ES2834223T3 - Válvula para controlar un flujo de aire - Google Patents

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Andrea Donati
Daniele Anzaldi
Andrea Barbieri
Daniele Apparuti
Robert Bartolini
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Abstract

Una válvula (22) para controlar un flujo de aire, que comprende: - un cuerpo (25) que define una abertura (26, 27) de entrada y de salida para el flujo de aire, - un obturador cilíndrico (30) alojado dentro de dicho cuerpo (25), siendo dicho obturador (30) selectivamente giratorio alrededor de un eje (A), comprendiendo dicho obturador (30) una superficie (45) dispuesta alrededor de dicho eje (A), comprendiendo dicha superficie (45): - una primera porción curvada (46, 47) conformada excéntricamente con relación a dicho eje (A) para definir, en uso y junto con dicho cuerpo (25), un primer paso (56, 57) para dicho flujo de aire; - una segunda porción curvada (47, 46) conformada excéntricamente con relación a dicho eje (A), para definir, en uso y junto con dicho cuerpo (25), un segundo paso (57, 56) para dicho flujo de aire; un agujero pasante (54) interpuesto entre dicha primera porción curvada (46, 47) y la segunda porción curvada (47, 46) y que, en uso, conecta de manera fluida, dicho primer paso (56, 57) con dicho segundo paso (57, 56), dicho primer paso (56, 57) y dicho segundo paso (57, 56) están conectados de manera fluida a dicha abertura (26, 27) de entrada y salida respectivamente, y en el que dicho cuerpo (25) comprende - un par de paredes (36a, 36b) en forma de arco que tienen concavidades relativas que miran hacia dicho eje (A) y están interrumpidas circunferencialmente alrededor de dicho eje (A); y - un par de conductos (37, 38) de entrada y salida que tienen bocas (41, 42) de entrada y salida relativas definidas respectivamente por dicha abertura (26, 27) de entrada y salida, definiendo dichas paredes (36a, 36) en forma de arco y dichas bocas (41, 42) de entrada y salida un asiento cilíndrico (43) que aloja dicho obturador (30) y está conectado de manera fluida con dicha abertura (26, 27) de entrada y salida a través de dichos conductos (37, 38) de entrada y salida, definiendo dicha primera porción curvada (46, 47) con una de dichas paredes (36a, 36b) en forma de arco dicho primer paso (56, 57); y definiendo dicha segunda porción curvada (47, 46) con una de dichas paredes (36b, 36a) en forma de arco dicho segundo paso (57, 56).

Description

DESCRIPCIÓN
Válvula para controlar un flujo de aire
La presente invención se refiere a una válvula para controlar un flujo de aire en una máquina de envasado.
Como es sabido, muchos productos alimenticios, tales como zumos de frutas, leche pasteurizada o UHT (tratada a ultra alta temperatura), vino, salsa de tomate, etc., se comercializan en envases hechos de material de envasado esterilizado. Un ejemplo típico de este tipo de envase es el envase en forma de paralelepípedo para productos alimenticios líquidos o que se pueden verter conocido como Tetra Brik Aseptic (marca registrada), que se fabrica plegando y sellando material de envasado en tiras laminadas.
El material de envasado tiene una estructura multicapa que comprende sustancialmente una capa base para rigidez y resistencia, que puede estar definida por una capa de material fibroso, p. ej., papel o material de polipropileno relleno de minerales; y varias capas de material plástico que se puede sellar térmicamente, p. ej., una película de polietileno, que cubre ambos lados de la capa base.
En el caso de envases asépticos para productos de almacenamiento prolongado, tales como leche UHT, el material de envasado también puede comprender una capa de material de barrera a los gases y a la luz, p. ej., papel de aluminio o película de etilen-vinil-alcohol (EVOH), que se superpone a una capa de material plástico que se puede sellar térmicamente y, a su vez, se cubre con otra capa de material plástico que se puede sellar térmicamente que forma la cara interior del envase y que finalmente entra en contacto con el producto alimenticio.
Como es sabido, los envases de este tipo se producen en máquinas de envasado completamente automáticas, en las que el tubo se forma continuamente a partir del material de envasado alimentado en banda. Más específicamente, la banda de material de envasado se desenrolla de un carrete y se alimenta a través de un puesto para aplicar una tira de sellado de material plástico que se puede sellar térmicamente, y a través de una cámara aséptica en la máquina de envasado, donde se esteriliza, p. ej., mediante la aplicación de un agente de esterilización como el peróxido de hidrógeno, que posteriormente se evapora por calentamiento.
La banda de material de envasado se alimenta entonces a través de varios conjuntos de formación que interactúan con el material de envasado para plegarlo gradualmente desde la forma de tira hasta una forma de tubo.
Más específicamente, una primera porción de la tira de sellado se aplica a un primer borde longitudinal del material de envasado, en la cara del material que forma finalmente el interior de los envases; y una segunda porción de la tira de sellado se proyecta desde el primer borde longitudinal.
Los conjuntos de formación están dispuestos en sucesión y comprenden miembros de plegado de rodillos respectivos que definen un número de pasos de material de envasado que varían gradualmente en sección transversal desde una forma de C hasta una forma sustancialmente circular.
