5. Sin embargo, la pared de la cámara puede incluir partes rígidas que pueden moverse radlalmente hacia dentro y hacia el exterior, por ejemplo, impulsado por un accionador.
Ya que se usa un número múltiple de cámaras 2 con las correspondientes membranas 4, puede llevarse a cabo un proceso de filtración altamente efectivo. Además, el proceso puede ejecutarse además muy eficientemente. En la modalidad mostrada, un número múltiple de paredes flexibles 3b-d se fijan en una posición radlalmente hacia el Interior, mientras que una única pared flexible 3a se mueve periódicamente entre una posición radlalmente hacia dentro y una posición radialmente hacia fuera. Después, la superficie disponible de la membrana es relativamente grande en comparación con el volumen de fluido en las cámaras, de manera que una alta eficiencia puede obtenerse en el proceso con filtro. Adicionalmente, mediante la formación de un lazo de cámaras y los correspondientes tubos de membranas, el proceso de filtración puede realizarse continuamente. En principio, como una alternativa, puede implementarse además una cadena abierta de cámaras y el tubo de la membrana correspondiente. Adicionalmente, una sola cámara que incluye una sola membrana de forma tubular puede aplicarse además para la realización de un proceso de filtración.
La Figura 2 muestra una vista lateral esquemática de la sección transversal de una membrana de forma tubular 4 de un sistema de filtración 1 según la invención. La membrana 4 incluye un elemento tubular 10 y el apoyo a una membrana de capa 11 dispuesta sobre la superficie exterior 12 del elemento de soporte tubular, de manera que la eficacia de la parte de membrana 11 se encuentra en la parte exterior del tubo 4. Los canales 15 en el membrana 4 tienen un diámetro más pequeño con el aumento de la desviación radial con respecto al eje longitudinal A del tubo 4. Como un efecto de la posición de la capa de membrana, la formación de una pasta se contrarresta aún más.
En la modalidad mostrada, el elemento de soporte tubular 10 y la membrana de la capa 11 forman un módulo integrado. Como alternativa, el elemento de soporte tubular 10 y la membrana de la capa 11 se forman por separado y se montan entre sí. La membrana puede estar hecha de un material cerámico, o de otro material tal como un polímero.
En una forma muy ventajosa, el sistema de filtración 1 incluye, además, una estructura permeable rígida en forma tubular de fluido 13 dispuesto en la superficie exterior 14 de la membrana 4 y la definición de una posición mínima radial Rmin de la pared 3 deformable que es mayor que la posición de la superficie radial exterior Rmembrana de la membrana 4.
Mediante la aplicación de la estructura 13 de forma tubular rígida permeable a los fluidos, el volumen de la cámara 2 es relativamente pequeña, mientras que un flujo de fluido a través de la estructura rígida puede ser forzado a través de un volumen anular que tiene un anillo radial de desplazamiento Rdesviación y que encierra el tubo 4, a lo largo de la membrana, en una dirección tangencial, lo que aumenta aún más la eficiencia del proceso de filtrado.
La estructura tubular rígida permeable a los fluidos se implementa, por ejemplo, como un calcetín. En principio, cada tejido o material que es suficientemente rígido para forzar el material no tejido de pared deformable para dejar de moverse radialmente hacia dentro más allá de una posición mínima radial mayor que la posición de la superficie exterior radial de la membrana, pero que es permeable para el fluido a filtrar, es adecuado para su aplicación como estructura en forma tubular rígida permeable a los fluidos mencionados anteriormente.
Opcionalmente, el sistema de filtración está provisto de un elemento de calentamiento para calentar el fluido en la cámara, por ejemplo, en caso de que la viscosidad del fluido a filtrar aumente por encima de un nivel deseado.
El sistema de filtración de acuerdo con la invención puede usarse para el filtrado de un contenido de la prueba del intestino en el análisis de los procesos en el tracto gastrointestinal.
5 Sin embargo, también otros tipos de fluidos pueden filtrarse mediante el uso del sistema de la invención, por ejemplo, suspensiones o líquidos para ser analizadas en producto farmacéutico u otros modelos de laboratorios.
