ES2830399T3 - Enfriador tubular giratorio y procedimiento para hacer funcionar un enfriador tubular giratorio - Google Patents

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Abstract

Enfriador tubular giratorio (1) que consiste en una pluralidad tubos de transporte (2) para transportar un material que hay que enfriar indirectamente, en el que la pluralidad de tubos de transporte (2) están dispuestos alrededor de un eje de rotación (3) y se pueden rellenar conjuntamente con material que hay que enfriar a través de una zona de llenado (4), caracterizado por que cada tubo de transporte (2) está dispuesto concéntricamente en un tubo de enfriamiento (5) y el enfriamiento indirecto del material que hay que enfriar tiene lugar a través del tubo de transporte alrededor del cual fluye un medio de enfriamiento y que enfría el material que hay que enfriar a través de la pared del tubo de transporte (2).

Description

DESCRIPCIÓN
Enfriador tubular giratorio y procedimiento para hacer funcionar un enfriador tubular giratorio
La presente invención se refiere a un enfriador tubular giratorio y un procedimiento para hacer funcionar un enfriador tubular giratorio y a un procedimiento para enfriar un material.
Se conocen por el estado de la técnica diversos dispositivos y procedimientos para enfriar productos muy calientes. En diversos sectores industriales, tales como, en particular, la metalurgia, la industria química, la industria de materiales de construcción y de cemento y la industria del reciclaje, se utilizan enfriadores para enfriar productos muy calientes tales como pigmentos calcinados, escoria, óxidos e hidróxidos metálicos, clínker de cemento, esponja de hierro, batiduras, carbón activado, catalizadores, coque, residuos metalúrgicos, etc. Sin un enfriamiento de los productos muy calientes, a menudo no es posible un procesamiento posterior de los mismos. En muchos casos, la energía térmica contenida en el sólido debe recuperarse al menos parcialmente dentro del marco del enfriamiento tecnológicamente necesario.
Por lo tanto, existen diversas tecnologías, es decir, dispositivos y procedimientos para enfriar dichos materiales a granel desde, por ejemplo, 700 °C a 1400 °C de temperatura inicial a temperaturas finales de, por ejemplo, 80 °C a 200 °C.
Además del uso de enfriadores que utilizan un contacto directo entre el aire ambiente y el material que hay que enfriar, para esta tarea se utilizan enfriadores tubulares giratorios que funcionan indirectamente con aire o agua. "Indirectamente" significa que el medio de enfriamiento (agua o aire) no entra en contacto directo con el producto caliente que hay que enfriar, sino que el calor se intercambia del producto caliente al medio de enfriamiento a través de una pared del aparato que separa el medio.
Por los documentos de patente US 1.218.873; US 2.283.129 y US 2.348.446 se conocen enfriadores de sólidos que funcionan indirectamente con aire que funcionan tanto con una única carcasa de tambor cerrada como también los que conducen el sólido en varios tubos dentro de un tambor.
Además, por los documentos de patente DE 4406382 C2; DE 3331744 C2; US 3.829.282; US 3.920.381; US 4.021.195; US 4.089.634 y US 4.131.418 se conoce el funcionamiento que consiste en introducir material a granel caliente, tal como, por ejemplo, el clínker caliente que hay que enfriar que se produce en la industria del cemento, en una pluralidad de tubos dispuestos alrededor de un extremo de descarga de un horno tubular giratorio y transportar el mismo mediante la rotación del horno y por lo tanto de los tubos de enfriamiento. En enfriadores de este tipo, el enfriamiento de los tubos de enfriamiento que conducen el producto caliente se realiza por convección libre del aire ambiente.
En los diseños más sencillos del enfriador tubular giratorio enfriado indirectamente con agua, un tubo giratorio se rocía con agua desde el exterior o el tambor pasa por un baño de agua, tal como se describe en el documento de patente US 4.557.804, por lo que la superficie del tambor giratorio se humedece con agua y la pared del aparato se enfría, mientras que a su vez el producto caliente que se encuentra en el tambor se enfría por disipación de calor en la pared del aparato enfriada.
Por el documento EP 0567467 B1, se conoce un enfriador tubular giratorio con un tubo giratorio que gira dentro de un revestimiento fijo de ladrillo y en el que el medio de enfriamiento (aire o agua) fluye en el espacio vacío formado entre el tubo giratorio y revestimiento de ladrillos.
Una solución similar, en la que la camisa del tambor está formada por un sistema de tubos a través de los cuales fluye agua de enfriamiento, se conoce por los documentos US 1.711.297; US 4.711.297 o EP 0217 113 A2; DE 3534991 A1.