Al interactuar con los miembros de plegado, el segundo borde longitudinal se coloca en el exterior del primer borde longitudinal con respecto al eje del tubo que se está formando. Más específicamente, la tira de sellado está ubicada completamente dentro del tubo, y la cara del segundo borde longitudinal que mira al eje del tubo se superpone parcialmente a la segunda porción de la tira de sellado, y parcialmente a la cara del primer borde longitudinal ubicado en el lado opuesto a la primera porción de la tira de sellado.
Se conocen máquinas de envasado del tipo anterior en las que el primer y el segundo bordes longitudinales están sellados térmicamente dentro de la cámara aséptica para formar un cierre hermético longitudinal a lo largo del tubo, que es entonces llenado con el producto alimenticio esterilizado o pasteurizado.
Además, las máquinas de envasado del tipo anterior comprenden una unidad de formación en la que el tubo es sellado y cortado a lo largo de secciones transversales igualmente espaciadas para formar envases de tipo almohada.
La unidad de formación comprende dos o más mordazas que interactúan cíclicamente con el tubo para sellarlo.
Los envases de tipo almohada se pliegan entonces mecánicamente para formar envases respectivos en una unidad de plegado, que está dispuesta aguas abajo de los componentes móviles de la unidad de formación.
En detalle, la unidad de formación está dispuesta aguas abajo de la cámara aséptica, con referencia a la dirección de avance del tubo.
La máquina de envasado descrita anteriormente comprende una pluralidad de ramas que emiten flujos relativos de aire caliente estéril, p. ej., a una temperatura que oscila entre 5 y 280 °C, dentro de la cámara aséptica.
En particular, una primera rama comprende una pluralidad de boquillas que emiten un primer flujo de aire caliente estéril dentro de la cámara aséptica con el fin de mantenerlo en el valor determinado de temperatura y presión mayor que la presión ambiental.
Una segunda rama comprende una boquilla que emite un segundo flujo de aire caliente estéril sobre los bordes longitudinales superpuestos, para formar el cierre hermético longitudinal a lo largo del tubo.
Una tercera rama comprende una boquilla que está dispuesta aguas debajo de la segunda rama, prosiguiendo de acuerdo con la dirección de avance del tubo.
La tercera rama se activa solo cuando el funcionamiento de la máquina de envasado comienza de nuevo después de una interrupción.
En caso de interrupción, la porción de material de envasado que mira hacia la boquilla de la segunda rama se enfría, después de haber sido previamente calentada.
El reinicio de la máquina de envasado lleva esa porción frente a la boquilla de la tercera rama. En esta etapa, la boquilla de la tercera rama es operada para emitir un tercer flujo de aire caliente estéril hacia el material de envasado. Ese tercer flujo de aire caliente estéril calienta de nuevo esta porción del material de envasado y asegura la formación completa del cierre hermético longitudinal.
Finalmente, una cuarta rama comprende una boquilla que emite un flujo de aire caliente estéril sobre el material de envasado en banda aguas arriba de la cámara aséptica y antes de que el material de envasado se forme en forma de tubo, con el fin de eliminar, por calentamiento, el residuo de peróxido de hidrógeno del material de envasado.
Los flujos de aire caliente estéril identificados anteriormente están regulados por válvulas de control respectivas.
En particular, se conocen válvulas de control que comprenden sustancialmente:
- un cuerpo exterior que define una abertura de entrada y una abertura de salida para el flujo de aire estéril; y - un obturador en forma de disco o de bola alojado dentro del cuerpo exterior.
El obturador puede ser hecho girar entre:
- una posición completamente abierta en la que permite que el aire caliente estéril fluya desde la abertura de entrada a la abertura de salida del cuerpo; y
- una posición completamente cerrada en la que impide que el aire caliente estéril fluya entre la abertura de entrada y la abertura de salida.
Debido a la forma y construcción del obturador, la válvula conocida tiene poca capacidad para modular suavemente el flujo de aire caliente estéril.
En particular, con la válvula conocida, la cantidad de flujo de aire estéril crece repentinamente desde cero hasta el valor máximo, cuando el obturador gira desde la posición completamente cerrada a la posición completamente abierta.
En otras palabras, el gráfico del flujo de aire estéril en función del ángulo de rotación del obturador es pronunciado, es muy no lineal y alcanza el valor máximo después de un pequeño ángulo de rotación del obturador.
Como resultado, el flujo de aire caliente estéril no se puede controlar con precisión.
Se siente la necesidad dentro de la industria de obtener una variación lo más lineal posible del flujo de aire estéril en relación con el ángulo de rotación para un amplio intervalo de ángulo de rotación del obturador, con un número limitado de componentes y sin afectar la posibilidad de preservar la esterilidad del obturador.
El documento US4881718 describe una válvula de bola con un puerto a través de la bola que tiene una ranura asociada con cada extremo del puerto, extendiéndose cada ranura parcialmente alrededor de la circunferencia de la bola. Cada ranura conecta con su extremo del puerto y se extiende lejos del puerto en el plano de rotación de la bola. Las ranuras disminuyen de tamaño a medida que se extienden lejos del puerto, por lo que las ranuras sirven para controlar el área de flujo dependiendo del grado de rotación de la bola. Los difusores en la entrada y salida de la válvula aseguran que cualquier cavitación ocurrirá dentro de los difusores que están formados de material adaptado para resistir las fuerzas de cavitación. Por lo tanto, es un objeto de la presente invención proporcionar una válvula para controlar un flujo de aire estéril en una máquina de envasado.
