ES2752064T3 - Aparato y método para la producción de espuma - Google Patents

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ES2752064T3 ES14290163T ES14290163T ES2752064T3 ES 2752064 T3 ES2752064 T3 ES 2752064T3 ES 14290163 T ES14290163 T ES 14290163T ES 14290163 T ES14290163 T ES 14290163T ES 2752064 T3 ES2752064 T3 ES 2752064T3
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Hamouda Jaffel
Richard Morlat
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Abstract

Aparato para preparar espuma para incorporación en una suspensión cementosa, que comprende un conducto que tiene una entrada (22a) para recibir una alimentación (28) de gas y una alimentación (30) de tensioactivo, y una salida (22b) para permitir la salida de la espuma, alojando el conducto un tapón (18) poroso que proporciona una barrera parcial al flujo de fluido a lo largo del conducto, comprendiendo el tapón (18) una pluralidad de partículas que están empaquetadas en una disposición ordenada regular, definiendo las partículas una red tridimensional de poros que se extienden entre ellas, donde el aparato comprende un componente resiliente situado entre el tapón (18) y el conducto, donde el componente resiliente comprende un manguito (14) dispuesto en un lado radialmente hacia el interior del conducto.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato y método para la producción de espuma
La presente invención se refiere a un aparato y método para la producción de espuma, en particular para la producción de espuma acuosa para su uso en la fabricación de placa de yeso.
El yeso (sulfato de calcio) es un mineral que se encuentra en la naturaleza, pero que puede también obtenerse de forma sintética. El yeso puede existir en una serie de formas, dependiendo del nivel de hidratación del compuesto de sulfato de calcio. Es decir, el yeso puede existir, por ejemplo, en la forma dihidrato (CaSO4'2H2O), la forma hemihidrato (también conocida como estuco), o la forma anhidrita. El yeso puede convertirse entre sus diferentes formas mediante deshidratación o rehidratación.
Las propiedades del yeso lo hacen muy adecuado para su uso en morteros industriales y para edificación y otros productos de edificación tales como cartón de yeso. Es una materia prima abundante y generalmente asequible que, mediante sucesivas etapas de deshidratación y rehidratación, puede vaciarse, moldearse o conformarse de otra forma hasta formas útiles. Por ejemplo, el cartón de yeso, también conocido como placa de yeso laminado con cartón o placa de yeso laminado, se forma como un alma de yeso fraguado intercalado entre hojas de cartón.
El yeso se prepara generalmente para su uso como mortero moliendo y calcinando a temperatura relativamente baja (tal como de aproximadamente 120 a 170°C), generalmente a presión atmosférica. Esto da como resultado yeso parcialmente deshidratado, típicamente en la forma beta cristalina del hemihidrato. El hemihidrato beta puede usarse como material de edificación o construcción mezclándolo con agua para formar una suspensión, pasta o dispersión de estuco acuosa, y luego dejando que la suspensión fragüe por recristalización en el medio acuoso.
Se conoce el uso de espuma en la fabricación de productos de yeso. La fracción de volumen de aire proporcionada por la espuma ayuda a reducir el peso del producto de yeso de modo que el transporte y manipulación del producto sea más económico.
La espuma se produce normalmente por un generador de espuma que se suministra con una alimentación de aire y una alimentación de tensioactivo. Un generador de espuma típico comprende mecanismo de rotación interno para mezclar el agua y el agente espumante tensioactivo concienzudamente para producir espuma. En algunos casos, la paleta giratoria puede estar equipada con cámaras de mezcla que permiten la nucleación de burbujas de espuma. Tales generadores de espuma son conocidos generalmente como generadores de espuma dinámicos. Un generador de espuma dinámico típico se describe en el documento US 4057443.
Otros generadores de espuma comprenden un tubo lleno con un medio poroso permeable, tal como perlas empaquetadas de frita de vidrio o cerámicas, con un espacio entre poros controlado. La espuma se produce entonces introduciendo un agente espumante tensioactivo y aire simultáneamente en el tubo. En este caso, la estructura de la espuma producida se controla seguidamente regulando la contrapresión aplicada sobre el tubo. Tales generadores de espuma son conocidos como generadores de espuma estáticos.