El diseño de un tambor sencillo de este tipo requiere una superficie reducida para el intercambio de calor y, por lo tanto, una baja capacidad de enfriamiento del aparato.
En el documento de patente US 2.362.539, se describe un enfriador que funciona con varios tubos de transporte de producto dispuestos en un perímetro circular, en el que los tubos se rocían con agua desde arriba para realizar el enfriamiento y el agua se descarga en una bandeja dispuesta por debajo.
Otro diseño suministrado en particular por la empresa Grenzebach y por la empresa GEA Barr-Rosin son los denominados "enfriadores seccionales". A este respecto, para aumentar la superficie de intercambiador de calor, por ejemplo, se crean 6 u 8 cámaras ("secciones"), que se encuentran en una carcasa de tambor giratorio, generando un espacio vacío entre las cámaras.
Un enfriador seccional también se muestra en el documento EP 2889 569 A1. A este respecto, el transporte del material que hay que enfriar se realiza en cámaras de forma poligonal dentro de un tambor. Cada cámara está diseñada para transportar el material que hay que enfriar desde el extremo de entrada hasta el extremo de salida del tambor. Para ello, cada cámara se extiende sustancialmente a lo largo de toda la longitud del tambor.
Para enfriar el producto caliente que se encuentra en las cámaras ("secciones") o se transporta a través de las cámaras, se hace pasar agua de enfriamiento a través de los espacios vacíos formados en la carcasa del tambor entre las secciones. El suministro y la descarga de agua de enfriamiento se realizan a través de una junta giratoria sellada en el lado de descarga de producto del tambor y conexiones de tubos hacia y desde los tubos dobles individuales.
Los enfriadores seccionales de este tipo presentan un diseño especial, lo que conduce a un alto coste de material y de mano de obra en su fabricación, especialmente debido al amplio trabajo de soldadura requerido. La propia carcasa del tambor tiene también necesariamente un peso elevado, debido a que el tambor y las paredes de las cámaras deben fabricarse de paredes gruesas por razones de resistencia. Ambos conducen a un elevado peso total del aparato.
Los enfriadores seccionales conducen el agua de enfriamiento a las secciones inferiores respectivas, dado que solo estas son atravesadas por el agua debido a la fuerza de la gravedad. No es posible un llenado completo de las secciones con agua de enfriamiento. Como resultado, las paredes de las cámaras ("secciones") que se encuentran respectivamente en la parte superior durante una rotación y los sólidos calientes que se encuentran en las mismas no se enfrían de forma constante y, por lo tanto, no se enfrían de una manera óptima.
Además, el flujo del agua de enfriamiento en los espacios vacíos formados por las secciones no es uniforme, como resultado de lo cual se desarrolla una transferencia de calor irregular entre las paredes calientes de las secciones y el agua de enfriamiento.
Por lo tanto, la invención tiene como objetivo proporcionar un dispositivo y un procedimiento con cuya ayuda se superen los inconvenientes del estado de la técnica, en particular del enfriador seccional.
Este objetivo se alcanza mediante el enfriador tubular giratorio según la invención con las características de la reivindicación 1 y mediante el procedimiento con las características de las reivindicaciones 17 y 18, respectivamente.
El enfriador tubular giratorio según la invención consiste en una pluralidad de tubos de transporte para transportar el material que hay que enfriar, en el que la pluralidad de tubos de transporte están dispuestos alrededor de un eje de rotación y se pueden llenar conjuntamente con material que hay que enfriar a través de una zona de llenado, estando cada tubo de transporte dispuesto de forma sustancialmente concéntrica en un tubo de enfriamiento por el que fluye un medio de enfriamiento y enfría el material que hay que enfriar a través de la pared del tubo de transporte.
Ventajosamente, la pluralidad de tubos de transporte está dispuesta en haces en zonas, siendo estas zonas adecuadas para el apoyo y/o la rotación del enfriador tubular giratorio. Estas zonas se pueden diseñar como manguitos de forma anular que presentan entalladuras para recibir los tubos de enfriamiento. Ventajosamente, la rotación del enfriador tubular giratorio puede realizarse mediante una corona dentada con accionamiento por cadena o un piñón. También es posible hacer girar el enfriador tubular giratorio según la invención mediante otras variantes de accionamiento.
Por ejemplo, esto se puede realizar mediante un accionamiento de rueda de fricción con rodillos de rodadura accionados sobre los que se apoya el anillo de rodadura. También es posible poner en rotación el enfriador tubular giratorio según la invención mediante un accionamiento directo, por ejemplo, mediante un motorreductor flotante.