Este objeto se consigue mediante una válvula según la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas de dicha válvula se han definido en las reivindicaciones dependientes.
A modo de ejemplo, se describirá una realización preferida, no limitativa, de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La Figura 1 es una vista en perspectiva de una válvula que comprende un obturador, de acuerdo con la presente invención; La Figura 2 es una vista despiezada ordenadamente en perspectiva de la válvula de la Figura 1;
La Figura 3 es una vista en perspectiva de un cuerpo de la válvula de las Figuras 1 y 2, con partes eliminadas para mayor claridad;
La Figura 4 es una sección transversal de la válvula de las Figuras 1 a 3;
Las Figuras 5 a 10 muestran la sección transversal de la válvula de las Figuras 1 a 4 en posiciones operativas diferentes respectiva;
La Figura 11 es un gráfico del flujo de aire estéril en función del ángulo de rotación del obturador, para la válvula de las Figuras 1 a 10;
La Figura 12 es una vista esquemática de una máquina de envasado en la que están instaladas una pluralidad de válvulas de las Figuras 1 a 11, con partes eliminadas para mayor claridad; y
La Figura 13 es una vista en perspectiva de la máquina de envasado de la Figura 12.
El número 1 en las Figuras 12 y 13 indica en su conjunto una máquina de envasado para producir continuamente envases sellados 4 de un producto alimenticio a partir de una banda 3 de material de envasado, que se desenrolla de un carrete 75 y se alimenta a lo largo de una trayectoria P de formación.
La máquina 1 produce preferiblemente envases sellados 4 de un producto alimenticio que se puede verter, como leche pasteurizada o UHT, zumo de frutas, vino, guisantes, alubias, etc.
La máquina 1 también puede producir envases sellados 4 de un producto alimenticio que se puede verter cuando se producen los envases 4, y se endurece después de sellar los envases 4. Un ejemplo de un producto alimenticio de este tipo es una porción de queso, que se funde cuando se producen los envases 4 y se endurece después de sellar los envases 4.
El material de envasado tiene una estructura multicapa que comprende sustancialmente una capa base para rigidez y resistencia, que puede estar definida por una capa de material fibroso, p. ej., papel o material de polipropileno relleno de minerales; y varias capas de material plástico que se puede sellar térmicamente, p. ej., película de polietileno, que cubre ambos lados de la capa base.
La máquina 1 comprende sustancialmente, proseguir a lo largo de la trayectoria P,:
- varios miembros 5 guía, p. ej., rodillos o similares, que alimentan la banda 3 a lo largo de la trayectoria P; - un puesto 6 de esterilización para esterilizar la banda 3 de material de envasado;
- un puesto 7 de formación para formar un tubo 10 de material de envasado que tiene un eje A;
- un puesto 8 para sellar térmicamente un cierre hermético longitudinal 11 a lo largo del tubo 10;
- un dispositivo 12 de llenado para verter el alimento esterilizado o procesado estéril de forma continua en el tubo 10; y
- una unidad 13 de formación para sellar y cortar transversalmente el tubo 10, para formar envases 2 de tipo almohada que posteriormente se pliegan (de manera no mostrada) en envases relativos 4.
En detalle, el puesto 6 de esterilización comprende, proseguir a lo largo de la trayectoria P, (Figura 12):
- un depósito 14 llenado con un agente de esterilización, tal como peróxido de hidrógeno, a través del cual se hace avanzar la banda 3; y
- una boquilla 15 dispuesta aguas abajo del depósito 14 que prosigue a lo largo de la trayectoria P y adaptada para soplar un chorro de aire caliente estéril sobre la banda 3 que sale del depósito 14, para eliminar, por evaporación, el peróxido de hidrógeno.
El puesto 7 comprende varios conjuntos 40 de formación dispuestos sucesivamente a lo largo de la trayectoria P, y que interactúan gradualmente con la banda 3 para plegarla en forma del tubo 10.
Más específicamente, los conjuntos 40 de formación comprenden números respectivos de rodillos que definen pasos de material de envasado obligatorios respectivos, cuyas secciones respectivas varían gradualmente desde una forma de C hasta una forma sustancialmente circular.
El puesto 8 comprende una pluralidad de boquillas 17 adaptadas para soplar aire caliente estéril sobre los bordes longitudinales superpuestos 16 (Figura 13) del tubo 10 con el fin de sellar térmicamente el material de envasado del borde 16 y, así, crear un cierre hermético longitudinal 11 (Figura 13).
De esta manera, el cierre hermético 11 se puede formar incluso cuando el material de envasado no comprende una capa de material conductor, p. ej., aluminio.
Además, el puesto 8 comprende una pluralidad de las denominadas boquillas 18 de "parada corta" que están dispuestas aguas abajo de la boquilla 17, prosiguiendo a lo largo de la trayectoria P.