Las espumas convencionales usadas en la producción de placa de yeso laminado con cartón se producen usualmente usando generadores de espuma de tipo dinámico/de alto cizallamiento. Usando esta tecnología, pueden conseguirse una manipulación aproximada de la morfología de la espuma y distribución del tamaño de poros en el producto final explotando la inestabilidad química de los agentes espumantes. Una forma típica de obtener tal inestabilidad es mezclando diferentes agentes espumantes con diferentes composiciones químicas entre sí. En dicho caso, la espuma se denomina habitualmente “activa”. Esta genera pequeñas burbujas (entre 50 pm y 100 pm) que coalescerán progresivamente para producir una distribución polidipersa de burbujas grandes y pequeñas. Agentes espumantes típicos que podrían proporcionar este tipo de cinética de coalescencia rápida son los suministrados por GEO Speciality Chemicals, con el nombre comercial HYONIC® PFM (8, 10, 15 y 33). Una composición química típica de estos agentes espumantes se describe en el documento US 5714001.
Sin embargo, burbujas de espuma excesivamente grandes pueden dar lugar a inestabilidad en la línea de producción, debido a una unión deficiente con el revestimiento de la placa de yeso (conocido normalmente como “burbujeo”), bajo comportamiento mecánico y también productos estéticamente inaceptables.
El documento US 2009/169864 A1 describe composiciones y métodos para reducir el impacto del agua dura en la espumación de placas de yeso. Las composiciones del documento US 2009/169864 A1 incluyen añadir una espuma a agua y una suspensión calcinada donde la espuma incluya agua, aire dispersado y un tensioactivo.
El documento US 2004/045481 A1 describe composiciones útiles para la preparación de paneles de yeso ligeros y de alta resistencia, y métodos de preparación de los mismos. Las composiciones del documento US 2004/045481 A1 incluyen una suspensión de sulfato de calcio hemidrato (estuco), agua, almidón y una espuma.
El documento WO 2012/116228 A2 describe una suspensión para la fabricación de placas de yeso. La suspensión comprende yeso calcinado, agua, un agente espumante y un agente espesante. Ejemplos de agentes espesantes adecuados incluyen éter de la celulosa y copolímeros que contienen grados variables de poliacrilamida y ácido acrílico.
El documento WO 2015/069990 describe un proceso para producir espuma aislante, donde determinados minerales inorgánicos, especialmente pequeños tales como sílice de pirólisis se integran directamente en el fluido de burbujeo para reforzar mecánicamente mejor las burbujas formadas y permitir así la formación de pequeñas burbujas por medios mecánicos.
De forma sorprendente, se ha encontrado que productos de yeso preparados a partir de espuma que tiene una distribución del tamaño de burbujas monodispersa (en lugar de espuma polidispersa) pueden tener una relación resistencia a peso mejor.
El término “dispersidad” es conocido de la ciencia de polímeros, en la que puede usarse para denotar la heterogeneidad de los tamaños de moléculas o partículas en una mezcla. Una colección de objetos puede ser conocida como “monodispersa” si los objetos tienen sustancialmente el mismo tamaño, forma o masa. Un conjunto de objetos que tiene un tamaño, forma y/o masa inconsistente puede ser conocido como “polidisperso”.
A lo largo de la presente memoria descriptiva, el índice de dispersidad del tamaño de burbujas (Dx(espuma)) se calcula como la relación del tamaño de burbujas promedio en peso (Xw) respecto al tamaño de burbujas promedio en número (Xa,).
Así, Bx(espuma) — Xw/ X n.
Adicionalmente, el índice de dispersidad del tamaño de poros (Bx(núdeo)) se calcula como la relación del tamaño de poros promedio en peso (Xw) respecto al tamaño de poros promedio en número (Xa).
Así, Bx(núcleo) — Xw / X n.