Ventajosamente, la pluralidad de tubos de transporte desemboca en una zona en la que sale el material que hay que enfriar, de modo que en esta zona de descarga de producto el material que hay que enfriar se encuentra a una temperatura más baja.
Esta zona de descarga de producto está convenientemente cerrada sustancialmente para evitar el polvo y dispone de otros dispositivos de transporte.
Para asegurar el transporte del material que hay que enfriar en el tubo de transporte desde la zona de entrada del producto hasta la zona de descarga del producto, los tubos de transporte tienen preferentemente una inclinación entre 1 grado y 8 grados, de forma particularmente preferida entre 2 grados y 5 grados.
Los diversos tubos de enfriamiento están ventajosamente conectados entre sí a través de unas tuberías y también posibilitan que puedan ser presurizados los tubos de enfriamiento con el medio de enfriamiento. Mediante la posibilidad de poder presurizar los tubos de enfriamiento se puede lograr que el medio de enfriamiento se caliente por encima de los 100 °C durante el proceso de enfriamiento antes de que el medio de enfriamiento comience a evaporarse. Además del agua, también son concebibles otros medios de enfriamiento.
En particular, con materiales a granel muy calientes de hasta 1400 °C, puede resultar ventajoso que el medio de enfriamiento alcance temperaturas de hasta 160 °C. Sin embargo, esto solo es posible si los tubos de enfriamiento pueden ser presurizados. La construcción del enfriador tubular giratorio según la invención permite que tanto los tubos de transporte como los de enfriamiento se puedan fabricar a partir de tubos disponibles comercialmente. Esto elimina la necesidad de trabajos de soldadura complejos que son necesarios en la fabricación del enfriador tubular giratorio conocido. Además, el uso de tubos disponibles comercialmente facilita la producción de enfriadores presurizables.
En una forma de realización preferida de la presente invención, es ventajoso que el sentido de flujo del medio de enfriamiento sea el contrario o el mismo que el sentido de transporte del material que hay que enfriar. Debe tenerse en cuenta a este respecto que el sentido de transporte del material que hay que enfriar está predeterminada por la inclinación de los tubos de transporte. Sin embargo, según la invención, se puede cambiar el sentido de flujo del medio de enfriamiento, por ejemplo, del agua de enfriamiento. Cabe señalar, a este respecto, que el valor de la diferencia de temperatura AO entre el material que hay que enfriar y el medio de enfriamiento, por ejemplo, agua de enfriamiento, debe ser siempre lo más grande posible. Esto es debido a que el rendimiento de enfriamiento se optimiza con la mayor diferencia de temperatura AO posible.
En el caso de funcionamiento en contracorriente, el sentido de flujo del medio de enfriamiento es opuesto al sentido de transporte del material que hay que enfriar. Con funcionamiento en corriente paralela, ambos presentan el mismo sentido de transporte. En el caso de una forma mixta de las dos variantes, el sentido de flujo del medio de enfriamiento también puede discurrir en un ángulo de hasta 90° en una denominada contracorriente cruzada o corriente paralela cruzada.
Ventajosamente, están previstos unos elementos dentro de los tubos de transporte que favorecen el mezclado y la circulación, así como el transporte, del material que hay que enfriar. El mezclado y la circulación del material que hay que enfriar tienen la ventaja de que el material nuevo que hay que enfriar siempre entra en contacto con la pared del tubo de transporte y, por lo tanto, la diferencia de temperatura AO entre la pared del tubo de transporte y la pared exterior del tubo de transporte alrededor de la cual fluye el medio de enfriamiento, es lo más grande posible. Esto es debido a que el enfriamiento indirecto real del material que hay que enfriar tiene lugar a través del tubo de transporte alrededor del cual fluye el medio de enfriamiento.
El mezclado y la circulación en continuo del material que hay que enfriar en el tubo de transporte garantiza, a este respecto, que la distribución de temperatura dentro de una sección del tubo de transporte sea lo más homogénea posible.
Además, puede resultar ventajoso que en el interior de cada tubo de transporte estén dispuestas unas nervaduras y chapas deflectoras adicionales, que aumentan la superficie interior del tubo de transporte e influyen así favorablemente sobre la transferencia de calor y el mezclado.