Además, las boquillas 18 están dispuestas frente a los bordes superpuestos 16 del tubo 10.
En caso de interrupción del funcionamiento de la máquina 1 de envasado, los bordes longitudinales superpuestos 16 previamente calentados dispuestos frente a las boquillas 18 se enfrían.
En este caso, cuando la máquina 1 se pone en marcha de nuevo, las boquillas 18 se activan con el fin de expulsar un flujo de aire caliente estéril sobre los bordes superpuestos 16 enfriados, para sellar térmicamente el material de envasado de los bordes 16 y garantizar que el cierre hermético longitudinal 11 está perfectamente formado.
La máquina 1 también comprende (Figura 12):
- una cámara aséptica 19 que aloja los puestos 7 y 8 y es llenada con aire estéril a una temperatura y una presión superiores a las del entorno; y
- un carril 20 provisto de una pluralidad de boquillas 21 adaptadas para soplar aire caliente estéril dentro de la cámara 19.
En particular, el dispositivo 12 de llenado llena el tubo 10 con producto vertible dentro de la cámara aséptica 19.
La máquina 1 también comprende una pluralidad de ramas 9, cuatro en la realización mostrada, alimentadas con aire caliente estéril a una presión determinada preferiblemente por la misma fuente y que comprende válvulas 22 de control relativas para controlar los flujos de aire caliente estéril que se alimentan a los boquillas respectivas 15, 17, 18, 21. Además, las válvulas 22 están configuradas para controlar el flujo de aire caliente estéril a una temperatura que oscila de 5 a 2802C.
En particular, las válvulas 22 están conectadas de manera fluida con las boquillas respectivas 15, 17, 18, 21 por los conductos respectivos 24.
Siendo idénticas las válvulas 22, en el ejemplo descrito en el presente documento, solo se describe una a continuación. Con referencia a las Figuras 1 a 10, la válvula 22 comprende sustancialmente:
- un cuerpo 25 que define una abertura 26 de entrada y una abertura 27 de salida para el flujo de aire caliente estéril;
- un obturador 30 alojado dentro del cuerpo 25 de manera giratoria alrededor de su propio eje A; y
- un activador giratorio 31 conectado operativamente con el obturador 30 para colocarlo en una posición angular determinada con respecto al cuerpo 25 y alrededor del eje A.
En detalle, el cuerpo 25 es simétrico alrededor del eje A, tiene forma de caja y comprende:
- un par de paredes opuestas 28, 29 paralelas al eje A y que definen las aberturas respectivas 26, 27;
- una pared 32 que se extiende ortogonalmente entre las paredes 28, 29 y ortogonal al eje A; y
- un par de paredes 33a, 33b que se extienden ortogonalmente entre las paredes 28, 29, son paralelas al eje A y ortogonales a la pared 32.
La válvula 22 también comprende una tapa 24 dispuesta ortogonalmente a las paredes 28, 29 y al eje A, y que cierra el cuerpo 25 en el lado opuesto de la pared 32.
Con referencia a las Figuras 4 a 10, el cuerpo 25 comprende además:
- un par de paredes 36a, 36b en forma de arco opuestas a las paredes relativas 33a, 33b, que tienen concavidades relativas que miran hacia el eje A y están interrumpidas circunferencialmente alrededor del eje A; y
- un par de conductos 37, 38 de entrada y salida que sobresalen ortogonalmente de las paredes 28, 29 hacia el eje A y tienen bocas 41,42 de entrada y salida relativas definidas por las aberturas 26, 27 respectivamente. Las bocas 41,42 están interpuestas circunferencialmente entre las paredes 36a, 36b y están dispuestas a una distancia radial determinada del eje A.
La boca 41 comprende, en el lado del eje A, un par de extremos 70, 71 que se extienden paralelos al eje A. El extremo 71 está radialmente más cerca que el extremo 70 del eje A.
La boca 42 comprende un par de extremos 80, 81 que se extienden paralelos al eje A. El extremo 81 está radialmente más cerca que el extremo 80 del eje A.
Prosiguiendo alrededor del eje A, el extremo 71 se interpone circunferencialmente entre los extremos 70, 80 y el extremo 81 se interpone circunferencialmente entre los extremos 80, 70.
Las paredes 36a, 36b y las bocas 41, 42 definen un asiento cilíndrico 43 que aloja el obturador 30 y está conectado de manera fluida con las aberturas 26, 27 de entrada y salida a través de los conductos 37, 38.
Más precisamente, los conductos 37, 38 son simétricos con respecto al eje A y están escalonados con relación a un plano medio de las paredes 26, 27.
El activador 31 comprende un estátor 34 y un rotor 35 conectados operativamente al obturador 30 (Figura 2).
En la realización mostrada, el activador 31 es un micro-motor alimentado con corriente continua, y comprende una caja de cambios interpuesta entre el rotor 35 y el obturador 30.
El activador 31 es controlado sobre la base de la posición angular del obturador 30, que es detectada por un sensor no mostrado.
El obturador 30 es cilíndrico y simétrico alrededor del eje A.