Normalmente, la cuantificación de la distribución del tamaño de burbujas de espuma se basa en técnica de análisis de imágenes en dos dimensiones. Cuando estos tipos de técnicas se aplican a una imagen tipo binario, pueden obtenerse curvas de área acumulada frente al diámetro de burbujas y número acumulado frente al diámetro de burbujas. Los puntos de inflexión de estas curvas proporcionan el tamaño de burbujas promedio en peso y el tamaño de burbujas promedio en número, respectivamente.
La espuma se incorpora típicamente en la suspensión de estuco de yeso en un mezclador, por ejemplo, un mezcla de alta cizalla. La suspensión se extrae seguidamente del mezclador y se hace que fragüe y seque, como es bien conocido en la técnica. Un ejemplo de un producto de yeso formado a partir de la suspensión puede ser placa de yeso laminado con cartón. Preferiblemente, la placa de yeso laminado con cartón es un producto ligero que tiene una densidad menor de 800 kg/m2, preferiblemente menor de 560 kg/m2.
Se ha encontrado que los productos de yeso preparados usando espuma que tiene un mayor tamaño de burbujas pueden tener una relación mejorada de resistencia a peso. Por lo tanto, se prefiere que la espuma tenga un tamaño medio de burbujas de al menos 100 pm. También se prefiere que los poros resultantes de la incorporación de la espuma en el yeso tengan un diámetro medio de al menos 300 pm, más preferiblemente, al menos 400 pm.
La espuma se produce haciendo pasar alimentaciones de gas y tensioactivo a lo largo de un conducto y a través de un tapón que comprende una red porosa tridimensional interna. El tapón está dotado de una pluralidad de partículas, por ejemplo, perlas esféricas, que están dispuestas en una disposición ordenada regular.
La provisión de una red porosa tridimensional ayuda a garantizar que la espuma se refine un gran número de veces a medida que pasa a través del tapón, ayudando de este modo a conseguir un alto nivel de uniformidad en el tamaño de la burbuja de espuma. Esto puede representar una mejora significativa respecto a los aparatos generadores de espuma estáticos conocidos (tales como el descrito en el documento US 6,422,734), que comprende una pluralidad de discos perforados dispuestos a lo largo de la longitud de una tubería. Tal disposición no puede proporcionar el elevado número de ciclos de refino que pueden ser posibles mediante el uso de una red porosa tridimensional.
Por lo tanto, en un primer aspecto, la presente invención proporciona un aparato para preparar espuma, que comprende un conducto que tiene una entrada para recibir una alimentación de gas y una alimentación de tensioactivo y una salida para dejar que salga la espuma, alojando el conducto un tapón que proporciona una barrera parcial al flujo de fluido a lo largo del conducto, comprendiendo el tapón una pluralidad de partículas que están empaquetadas en una disposición ordenada regular, definiendo las partículas una red tridimensional de poros que se extienden entre ellas, donde el aparato comprende un componente resiliente localizado entre el tapón y el conducto, caracterizado por que el componente resiliente comprende un manguito dispuesto en un lado radialmente hacia el interior del conducto.
Típicamente, el tapón comprende una pluralidad de partículas esféricas que tienen un diámetro sustancialmente idéntico.
Las partículas esféricas tendrán una tendencia natural a empaquetarse en una disposición ordenada generalmente regular, por ejemplo, cristalina, tal que cada partícula esférica tiene típicamente otras 12 partículas esféricas en sus proximidades más cercanas. Efectivamente, las partículas esféricas están empaquetadas juntas de una forma análoga a la de átomos en, por ejemplo, un metal con empaquetamiento hexagonal compacto o empaquetamiento cúbico compacto. Tal disposición ordenada regular puede comprender irregularidades localizadas, por ejemplo, cuando se encuentran subdisposiciones ordenadas individuales que tienen diferentes orientaciones, pero estas irregularidades solo representan una pequeña proporción de la disposición total de las partículas.
Esta disposición da lugar a los huecos entre las partículas esféricas que tienen una pequeña variación en tamaño. Así, el tapón tiende a promover la formación de espuma generalmente monodispersa, que tiene un tamaño de burbuja bien definido.