Ventajosamente, estos elementos están dispuestos sustancialmente en la dirección longitudinal de los tubos de transporte. Sin embargo, también es posible diseñar estos elementos en forma de nervaduras y chapas deflectoras para generar turbulencias, el mezclado, la circulación y el transporte del material que hay que enfriar en forma de una o varias estructuras. Estas estructuras pueden ser fijas o desmontables. Pueden diseñarse como insertos intercambiables y consisten en una especie de cesta que se inserta dentro del tubo de transporte. Es particularmente ventajoso que estos insertos sean económicos de fabricar, se puedan retirar fácilmente del tubo de transporte para fines de limpieza y mantenimiento, y su forma y su función se pueden adaptar a la naturaleza del material que hay que enfriar. En el caso de productos a granel con partículas más pequeñas, puede ser ventajoso utilizar solo un inserto de cesta que esté equipado con una pluralidad chapas deflectoras y elementos auxiliares de mezclado. En el caso de un material a granel con partículas más grandes, puede ser ventajoso utilizar un inserto de cesta que presente un número menor de chapas deflectoras y elementos auxiliares de mezclado. También es posible utilizar una pluralidad de insertos de cesta para optimizar el mezclado de forma correspondiente a la capacidad de enfriamiento. Así, puede ser útil producir un mezclado más burdo, es decir, peor, al comienzo del enfriamiento, que, en el transcurso del enfriamiento, es decir, durante el transporte hasta la descarga del producto, se mejora. Con insertos de cesta con diferentes formas y chapas deflectoras, es posible adaptarse al comportamiento deseado de enfriamiento, mezclado y circulación.
Con el fin de mejorar adicionalmente la capacidad de enfriamiento, está previsto según la invención que el espacio anular entre el tubo de transporte y el tubo de enfriamiento tenga elementos que promuevan un flujo turbulento del medio de enfriamiento. Un flujo turbulento en el espacio anular es ventajoso porque distribuye la distribución de temperatura en el medio de enfriamiento de forma más uniforme que en el caso de un flujo laminar. A este respecto, los desarrollos que conducen al mezclado en el tubo de transporte también pueden extrapolarse al tubo de enfriamiento. Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura AO entre la superficie exterior del tubo de transporte y la superficie interior del tubo de transporte, mejor será la capacidad de enfriamiento. Para lograr esto, es ventajoso que el medio de enfriamiento se mezcle lo mejor posible; esto se logra mediante un flujo turbulento.
De forma más ventajosa, está previsto por lo menos un elemento de dirección de flujo en el espacio anular entre el tubo de transporte y el tubo de enfriamiento. El elemento de dirección de flujo según la invención está dispuesto convenientemente en la pared exterior del tubo de transporte y puede presentar diversas formas. Estas formas pueden estar diseñadas, por ejemplo, como una superficie deflectora o como una superficie conductora, o una forma mixta de estos dos tipos de elementos. Asimismo, es posible que, además de los elementos planos para desviar el flujo, también estén previstos unos elementos de dirección de flujo aislados, que se pueden formar sustancialmente de forma puntual y, por lo tanto, generan un flujo turbulento.
En una forma de realización preferida de la presente invención, dicho por lo menos un elemento de dirección de flujo está dispuesto en forma de rosca de tornillo en la pared exterior de un tubo de transporte.
Este elemento de dirección de flujo según la invención se puede formar aplicando una chapa deflectora a la pared exterior del tubo de transporte, por ejemplo, mediante soldadura. Una vez completado este elemento de dirección de flujo, el tubo de transporte se inserta en el tubo de enfriamiento, por lo que el elemento de dirección de flujo no tiene que apoyarse en el lado interior del tubo de enfriamiento.
Para mejorar el flujo turbulento, puede resultar útil disponer un segundo elemento de dirección del flujo en la pared exterior del tubo de transporte. El segundo elemento de dirección de flujo se puede disponer convenientemente de modo que esté desplazado 180° sobre la pared exterior y tenga también la forma de rosca de tornillo.
Ventajosamente, otros elementos de dirección de flujo de este tipo están montados en la pared exterior del tubo de transporte. Además de la fijación por soldadura, es concebible según la invención que los elementos de dirección del flujo estén unidos de forma desmontable al tubo de transporte para facilitar su mantenimiento o para poder ajustar de manera óptima el flujo turbulento a través de determinados deflectores de las superficies conductoras.
La forma de realización según la invención del conducto de medio de enfriamiento en el enfriador tubular giratorio según la invención da como resultado un flujo completo alrededor de toda la superficie de transferencia de calor disponible y un flujo dirigido del medio de enfriamiento y, por lo tanto, una mejora en la capacidad de enfriamiento en comparación con diseños de enfriadores conocidos.