Además, el obturador 30 comprende una superficie 45 (Figuras 5 a 10) que está dispuesta alrededor del eje A y mira hacia las bocas 41,42 y la pared 36a, 36b.
En particular, la superficie 45 mira hacia el límite del asiento 43.
La superficie 45 comprende ventajosamente (Figuras 5 a 10):
- una porción curvada 46 con forma excéntrica con relación al eje A, para definir con la pared 36a, 36b un paso 56 para el flujo de aire caliente estéril; y
- una porción curvada 47 con forma excéntrica con relación al eje A, para definir con la pared 36a, 36b un paso 57 para el flujo de aire caliente estéril;
los pasos 56 y 57 están conectados de manera fluida entre sí.
En otras palabras, las porciones 46, 47 tienen forma de leva y se extienden a distancias radiales que varían gradualmente desde el eje A.
El obturador 30 también comprende un agujero pasante radial 54 que se extiende entre las porciones 46, 47 y conecta de manera fluida el paso 56 con el paso 57.
La superficie 45 comprende una primera mitad 44a y una segunda mitad 44b.
La mitad 44a comprende una sección 50 y una porción 46, y la mitad 44b comprende una sección 51 y una porción 47. Cada mitad 44a, 44b se extiende alrededor del eje A para un arco de 180 grados.
En detalle, las secciones 50, 51 se extienden a la distancia radial máxima desde el eje A, para definir el tamaño radial máximo del obturador 30.
Las secciones 50, 51 son opuestas entre sí con respecto al eje A.
La porción 46 está interpuesta circunferencialmente entre las secciones 51, 50 y la porción 47 está interpuesta circunferencialmente entre las secciones 50, 51, prosiguiendo de acuerdo con el sentido de rotación del obturador 30 mostrado en las Figuras 5 a 10.
En la realización mostrada, las secciones 50, 51 tienen un tamaño circunferencial determinado y están separadas de la pared 36a, 36b por un espacio determinado. De esta manera, el aire caliente estéril puede fluir dentro del espacio y esterilizar toda la superficie 45.
Cada porción 46, 47 también comprende una sección relativa 52, 53 interpuesta entre las secciones 50, 51 y que se extiende a la distancia radial mínima del eje A, para definir el tamaño radial mínimo del obturador 30.
Con referencia a la Figura 4, la porción 46 comprende, prosiguiendo de la sección 51 a la sección 50 de acuerdo con el sentido de rotación del obturador 30 mostrado en las Figuras 5 a 10:
- un tramo 49 que se extiende a distancias radiales gradualmente decrecientes desde el eje A;
- sección 53; y
- un tramo 48 que se extiende a una distancia radial que aumenta gradualmente desde el eje A.
De manera completamente análoga, la porción 47 comprende, prosiguiendo de la sección 50 a la sección 51 de acuerdo con el sentido de rotación del obturador 30 mostrado en las Figuras 5 a 10,:
- un tramo 49 que se extiende a distancias radiales gradualmente decrecientes desde el eje A;
- sección 52; y
- un tramo 48 que se extiende a una distancia radial que aumenta gradualmente desde el eje A.
El tramo 49 se extiende alrededor del eje A para un arco más estrecho que el del tramo 48.
En otras palabras, el tramo 49 se extiende generalmente de forma circunferencial alrededor del eje A durante una distancia relativamente más corta en comparación con el tramo 48.
El agujero 54 se extiende entre los tramos 49.
El agujero 54 se alarga paralelo al eje A, como se ha mostrado en la Figura 2.
Cada paso 56, 57 está definido radialmente por una mitad relativa 44a, 44b de la superficie 45 y el límite del asiento 43. Cada paso 56 comprende, proseguir desde la sección 51 a la sección 50 de acuerdo con el sentido de rotación del obturador 30 mostrado en las Figuras 5 a 10:
- una porción relativa 59 definida radialmente entre el tramo 49 y el límite del asiento 43, y que tiene un tamaño radial que aumenta gradualmente; y
- una porción relativa 58 definida radialmente entre el tramo 48 y el límite del asiento 43, y que tiene un tamaño radial gradualmente decreciente; y
- una porción 60 de tamaño radial relativamente constante definida radialmente entre la sección 50 y el límite del asiento 43.
De la misma manera, el paso 57 comprende, prosiguiendo desde la sección 50 a la sección 51 de acuerdo con el sentido de rotación del obturador 30 mostrado en las Figuras 5 a 10,:
- una porción relativa 59 definida radialmente entre el tramo 49 y el límite del asiento 43, y que tiene un tamaño radial que aumenta gradualmente;
- una porción relativa 58 definida radialmente entre el tramo 48 y el límite del asiento 43, y que tiene un tamaño radial que disminuye gradualmente; y
- una porción 60 de tamaño radial relativamente constante definida radialmente entre la sección 51 y el límite del asiento 43.
El agujero 54 se abre en porciones 59 y se interpone entre las porciones 59.
Con referencia a las Figuras 1 a 4, las aberturas 26, 27 tienen una longitud a lo largo de una dirección ortogonal a la longitud del agujero 54.
Con mayor detalle, las aberturas 26, 27 tienen una longitud que se extiende ortogonalmente al eje A y paralela al plano de las paredes 28, 29, respectivamente.