Se prefiere que el diámetro de las perlas sea mayor de 0,5 mm, preferiblemente mayor de 1 mm y menor de 3 mm, ya que se ha encontrado que incorporar espuma de mayor tamaño de burbuja en suspensión de yeso puede dar lugar a una relación mejorada de la resistencia al peso del producto de yeso resultante.
Haciendo referencia a la teoría del empaquetamiento granular, la disposición regular de partículas esféricas puede describirse mediante el modelo cristalográfico de empaquetamiento compacto en el que el hueco mínimo dejado por el empaquetamiento de cuatro partículas idénticas puede cuantificarse por la siguiente relación:
Dg = 0,225 Ds
donde Ds: es el diámetro de las partículas, Dg: es el diámetro de una esfera ideal que se ajusta en el hueco entre cuatro partículas dispuestas en las esquinas de un tetraedro ideal. Por ejemplo, en una disposición ordenada regular de partículas esféricas de 1 mm de tamaño, el hueco mínimo que se alcanzará es de 225 pm.
Se ha encontrado que en la superficie lateral exterior del tapón, el empaquetamiento de las partículas puede ser menos regular, debido a las limitaciones impuestas por la superficie interna del conducto. Estos “efectos de borde” pueden paliarse mediante la provisión de un componente resiliente dispuesto entre el tapón y el conducto. El componente resiliente sirve para acomodar partículas externas del tapón para reducir la perturbación a la disposición regular de las partículas. Adicionalmente, el componente resiliente puede servir para aplicar una fuerza de compresión al tapón, potenciando de este modo el empaquetamiento regular de las partículas, y reduciendo la posibilidad de huecos en la disposición de partículas.
Preferiblemente, el aparato comprende medios para aplicar presión al manguito en una dirección radialmente hacia el interior del manguito. Esto ayuda a garantizar que el manguito es empujado contra el tapón, ayudando de este modo adicionalmente a reducir la incidencia de huecos sobredimensionados en la superficie del tapón. En este caso, el conducto puede comprender preferiblemente una válvula de manguito neumática. Modelos típicos de válvulas de manguito neumáticas comerciales son las fabricadas por AKO Innovations SAS, 5 Rue Gilardoni, 68210 Retzwiller, Francia.
Preferiblemente, en la salida del conducto hay situado un tamiz, con el fin de mantener las partículas en el interior del tapón. Sin embargo, se ha encontrado que las partículas pueden bloquear las aberturas en el tamiz, inhibiendo de este modo la salida de la espuma del conducto. Así, en una forma de realización preferida, el tamiz comprende una disposición ordenada de proyecciones que están dirigidas hacia el extremo corriente abajo del tapón, estando dispuestas las proyecciones para proporcionar una disposición ordenada correspondiente de aberturas entre ellas, para así permitir que la espuma salga del tapón. La superficie tridimensional del tamiz así provisto ayuda a reducir el bloqueo de las aberturas del tamiz por las partículas. Típicamente, las proyecciones se estrechan hacia el interior en la dirección del tapón. Por ejemplo, las proyecciones pueden tener una forma esférica. En este caso, las proyecciones semiesféricas están dispuestas típicamente en una disposición ordenada de empaquetamiento compacto bidimensional.
Preferiblemente, el diámetro de las proyecciones semiesféricas está entre una y cuatro veces el diámetro de las partículas del tapón.
Típicamente, la entrada se ensancha hacia el exterior en una dirección corriente abajo del conducto. Típicamente, la salida se estrecha en una dirección corriente abajo del conducto. Así, uno o ambos de la entrada y la salida pueden ser de forma, por ejemplo, cónica. Esto ayuda generalmente a mejorar el flujo de gas y tensioactivo en el conducto y/o mejorar el flujo de espuma hacia el exterior del conducto.
En determinadas formas de realización, el aparato puede comprender un tubo para introducir un aditivo de espuma en la espuma.
En un segundo aspecto, la presente invención proporciona un método para preparar espuma, que comprende las etapas de:
proporcionar un aparato de acuerdo con un primer aspecto de la invención;
suministrar una primera alimentación y una segunda alimentación al conducto a través de la entrada del conducto, comprendiendo la primera alimentación un gas y comprendiendo la segunda alimentación una solución de tensioactivo; y
impulsar las alimentaciones primera y segunda a través del tapón para formar una espuma.