Otra forma de realización del presente enfriador tubular giratorio presenta, en lugar de los tubos que se encuentran uno dentro del otro, que consisten en un tubo de enfriamiento y un tubo de transporte, un tubo de transporte de producto y una chapa envolvente soldada en el lado exterior del mismo, por ejemplo, mediante soldadura por puntos. La chapa envolvente se infla a alta presión para producir un volumen que transporta el medio de enfriamiento. El medio de enfriamiento es conducido a través del espacio vacío que se crea. Los tubos intercambiadores de calor de doble pared fabricados de esta manera y disponibles en la práctica como piezas estándar adquiridas pueden reducir adicionalmente el peso del enfriador tubular giratorio según la invención.
En una forma de realización adicional de la presente invención, los tubos de enfriamiento están equipados con compensadores que compensan las tensiones térmicas. Pueden producirse tensiones térmicas en todo el dispositivo debido a las grandes diferencias de temperatura entre los tubos de transporte y de enfriamiento. Si, por ejemplo, se llena un material a granel en el cono de llenado a aproximadamente 1000 °C, el interior del tubo de transporte se calentará muy rápidamente a esta temperatura inicial. El perfil de temperatura entre el material a granel y la pared exterior del tubo de enfriamiento, especialmente al comienzo del proceso de enfriamiento en las proximidades del cono de llenado, conduce a una caída muy rápida de la temperatura a través de la sección transversal, es decir desde el material a granel a través del tubo de transporte, el medio de enfriamiento y finalmente hasta la pared exterior del tubo de enfriamiento. Debido al diseño, el tubo de transporte y el tubo de enfriamiento están muy próximos entre sí en la zona de llenado y están conectados entre sí por medio de elementos estructurales. Esta proximidad se traduce en que se producen diferencias de temperatura particularmente altas en un espacio pequeño, que representan una carga térmica alta para los componentes. Para evitar grietas y roturas, especialmente de tubos sometidos a presión y que conducen medio de enfriamiento muy caliente, está previsto ventajosamente según la invención al menos un compensador en los tubos de enfriamiento que sea apto para compensar las tensiones térmicas.
En otra forma de realización de la presente invención, el proceso de enfriamiento ya se inició en la entrada del producto. Ventajosamente, el cono de introducción del sólido caliente que hay que enfriar es de doble pared y está opcionalmente integrado en el circuito del medio de enfriamiento. Esto significa que los primeros efectos de enfriamiento se pueden realizar en una etapa muy temprana del proceso.
El procedimiento según la invención utiliza un enfriador tubular giratorio según la presente descripción y las figuras.
El procedimiento según la invención para enfriar material a granel consiste en las etapas siguientes:
1. introducir un material que hay que enfriar en por lo menos un tubo de transporte que está rodeado por un tubo de enfriamiento en el que fluye un medio de enfriamiento;
2. transportar el material que hay que enfriar desde un extremo de dicho por lo menos un tubo de transporte al otro extremo del mismo, siendo agua el material que hay que enfriar enfriado de forma continua por el medio de enfriamiento;
3. hacer girar de forma continua los tubos de transporte alrededor de un eje;
4. descargar el material enfriado.
El procedimiento según la invención incluye ventajosamente la etapa adicional del procedimiento según la cual se generan turbulencias en el medio de enfriamiento por medio de unos deflectores dispuestos en el espacio anular entre el tubo de transporte y el tubo de enfriamiento.
Una forma de realización preferida de la presente invención se explica con más detalle haciendo referencia a los dibujos.
Estos muestran:
Figura 1: una vista esquemática del enfriador tubular giratorio según la invención;
Figura 2: una representación esquemática en sección a través del haz de tubos del enfriador tubular giratorio según la invención;
Figura 3: una representación esquemática en sección a través de un haz de tubos de transporte y de enfriamiento del enfriador tubular giratorio según la invención;
Figura 4: una representación esquemática de una sección longitudinal a través de un tubo de transporte y de enfriamiento del enfriador tubular giratorio según la invención;
Figura 5: una representación esquemática de una sección transversal a través de un tubo de transporte y de enfriamiento del enfriador tubular giratorio según la invención;
Figura 6: una representación esquemática de un tubo de transporte y una sección longitudinal a través de un tubo de enfriamiento del enfriador tubular giratorio según la invención;
Figura 7: una representación esquemática de un tubo de transporte y una sección longitudinal a través de un tubo de enfriamiento con un compensador según la invención del enfriador tubular giratorio según la invención; Figura 8: una representación esquemática de un perfil de temperatura, a modo de ejemplo, en la sección transversal del tubo del enfriador tubular giratorio según la invención.