Aún más precisamente, la anchura de la abertura 26 medida paralela al eje A disminuye, prosiguiendo desde una de la pared 33b hacia la otra pared 33a ortogonalmente al eje A.
En la realización mostrada, la abertura 26 tiene forma de triángulo isósceles que tiene una base 61 dispuesta hacia la pared 33b y un vértice 62 opuesto a la base 61 y dispuesto hacia la pared 33a (Figuras 1 y 2).
La anchura de la abertura 26 medida paralela al eje A disminuye, desde la pared 33a hacia la pared 33b ortogonalmente al eje A.
La abertura 27 también tiene forma de triángulo isósceles, que tiene una base 61 dispuesta hacia la pared 33a y el vértice 62, opuesta a la base 61, y dispuesta hacia la pared 33b (Figura 3).
En otras palabras, las aberturas 26, 27 tienen una anchura creciente, prosiguiendo de acuerdo con el sentido de rotación del obturador 30 indicado en las Figuras 4 a 10.
Cada obturador 30 de la válvula 22 es mantenido generalmente por el activador relativo 31 en una posición angular fija alrededor del eje A, sobre la base de la cantidad de flujo de aire caliente estéril requerido por la boquilla relativa 15, 17, 18, 21.
Alternativamente, la posición angular del obturador 30 de las válvulas 22 alrededor del eje A puede ser variada dinámicamente por los activadores relativos 31.
Con referencia a la Figura 11, se ha mostrado el gráfico Q del flujo de aire caliente estéril que sale de la válvula 22 junto con el ángulo -9 de rotación del obturador 30 alrededor del eje A.
En particular, el ángulo 9 de rotación es cero cuando la sección 50 está en un borde circunferencial 70 de la boca 41 y la sección 51 está en un borde circunferencial 80 de la boca 42 (Figura 5).
El gráfico Q comprende sustancialmente:
- un tramo R en el que el flujo de aire caliente estéril aumenta de una manera aproximadamente lineal con relación al ángulo 9 de rotación y que corresponde a ángulos 9 de rotación que oscilan de cero a aproximadamente 120 grados (Figuras 5 a 9);
- un tramo S que tiene menos pendiente que el tramo R, en el que el flujo de aire caliente estéril aumenta linealmente con relación al ángulo 9 de rotación y que corresponde a ángulos 9 de rotación que oscilan de aproximadamente 120 a aproximadamente 150 grados (Figuras 9 y 10); y
- un tramo T en el que el flujo de aire caliente estéril disminuye linealmente con relación al ángulo 9 de rotación y que corresponde a ángulos 9 de rotación superiores a aproximadamente 150 grados (Figura 10).
Es importante mencionar que tanto las pérdidas de carga concentradas del flujo de aire estéril como las pérdidas de carga distribuidas entre las aberturas 26, 27 dependen del ángulo 9 de rotación.
En lo que respecta a las pérdidas de carga distribuidas, el obturador 30, el cuerpo 25 y las bocas 41, 42 definen una trayectoria preferente Z (mostrada en las Figuras 5 a 10) para el flujo de aire caliente estéril. La longitud de la trayectoria Z y, por lo tanto, las pérdidas de carga distribuidas resultantes, dependen del ángulo 9 de rotación.
La trayectoria Z está indicada en las Figuras 5 a 10 por el área sombreada.
Con mayor detalle, como se ha mostrado en las Figuras 4 a 9, la trayectoria Z comprende sustancialmente:
- las porciones de los pasos 56, 57 dispuestas entre las bocas 41,42 de las aberturas 26, 27 respectivamente y el agujero 54; y
- agujero 54.
La longitud de las porciones de los pasos 56, 57 depende del ángulo 9 de rotación mientras que la longitud del agujero 54 es constante para cada ángulo 9 de rotación.
Las pérdidas de carga concentradas son causadas por el hecho de que el flujo de aire caliente estéril es transportado en secciones restringidas cuando se mueve desde la boca 41 al paso 56 y cuando se mueve desde el paso 57 a la boca 42. La anchura de estas secciones restringidas y, por lo tanto, las pérdidas de carga concentradas resultantes dependen del ángulo 9 de rotación como se ve en las Figuras 4 a 10.
Los efectos combinados de las pérdidas de carga concentradas y distribuidas se han ilustrado en el gráfico Q, como se explicará a continuación.
En particular, cuando el ángulo O de rotación es igual a 0 grados (figura 5), el extremo 70 de la boca 41 mira hacia la sección 50 y la sección 51 mira hacia el extremo 80 de la boca 42.
Por consiguiente, como se ha mostrado en la Figura 6, el flujo de aire caliente estéril tiende a moverse a lo largo de todo el paso 56, luego entra en el agujero 54, se mueve a lo largo de todo el paso 57 y finalmente alcanza la boca 42, el conducto 38 y la abertura 27 de salida.
En vista de lo anterior, la trayectoria Z es la más larga posible, maximizando así la pérdida de carga distribuida resultante. Además, el flujo de aire caliente estéril es forzado a entrar en ambas porciones 60 del paso 56, 57. Debido al hecho de que las porciones 60 definen las secciones radiales más estrechas de los pasos 56, 57, las pérdidas de presión concentradas resultantes son las más altas.