El aparato comprende un manguito dispuesto radialmente hacia el interior del conducto y el método comprende típicamente la etapa adicional de aplicar presión al manguito en una dirección radialmente hacia el interior del manguito, para empujar al manguito contra el tapón de partículas. En este caso, la presión es típicamente mayor de 300 kPa (3 bar). En general, la presión es menor de 900 kPa (9 bar).
En general, el aparato está colocado tal que el conducto está vertical. En este caso, la entrada está ubicada por encima de la salida. Esto puede posibilitar una mejor distribución del flujo en el conducto, reduciendo cualquier efecto negativo debido a la gravedad.
En general, la presión de gas en la salida del conducto es mayor de 100 kPa (1 bar). Típicamente, la presión es menor de 800 kPa (8 bar), preferiblemente menor de 300 kPa (3 bar).
En general, el método comprende la etapa de añadir un aditivo estabilizador a la espuma. Por ejemplo, el aditivo estabilizador puede ser un agente coloidal seleccionado del grupo de gelatinas y pastas farináceas (por ejemplo, una pasta de almidón); un modificador de la reología; o un agente espesante (ejemplos preferidos de agentes espesantes son goma xantana, goma guar, alginatos, éter de celulosa y éter de almidón).
Típicamente, el aditivo se añade a la espuma después de que la espuma ha salido del conducto.
Preferiblemente, el método comprende la etapa adicional de incorporar la espuma en una suspensión de aglutinante hidráulico (por ejemplo, una suspensión de estuco de yeso). La suspensión puede conformarse entonces y dejarse fraguar y secar como es bien conocido en la técnica.
La invención se describirá ahora a modo de ejemplo con referencia a las siguientes Figuras en las que:
Figura 1 es una vista en sección esquemática de un conducto de acuerdo con una forma de realización del primer aspecto de la invención.
Figura 2a es una vista en sección esquemática de uno de los tamices de la forma de realización de la Figura 1.
Figura 2b es una vista en sección esquemática del tamiz de la Figura 2a.
Figura 3a es una vista en sección esquemática del tapón y manguito de la forma de realización de la Figura 1.
Figura 3b es una vista en sección de un tapón de partículas mantenido dentro de un manguito rígido, de acuerdo con un ejemplo ilustrativo que no forma parte de la invención.
Figuras 4(a) y (b) son gráficos que muestran las distribuciones del tamaño de burbuja para espumas producidas de acuerdo con el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1 en términos de área acumulada y número acumulado, respectivamente.
Figuras 5(a) y (b) son gráficos que muestran las distribuciones del tamaño de poro para muestras de yeso producido de acuerdo con el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1 en términos de área acumulada y número acumulado, respectivamente.
Haciendo referencia a la Fig. 1, una válvula 10 de manguito neumática proporciona un canal para el flujo de fluido. La válvula de manguito comprende una carcasa 12 exterior rígida y un manguito 14 interior flexible. La carcasa 12 exterior rígida y el manguito 14 interior flexible son cada uno de forma cilíndrica, estando previsto el manguito 14 interior flexible de forma radialmente hacia el interior de la carcasa 12 exterior rígida.
La carcasa 12 exterior rígida tiene bridas 13a,b atornilladas a cada uno de los extremos respectivos. El manguito 14 interior flexible está asegurado en cada uno de los extremos respectivos entre la carcasa 12 exterior rígida y una brida 13a,b respectiva.
El manguito 14 interior flexible puede estar formado de un material elastomérico, por ejemplo, caucho.
La carcasa 12 exterior rígida contacta con el manguito 14 interior flexible en cada extremo del manguito interior, mientras que la sección central de la carcasa 12 exterior rígida sobresale del manguito 14 interior flexible, proporcionando de este modo un hueco 16 de forma generalmente anular entre la carcasa 12 exterior rígida y el manguito 14 interior flexible.