La figura 1 muestra una vista esquemática con secciones parciales de un enfriador tubular giratorio 1 según la invención. Cuando se utiliza según lo previsto, el material que hay que enfriar (sin número de referencia) se vierte en la entrada de producto 4a del cono de llenado 4. El transporte del material que hay que enfriar se puede realizar de diferentes formas. Después de introducirlo en la entrada de producto 4a, el material que hay que enfriar cae en la dirección de la flecha P1 debido a la fuerza de la gravedad. Los haces de tubos de los tubos de transporte 2, que están encerrados sustancialmente concéntricamente por los tubos de enfriamiento 5, se encuentran posteriormente a la entrada de producto. El número de tubos de transporte 2 puede encontrarse entre 3 y 9, no existiendo básicamente un límite superior. Es determinante para el número de tubos de transporte y de enfriamiento la controlabilidad de las masas y garantizar la rotación uniforme de los haces de tubos.
Según la figura 1, los tubos de transporte 2 están dispuestos junto con los tubos de enfriamiento 5 alrededor de un eje de rotación 3 y giran, impulsados por una corona dentada o por transmisión por cadena 9 por encima del soporte 7. Para soportar el enfriador tubular giratorio según la invención, este se apoya sobre cojinetes, estando estos cojinetes diseñados como unos anillos de rodadura 6, 8. La posición de los anillos de rodadura 6, 8 está determinada por las dimensiones del enfriador tubular giratorio según la invención. Un mayor número de cojinetes puede resultar útil con otras dimensiones.
Debido a la fuerza de la gravedad, el material que hay que enfriar se transporta a lo largo de las flechas P2 y P3 a los tubos de transporte 2 que se encuentran por debajo (en la presente vista en sección este es solo un tubo de transporte 2) y se desplaza debido al ángulo de inclinación de los tubos de transporte entre 1° y 9° a lo largo de las flechas P3 y P4 mostradas en la figura 1 en la izquierda. En los tubos de transporte (no representados en la figura 1) están previstos unos elementos que favorecen y promueven el transporte, la circulación, la reorganización y el mezclado del material que hay que enfriar.
Los tubos de transporte 2 están rodeados por un espacio anular que está delimitado por los tubos de enfriamiento 5 (véase en detalle en las figuras siguientes). El medio de enfriamiento, por ejemplo, agua, fluye a través de este espacio anular. El medio de enfriamiento se introduce en los tubos de enfriamiento 5 a través de un circuito 11, 11a, 11b, 11c y 11d y se descarga. Según la figura 1, el medio de enfriamiento fluye a través de la entrada 11 en la dirección de la flecha K1 a una primera temperatura, por ejemplo, aproximadamente 10 °C en el circuito de enfriamiento y desde allí a través de las tuberías de alimentación 11b dispuesta radialmente hacia los tubos de enfriamiento 5. El medio de enfriamiento es transportado de esta manera en contracorriente para enfriar el material que hay que enfriar.
En el extremo del tubo de enfriamiento 5, el medio de enfriamiento fluye a través de unas tuberías de descarga 11c dispuestas radialmente en el sentido de la flecha K3 hacia un tubo de drenaje central 11d y allí sale del circuito de enfriamiento en el sentido de la flecha K4. El material que hay que enfriar se transporta por los tubos de transporte 2 hasta la salida de producto 10 y sale allí, preferentemente mediante la fuerza de la gravedad, del enfriador tubular giratorio según la invención en el sentido de la flecha P5.
La figura 2 muestra una representación esquemática en sección a través del haz de tubos del enfriador tubular giratorio según la invención que comprende, según elección en este ejemplo de realización, seis tubos de enfriamiento 5 y seis tubos de transporte 2. El medio de enfriamiento es alimentado al circuito de enfriamiento a través del tubo 11a. Desde allí, el medio de enfriamiento fluye a través de los tubos de alimentación 11b hacia los tubos de enfriamiento 5. Los tubos de alimentación 11b están dispuestos radialmente y, debido a su sección transversal completamente redonda, son aptos para presurizarlos. En la figura 2, los tubos de alimentación 11b recubren los tubos de descarga 11c, que también están dispuestos de forma radial y por los que fluye el medio de enfriamiento para salir finalmente de nuevo del circuito de enfriamiento por el conducto 11d.
En los tubos de enfriamiento 5, los tubos de transporte 2, en los que se transporta el material que hay que enfriar, están dispuestos de forma separada respectivamente por un espacio anular.