Como resultado tanto de la mayor pérdida concentrada como distribuida, la cantidad de flujo de aire caliente estéril es la mínima cuando el ángulo -9 de rotación es nulo.
A medida que el activador 31 aumenta el ángulo 9 de rotación (Figuras 6 a 8), la boca 41 se abre en la porción 58 del paso 56 y la porción 58 del paso 57 se abre en la boca 42.
Por consiguiente, el flujo de aire caliente estéril tiende a moverse a lo largo de la trayectoria Z formado por:
- solamente la parte de la porción 58 del paso 56 interpuesta entre la boca 41 y el agujero 54;
- agujero 54; y
- solamente la parte de la porción 58 del paso 57 interpuesta entre el agujero 54 y la boca 42.
Por tanto, es evidente que la longitud de la trayectoria Z disminuye a medida que aumenta el ángulo 9 de rotación. Además, debido al hecho de que las porciones 58 son radialmente más anchas que las porciones 60 y tienen un tamaño radial que aumenta progresivamente, el flujo de aire caliente estéril es forzado a pasar a través de una sección radial progresivamente más ancha, a medida que aumenta el ángulo 9 de rotación.
Por consiguiente, a medida que aumenta el ángulo 9 de rotación, disminuyen las pérdidas de presión tanto distribuidas como concentradas. Como resultado, el tramo R del gráfico Q es cuasi-lineal.
Cuando el ángulo 9 de rotación es de aproximadamente 120 grados (Figura 9), la boca 41 se abre en la porción 59 del paso 56 y la porción 59 del paso 57 mira hacia la boca 42.
Debido al hecho de que el agujero 54 conecta los tramos 48, 49, las pérdidas de carga debidas al cambio de sección entre el conducto 37 y el paso 60 son particularmente bajas para este ángulo 9 de rotación de intervalo. Estas pérdidas de carga reducidas contribuirían a aumentar en gran medida el flujo de aire caliente estéril que pasa a través de la válvula 22. Sin embargo, debería tenerse en cuenta que las aberturas 26, 27 tienen una longitud que se extiende ortogonalmente a la longitud del agujero 54 y una forma triangular que coopera con el paso 56, 57. Esto contribuye a contener el flujo de aire caliente estéril que pasa a través de la válvula 22.
La Solicitante ha descubierto que la combinación de estos dos efectos causa la forma casi lineal del tramo S del gráfico Q y evita que el flujo aumente repentinamente para un ángulo de rotación más cercano a 120 grados.
A medida que el ángulo 9 de rotación aumenta más (Figura 10), la sección 51 supera circunferencialmente el extremo 70 de la boca 41 y la sección 52 supera circunferencialmente el extremo 71 de la boca 42.
Por consiguiente, el flujo de aire caliente estéril tiene que fluir a través de la sección que se estrecha progresivamente, aumentando así las pérdidas de carga resultantes y disminuyendo progresivamente el flujo de aire caliente estéril en el tramo T del gráfico Q.
En la utilización real, la banda 3 se desenrolla del carrete 75 y se alimenta a lo largo de la trayectoria P (Figuras 12 y 13). Más específicamente, la banda 3 es alimentada por miembros 5 de guía a lo largo de la trayectoria P y a través de la cámara aséptica 19.
En detalle, la banda 3 es hecha avanzar en primer lugar dentro del depósito 14 para ser esterilizada por el peróxido de hidrógeno.
Posteriormente, la boquilla 15 sopla un chorro de aire caliente estéril sobre la banda 3, para eliminar los residuos del peróxido de hidrógeno.
La banda 3 pasa luego a través de los puestos 7 y 8, que están dispuestos dentro de la cámara aséptica 19.
En detalle, las boquillas 21 soplan chorros de aire caliente estéril hacia la cámara aséptica 19, de modo que esta última se mantiene a una temperatura y una presión superiores a las ambientales.
Los conjuntos 40 de formación interactúan gradualmente con la banda 3, para plegar y formar el tubo 10, superponiendo los bordes 16.
En el puesto 8, los bordes superpuestos 16 son calentados por un chorro de aire caliente estéril soplado por boquillas 17. De esta manera, el material de envasado de los bordes 16 es calentado para fundir la capa de polietileno y se forma el cierre hermético 11.
En el funcionamiento normal de la máquina 1, las boquillas 18 no se activan.
En caso de interrupción del funcionamiento de la máquina 1 de envasado, los bordes superpuestos 16 previamente calentados dispuestos delante de la boquilla 18 se enfrían.
En este caso, cuando la máquina 1 se pone en marcha de nuevo, las boquillas 18 se activan para soplar aire caliente estéril sobre estos bordes enfriados 16, de modo que el cierre hermético 11 se forme correctamente.
El tubo 10 sellado longitudinalmente se llena continuamente con el producto alimenticio que se puede verter por el dispositivo 12.
El tubo 10 se transporta luego a la unidad 13 de formación donde se agarra, se sella y se corta a lo largo de secciones transversales igualmente espaciadas para formar una sucesión de envases 2, que posteriormente se pliegan para formar los envases respectivos 4.