La carcasa 12 exterior rígida tiene una entrada 12a de aire para dejar que el aire entre en el hueco 16 de forma anular.
El manguito 14 interior aloja una pluralidad de perlas esféricas que están dispuestas en una disposición ordenada tridimensional de empaquetamiento compacto para formar un tapón 18. Por ejemplo, las perlas pueden estar dispuestas en una disposición ordenada tridimensional hexagonal de empaquetamiento compacto, una disposición ordenada tridimensional cúbica de empaquetamiento compacto, o una mezcla de estas dos disposiciones de empaquetamiento. Pueden producirse irregularidades locales en el empaquetamiento, por ejemplo, cuando se producen subdisposiciones ordenadas que tienen diferentes orientaciones, pero en general, el empaquetamiento de las perlas es generalmente regular.
El diámetro de perla está generalmente en el intervalo de 1-5 mm, preferiblemente en el intervalo de 1-3 mm.
La pluralidad de perlas está soportada dentro de la válvula 10 de manguito por dos tamices 20a,b de soporte que están provistos en un extremo corriente arriba del tapón 18 y en un extremo corriente abajo del tapón 18, respectivamente.
Haciendo referencia a las Figura 2a y 2b, cada tamiz 20 de soporte tiene un disco 21 base que tiene proyecciones semiesféricas 23 dispuestas en cada lado. Las proyecciones semiesféricas están dispuestas en una disposición ordenada de empaquetamiento compacto tal que en la región central del tamiz, cada proyección contacta con otras seis proyecciones (las proyecciones cercanas al borde del tamiz contactan cada una con menos proyecciones, debido a los efectos de borde). Los huecos entre proyecciones definen aberturas que se extienden a través del grosor del disco base.
Las proyecciones semiesféricas sirven para mantener las perlas esféricas alejadas del disco 21 base, tal que las perlas no pueden bloquear las aberturas en el disco base. Típicamente, las proyecciones semiesféricas tienen un radio entre una y cuatro veces el radio de las perlas.
Está provisto un conducto 22a de entrada en un extremo corriente arriba de la válvula de manguito. El conducto 22a de entrada se ensancha hacia el exterior en una dirección corriente abajo de la válvula de manguito.
Está provisto un conducto 22b de salida en un extremo corriente abajo de la válvula de manguito. El conducto de salida se estrecha en una dirección corriente abajo de la válvula de manguito.
En uso, se proporciona aire al hueco 16 de forma anular para aumentar la presión de aire en el interior del hueco hasta, por ejemplo, 600 kPa (6 bar). La presión aumentada hace que el manguito 14 interior se deforme en una dirección radialmente hacia el interior, tal que es empujado contra la superficie del tapón 18. Esto ayuda a reducir los espacios vacíos entre el tapón y el manguito interior, y ayuda a garantizar que se reducen los efectos de borde, tal como una reducción en la regularidad de empaquetamiento de las perlas. Así, la provisión del manguito interior ayuda a promover el empaquetamiento regular de las perlas en todo el cuerpo del tapón.
Los efectos de proporcionar un manguito resiliente alrededor del tapón 18 y usarlo para transmitir una fuerza de compresión sobre el tapón están ilustrados en la Figura 3. La Figura 3b muestra un ejemplo comparativo en el que un tapón de partículas 18' es mantenido en un manguito 14' rígido. En el borde del tapón hay presentes huecos agrandados debido a irregularidades de empaquetamiento causadas por la incapacidad del manguito rígido para acomodar las partículas. La Figura 3a muestra cómo el manguito 14 resiliente puede ayudar a acomodar partículas en el borde del tapón 18, mientras que la aplicación de una fuerza de compresión sobre el tapón ayuda a reducir los defectos en el interior del tapón
Se proporciona una alimentación 28 de aire y una alimentación 30 de solución de tensioactivo al conducto 22a de entrada y se impulsa a presión a través del tamiz 20a de soporte, el tapón 18, y el tamiz 20b de soporte para proporcionar una alimentación 32 de espuma que sale de la válvula 10 de manguito en la salida 22b. Típicamente, la presión de espuma en la salida es de aproximadamente 200 kPa (2 bar).