La figura 3 muestra una representación en sección ampliada a través de un tubo de enfriamiento 5 y un tubo de transporte 2, en la que las proporciones de las dimensiones no corresponden a la realidad. El espacio anular A través del cual fluye el medio de enfriamiento debe dimensionarse de tal manera que se optimicen tanto el intercambio de calor como el transporte del medio de enfriamiento. Con este fin, es ventajoso que se genere un flujo lo más turbulento posible en el espacio anular. El espesor de la pared del tubo de transporte 2 debe dimensionarse de modo que el intercambio de calor pueda tener lugar lo más rápidamente posible. Cuanto más fino sea el espesor de la pared, más rápido se disipará el calor del material que hay que enfriar. Sin embargo, un espesor de pared fino se produce a expensas de la estabilidad del tubo de transporte 2. Es importante encontrar un dimensionamiento óptimo para ello. El espesor de pared del tubo de enfriamiento 5 es relevante tanto para la estabilidad como para el intercambio de calor con el medio ambiente.
La figura 4 muestra una sección longitudinal esquemática a través de un tubo de transporte 2 y un tubo de enfriamiento 5. El espacio anular A no está a escala y los espesores de pared del tubo de enfriamiento 5 y el tubo de transporte 2 no están a escala. En el tubo de transporte 2 están dispuestos unos elementos 12 que favorecen y promueven el mezclado, la circulación y el transporte en la dirección P3. La disposición de los tubos de enfriamiento 5 y de los tubos de transporte 2 según la invención está convenientemente inclinada con respecto a la horizontal, preferentemente entre 1 grado y 8 grados, de forma especialmente preferida entre 2 grados y 5 grados. Esta inclinación y el uso de los elementos 12 facilitan el transporte a través del tubo de transporte 2. En la presente forma de realización, el medio de enfriamiento fluye en la dirección K2, es decir, en funcionamiento a contracorriente.
La figura 5 muestra una sección transversal esquemática a través de la disposición según la invención según la reivindicación 4, no estando los elementos 12 a escala. La forma de los elementos también se representa solo esquemáticamente. Un elemento 12 puede diseñarse como una chapa deflectora recta, pero también puede presentar una curvatura o perforaciones o constar de extremos en forma de agitador que sirven para provocar un buen mezclado del material que hay que enfriar para lograr una distribución uniforme de la temperatura. También es posible que los elementos en diferentes zonas de temperatura del tubo de transporte 2 presenten diferentes formas.
La figura 6 muestra una sección longitudinal esquemática a través de un tubo de enfriamiento 5 y un elemento de dirección de flujo 14, que está montado en la pared exterior del tubo de transporte 2 y, por lo tanto, se encuentra completamente en el espacio anular A. El elemento 14 de dirección de flujo puede ser de una pieza, tal como se representa, o de varias piezas. El elemento de dirección de flujo 14 mostrado discurre alrededor de la pared exterior del tubo de transporte 2 a la manera de una rosca de tornillo y fuerza al medio de enfriamiento a una trayectoria de flujo turbulento en la dirección de la flecha K2'. La dirección de flujo K2' también tiene la ventaja de que el recorrido cubierto por cualquier partícula del medio de enfriamiento es significativamente más largo que la longitud del tubo de enfriamiento 2. Esto también tiene un efecto favorable sobre la transferencia de calor, ya que el medio de enfriamiento puede absorber calor durante más tiempo que si estuviera solo fluyendo a lo largo de la longitud del tubo de enfriamiento. Para mejorar aún más la turbulencia en el medio de enfriamiento, que es responsable de un mezclado completa del medio de enfriamiento, puede ser útil romper los resaltes del elemento de dirección de flujo 14 en algunos puntos.
La figura 7 muestra una sección a través de un tubo de enfriamiento 5 con unos compensadores 15 que están dispuestos en un extremo del tubo de enfriamiento 5. El compensador 15 consiste en una pluralidad de enrollamientos en forma de fuelle. Las altas diferencias de temperatura entre el tubo de enfriamiento y el medio de enfriamiento pueden causar tensiones en el tubo de enfriamiento 5. Estas tensiones, que pueden discurrir tanto en la dirección longitudinal como transversal del tubo de enfriamiento, se absorben y se reducen por el compensador 15, ya que el compensador 15 es estructuralmente capaz de disipar dichas tensiones mediante una conformación definida.
La figura 8 muestra un diagrama de temperatura esquemático del perfil de temperatura desde el centro del tubo de transporte 2 hasta la temperatura ambiente en el exterior del tubo de enfriamiento 5. Suponiendo que el material que hay que enfriar se vierte en el cono de llenado a una temperatura de A °C, el material que hay que enfriar se enfriará ligeramente ya en el centro durante su introducción en un tubo de transporte y la temperatura desciende de forma constante hacia el exterior. Tan pronto como el material que hay que enfriar toque la pared interior del tubo de transporte 2, se determinará un efecto de enfriamiento significativo, que se indica en la figura 8 con la temperatura B °C. El perfil de temperatura en la pared de tubo del tubo de transporte 2 será sustancialmente lineal. Por lo tanto, en la pared exterior del tubo de transporte 2 habría presencia de una temperatura C °C. En el espacio anular entre el tubo de enfriamiento 5 y el tubo de transporte 2, el medio de enfriamiento fluye idealmente en un flujo turbulento, aunque se puede determinar un perfil de temperatura que va desde una temperatura más alta C °C a una temperatura más baja D °C. Finalmente, se puede determinar un perfil de temperatura de D °C a E °C en la pared del tubo de enfriamiento. La temperatura en el exterior del tubo de enfriamiento 5 es la temperatura ambiente.