Los experimentos demostraron que una membrana de forma tubular que tiene una longitud de 50 cm, un diámetro exterior de 10 cm y un tamaño de poro de 100 nm es capaz de realizar una filtración de una suspensión con una tasa de 10 filtración de 3 mi / minuto y fue posible durante una período de 3 horas.
La invención no está restringida a la las modalidades descritas en la presente descripción. Se debe entender que son posibles muchas variantes.
15 En lugar de aplicar una única forma tubular de membrana en la cámara, un número múltiple de la membrana de forma tubular puede estar dispuesto en la cámara del sistema de filtración de acuerdo con la invención.
Otras tales variantes serán evidentes para el experto en la técnica y se consideran incluidas dentro del alcance de la invención como se define en las siguientes reivindicaciones.

Claims (9)

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    REIVINDICACIONES
    1. Sistema de filtración para el filtrado de un fluido que contiene partículas sólidas, que comprende un número múltiple de cámaras (2) dispuestas en series, cada cámara (2) incluye una membrana de forma tubular (4) dispuesta en la cámara (2) respectiva que incluye una pared deformable (3) que delimita un interior de la cámara con la pared (3) respectiva, el sistema comprende además un número múltiple de miembros intermedios de la cámara (6) y las membranas intermedias correspondientes de forma tubular (7) dispuestas en series entre las cámaras (2) y las membranas (4), respectivamente, en donde el sistema se dispone para deformar periódicamente las paredes de la cámara hacia adentro y hacia afuera, respectivamente, para filtrar un fluido que está presente en la cámara respectiva, exterior a la respectiva membrana, en donde las membranas incluyen un elemento tubular de soporte y una capa de membrana que se dispone sobre la superficie exterior del elemento tubular de soporte, respectivamente, la capa de membrana incluye canales que tienen un diámetro más pequeño con desplazamiento radial creciente con respecto al eje longitudinal de la membrana de forma tubular, en donde el sistema se dispone para deformar periódicamente las paredes de la cámara en un movimiento peristáltico por contracción radialmente simétrica y relajación de las paredes de la cámara que se propaga como una onda a lo largo del eje de simetría (Y) de las cámaras.
  2. 2. Sistema de filtración de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el eje longitudinal de la membrana de forma tubular es sustancialmente paralelo a un eje de simetría de la cámara.
  3. 3. Sistema de filtración de acuerdo con la reivindicación 1, en donde el elemento tubular de soporte y la capa de membrana forman un módulo integrado.
  4. 4. Sistema de filtración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la membrana se hace de un material cerámico.
  5. 5. Sistema de filtración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la pared deformable incluye un manguito flexible.
  6. 6. Sistema de filtración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye además una estructura rígida permeable a los fluidos en forma tubular que se dispone en la superficie exterior de la membrana y que delimita una posición mínima radial de la pared deformable que es mayor que la posición de la superficie exterior radial de la membrana.
  7. 7. Sistema de filtración de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que incluye además un elemento de calentamiento para calentar el fluido en la cámara.
  8. 8. Sistema de filtración de acuerdo con la reivindicación 7, en donde las cámaras y/o las membranas forman un lazo cerrado.
  9. 9. Método para filtrar un fluido que contiene partículas sólidas, que comprende las etapas de:
    - proporcionar una pared deformable que delimita un interior de la cámara con la pared, y una sola membrana de forma tubular que se dispone en la cámara, la membrana tiene una superficie exterior radial, y
    - deformar periódicamente la pared de la cámara hacia el interior y hacia el exterior, respectivamente, entre una posición radial hacia fuera y una posición radial hacia adentro que está cerca de la superficie exterior radial de la membrana, para filtrar un fluido que está presente en la cámara, exterior a la membrana,
    en donde la pared de la cámara se deforma en un movimiento peristáltico por contracción simétrica radialmente y relajación de las paredes de la cámara que se propaga como una onda a lo largo de un eje de simetría (Y) de las cámaras que impulsa de ese modo el material hacia delante en una dirección de propagación (P) a lo largo del eje de simetría (Y) de las cámaras.
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