La válvula 10 de manguito está situada tal que la carcasa 12 exterior y el manguito 14 interior están en posición vertical, y el conducto 22a de entrada está por encima del conducto 22b de salida.
Los siguientes Ejemplos de trabajo se presentan únicamente a modo de ilustración.
Ejemplo comparativo 1
Se generó espuma haciendo pasar flujos constantes de aire y una solución de agente espumante en un generador de espuma equipado con piezas de rotor/estator, es decir, un generador de espuma dinámico. Las condiciones de generación de espuma se ajustaron como sigue:
- Velocidad del generador de espuma: aproximadamente 2900 rpm
- Hueco del rotor/estator: aproximadamente 0,5 mm
- Agente espumante: Agente espumante Hyonic PFM10 de GEO Speciality Chemicals (es decir, un agente espumante inestable)
- Concentración de agente espumante: aproximadamente 0,5% en peso
- Densidad de la espuma: aproximadamente 91 g/l
Ejemplo 1
Se generó espuma haciendo pasar aire y una solución de agente espumante a través de un aparato generador de espuma estático del tipo mostrado en la Figura 1. En este caso, las condiciones de generación de espuma se fijaron como sigue:
- Partículas de relleno: partículas esféricas de aproximadamente 1 mm de diámetro
- Contrapresión en el generador de espuma: aproximadamente 200 kPa (2 bar)
- Presión interna en la válvula de manguito: aproximadamente 600 kPa (6 bar)
- Agente espumante: STEOL DES32i de Stepan Company (este es un agente espumante a base de alquil éter sulfato que tiene una longitud de cadena de carbono promedio en el intervalo de C8-C12)
- Concentración de agente espumante: aproximadamente 1% en peso
- Densidad de la espuma: aproximadamente 91 g/l,
Preparación de la suspensión espumada
Las espumas previamente generadas se mezclaron a continuación suavemente con suspensión de estuco de yeso premezclada en proporciones variables para producir varias muestras de yeso con diferentes niveles de densidad (de 0,5 hasta 0,8 g/cm3). Composiciones en suspensión típicas se muestran en la Tabla 1:
Tabla 1
Figure imgf000007_0001
Resultados: Análisis cuantitativo de la morfología de la espuma y microestructura de muestras de yeso
La morfología de la espuma y la estructura del núcleo de muestras de yeso se analizaron usando un equipo de microscopio óptico y el software ImageJ®.
Las Curvas 1 y 2 en la Figura 3(a) muestran las distribuciones en volumen acumuladas de las burbujas de espuma generadas en el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1, respectivamente. Las Curvas 1' y 2' muestran las primeras derivadas respectivas de las distribuciones en volumen acumuladas. El tamaño de burbuja promedio en volumen (Xw) para el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1 se define por la posición de los máximos de la Curva 1' y la Curva 2', respectivamente.
De igual forma, las Curvas 3 y 4 en la Figura 3(b) muestran las distribuciones en número acumuladas de las burbujas de espuma generadas en el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1, respectivamente. Las Curvas 3' y 4' muestran las primeras derivadas respectivas de las distribuciones en número acumuladas. El tamaño de burbuja promedio en número (Xn) para el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1 se define por la posición de los máximos de la Curva 3' y la Curva 4', respectivamente.
La dispersidad del tamaño de burbuja Dx(espuma) se calcula como la relación del tamaño de burbuja promedio en volumen respecto al tamaño de burbuja promedio en número.
Las Curvas 5 y 6 en la Figura 4(a) muestran las distribuciones en volumen acumuladas de los poros presentes en los núcleos de las muestras de yeso preparadas en el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1, respectivamente. Las Curvas 5' y 6' muestran las primeras derivadas respectivas de las distribuciones en volumen acumuladas. El tamaño de poro promedio en volumen (Xw) para las muestras de yeso del Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1 se define por la posición de los máximos de la Curva 5' y la Curva 6', respectivamente.