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. Enfriador tubular giratorio (1) que consiste en una pluralidad tubos de transporte (2) para transportar un material que hay que enfriar indirectamente, en el que la pluralidad de tubos de transporte (2) están dispuestos alrededor de un eje de rotación (3) y se pueden rellenar conjuntamente con material que hay que enfriar a través de una zona de llenado (4), caracterizado por que cada tubo de transporte (2) está dispuesto concéntricamente en un tubo de enfriamiento (5) y el enfriamiento indirecto del material que hay que enfriar tiene lugar a través del tubo de transporte alrededor del cual fluye un medio de enfriamiento y que enfría el material que hay que enfriar a través de la pared del tubo de transporte (2).
2. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según la reivindicación 1, caracterizado por que la pluralidad de tubos de transporte (2) están dispuestos en haces en unas zonas (6, 7, 8), y estas zonas (6, 7, 8) son aptas para el apoyo o la rotación del enfriador tubular giratorio (1).
3. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según la reivindicación 2, caracterizado por que la rotación tiene lugar a través de una corona dentada con una transmisión por cadena (9) o un piñón.
4. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pluralidad de tubos de transporte (2) desembocan en una zona en la que sale el material que hay que enfriar.
5. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los tubos de transporte (2) están inclinados desde la zona de entrada de producto (4, 4a) hasta la zona de salida de producto (10).
6. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la pluralidad de tubos de enfriamiento (5) están conectados entre sí por medio de tuberías.
7. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según la reivindicación 6, caracterizado por que los tubos de enfriamiento (5) pueden ser presurizados.
8. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el sentido de flujo del medio de enfriamiento es opcionalmente el contrario o el mismo que el sentido de transporte del material que hay que enfriar.
9. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que dentro de los tubos de transporte (2) están previstos unos elementos (12), que favorecen el mezclado y la circulación del material que hay que enfriar.
10. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según la reivindicación 9, caracterizado por que los elementos (12) están dispuestos sustancialmente en la dirección longitudinal de los tubos de transporte (2).
11. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el espacio anular (A) entre el tubo de transporte (2) y el tubo de enfriamiento (5) presenta unos elementos (12), que favorecen un flujo turbulento del medio de enfriamiento.
12. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por que por lo menos un elemento de dirección de flujo (14) está previsto en el espacio anular entre el tubo de transporte y el tubo de enfriamiento.
13. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según la reivindicación 12, caracterizado por que dicho por lo menos un elemento de dirección de flujo (14) está dispuesto sobre la pared exterior de un tubo de transporte (2).
14. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según la reivindicación 13, caracterizado por que dicho por lo menos un elemento de dirección de flujo (14) está dispuesto en forma de una rosca de tornillo sobre la pared exterior de un tubo de transporte (2).
15. Enfriador tubular giratorio (1) con las características según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que los tubos de enfriamiento (5) están equipados con unos compensadores (15), que compensan las tensiones térmicas.
16. Procedimiento para enfriar material a granel utilizando un enfriador tubular giratorio con las características según una de las reivindicaciones 1 a 15.
17. Procedimiento para enfriar material a granel según la reivindicación 16, que comprende las etapas siguientes: 1. introducir un material que hay que enfriar en un tubo de transporte que está rodeado por un tubo de enfriamiento, en el que fluye un medio de enfriamiento, siendo agua el medio de enfriamiento;
2. transportar el material que hay que enfriar desde un extremo del tubo de transporte hasta el otro extremo del mismo, siendo el material que hay que enfriar enfriado de forma continua por el medio de enfriamiento; 3. hacer girar de forma continua los tubos de transporte alrededor de un eje;
4. descargar el material de transporte enfriado.
18. Procedimiento para enfriar material a granel con las características según la reivindicación 17, que comprende asimismo la etapa de procedimiento según la cual el medio de enfriamiento es llevado a turbulencias por medio de unos deflectores dispuestos en el espacio anular entre el tubo de transporte y el tubo de enfriamiento.
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