De igual forma, las Curvas 7 y 8 en la Figura 4(b) muestran las distribuciones en número acumuladas de los poros presentes en las muestras de yeso preparadas en el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1, respectivamente. Las Curvas 7' y 8' muestran las primeras derivadas respectivas de las distribuciones en número acumuladas. El tamaño de poro promedio en número (Xn) para el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1 se define por la posición de los máximos de la Curva 7' y la Curva 8', respectivamente.
La dispersidad del tamaño de poro Dx(núcieo) se calcula como la relación del tamaño de poro promedio en volumen respecto al tamaño de poro promedio en número.
Tabla 2
Figure imgf000008_0001
Resultados: Prueba mecánica
Los resultados de resistencia a la indentación para el Ejemplo comparativo 1 y el Ejemplo 1 se muestran en la Tabla 3. La prueba consiste en medir la resistencia a la indentación usando un indentador con cabezal esférico de aproximadamente 8 mm de diámetro. La resistencia a la indentación (también denominada rigidez) corresponde a la pendiente de la curva que relaciona la tensión (N) con la deformación (mm).
Tabla 3
Figure imgf000008_0002

Claims (12)

REIVINDICACIONES
1. Aparato para preparar espuma para incorporación en una suspensión cementosa, que comprende un conducto que tiene una entrada (22a) para recibir una alimentación (28) de gas y una alimentación (30) de tensioactivo, y una salida (22b) para permitir la salida de la espuma, alojando el conducto un tapón (18) poroso que proporciona una barrera parcial al flujo de fluido a lo largo del conducto, comprendiendo el tapón (18) una pluralidad de partículas que están empaquetadas en una disposición ordenada regular, definiendo las partículas una red tridimensional de poros que se extienden entre ellas,
donde el aparato comprende un componente resiliente situado entre el tapón (18) y el conducto, donde el componente resiliente comprende un manguito (14) dispuesto en un lado radialmente hacia el interior del conducto.
2. Aparato según la reivindicación 1, que comprende además medios para aplicar presión al manguito (14) en una dirección radialmente hacia el interior del manguito (14), para empujar el manguito (14) contra el tapón (18) de partículas.
3. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones 1-2 donde la salida (22b) comprende un tamiz (20b), comprendiendo el tamiz (20b) una disposición ordenada de proyecciones (23) que están dirigidas hacia el extremo corriente abajo del tapón (18), estando dispuestas las proyecciones (23) para proporcionar una disposición ordenada correspondiente de aberturas entre ellas, de modo que permiten que la espuma salga por el tapón (18).
4. Aparato según la reivindicación 3, donde las proyecciones (23) son semiesféricas.
5. Aparato según la reivindicación 4, donde el diámetro de las proyecciones (23) está entre una y cuatro veces el diámetro de las partículas esféricas.
6. Aparato según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, donde la salida (22b) se estrecha en una dirección corriente abajo del conducto, y/o la entrada (22a) se ensancha hacia afuera en una dirección corriente abajo del conducto.
7. Un método para preparar espuma para su incorporación a suspensión de yeso, que comprende las etapas de: proporcionar un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes;
suministrar una primera alimentación (28) y una segunda alimentación (30) al conducto a través de la entrada (22a) del conducto, comprendiendo la primera alimentación un gas y comprendiendo la segunda alimentación un tensioactivo; y
impulsar las alimentaciones primera (28) y segunda (30) a través de la pluralidad de partículas para formar una espuma.
8. Un método según la reivindicación 7, que comprende además la etapa de aplicar presión al manguito (14) en una dirección radialmente hacia el interior del manguito (14), para empujar el manguito (14) contra el tapón (18) de perlas.
9. Un método según la reivindicación 8, donde la presión está en el intervalo de 300-900 kPa (3-9 bar).
10. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 7-9, donde la presión de gas en la salida (22b) del conducto varía en el intervalo de 100-300 kPa (1-3 bar).
11. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 7-10, que comprende adicionalmente la etapa de añadir un aditivo estabilizador a la espuma.
12. Un método según una cualquiera de las reivindicaciones 7-11, que comprende la etapa adicional de incorporar la espuma en una suspensión de aglutinante hidráulico, tal como una suspensión de yeso.
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