Las válvulas 22 controlan el flujo de aire caliente estéril en las boquillas respectivas 15, 17, 18, 21.
En detalle, el activador 31 de cada válvula 22 establece el obturador relativo 30 en un ángulo -9 determinado, de modo que un flujo de aire caliente estéril correspondiente pueda alcanzar la boquilla relativa 15, 17, 18, 21.
Las ventajas del obturador 30 de acuerdo con la presente invención quedarán claras a partir de la descripción anterior. En particular, debido a las porciones 46 y 47 formadas excéntricamente del obturador 30, la variación del flujo de aire caliente estéril con respecto al ángulo 9 de rotación es sustancialmente lineal por partes y controlable con precisión en un amplio intervalo de ángulos 9 de rotación.
A este respecto, la Solicitante ha descubierto que, debido a la forma de los pasos 56, 57, a medida que aumenta el ángulo 9 de rotación, el flujo de aire caliente estéril varía suavemente sin ningún salto repentino, como se ha mostrado en la Figura 11.
De esta manera, pequeños errores de posicionamiento en el ángulo 9 de rotación no dan como resultado ninguna variación sensible en la cantidad de flujo de aire caliente estéril transportado a la abertura 27.
La Solicitante también ha descubierto que la forma del paso 56, 57 da como resultado una variación de la pérdida de carga tanto concentrada como distribuida, a medida que aumenta el ángulo 9 de rotación. Se ha descubierto que esto es eficaz para ampliar el intervalo de ángulos 9 de rotación en los que se puede controlar el flujo de aire caliente estéril.
Además, las aberturas 26, 27 se alargan ortogonalmente a la longitud del agujero 54.
Por consiguiente, incluso cuando el orificio 54 mira hacia las bocas 41,42 como se ha mostrado en la Figura 8, no hay un aumento repentino en el flujo de aire caliente estéril transportado por la válvula 22. Esto se ha mostrado en el tramo S del gráfico P.
Además, debido a la presencia de un espacio radial entre las secciones 50 y las paredes 36a, 36b y al hecho de que el obturador 30 no tiene componentes que sobresalgan del cuerpo exterior 25, la válvula 22 puede esterilizarse fácilmente mediante el flujo de aire caliente estéril sobre superficie 45.
Finalmente, la válvula 22 tiene un número muy limitado de componentes y, por lo tanto, es muy fácil de fabricar y mantener. Claramente, se pueden realizar cambios en la máquina 1 y en el método como se ha descrito e ilustrado en este documento sin apartarse, sin embargo, del alcance definido en las reivindicaciones adjuntas.
En particular, las aberturas 26, 27 pueden ser rectangulares con una longitud ortogonal al eje A.
Además, las aberturas 26, 27 pueden tener otra forma, como ovalada o redonda, por ejemplo.
Finalmente, la aplicación del obturador 30 y la válvula 22 puede ser para fluidos distintos del aire, tales como gases o líquidos, o para controlar flujos de fluidos no estériles.

Claims (11)

REIVINDICACIONES
1. Una válvula (22) para controlar un flujo de aire, que comprende:
- un cuerpo (25) que define una abertura (26, 27) de entrada y de salida para el flujo de aire,
- un obturador cilíndrico (30) alojado dentro de dicho cuerpo (25),
siendo dicho obturador (30) selectivamente giratorio alrededor de un eje (A),
comprendiendo dicho obturador (30) una superficie (45) dispuesta alrededor de dicho eje (A),
comprendiendo dicha superficie (45):
- una primera porción curvada (46, 47) conformada excéntricamente con relación a dicho eje (A) para definir, en uso y junto con dicho cuerpo (25), un primer paso (56, 57) para dicho flujo de aire;
- una segunda porción curvada (47, 46) conformada excéntricamente con relación a dicho eje (A), para definir, en uso y junto con dicho cuerpo (25), un segundo paso (57, 56) para dicho flujo de aire;
un agujero pasante (54) interpuesto entre dicha primera porción curvada (46, 47) y la segunda porción curvada (47, 46) y que, en uso, conecta de manera fluida, dicho primer paso (56, 57) con dicho segundo paso (57, 56),
dicho primer paso (56, 57) y dicho segundo paso (57, 56) están conectados de manera fluida a dicha abertura (26, 27) de entrada y salida respectivamente, y en el que dicho cuerpo (25) comprende
- un par de paredes (36a, 36b) en forma de arco que tienen concavidades relativas que miran hacia dicho eje (A) y están interrumpidas circunferencialmente alrededor de dicho eje (A); y
- un par de conductos (37, 38) de entrada y salida que tienen bocas (41,42) de entrada y salida relativas definidas respectivamente por dicha abertura (26, 27) de entrada y salida,
definiendo dichas paredes (36a, 36) en forma de arco y dichas bocas (41,42) de entrada y salida un asiento cilíndrico (43) que aloja dicho obturador (30) y está conectado de manera fluida con dicha abertura (26, 27) de entrada y salida a través de dichos conductos (37, 38) de entrada y salida,
definiendo dicha primera porción curvada (46, 47) con una de dichas paredes (36a, 36b) en forma de arco dicho primer paso (56, 57); y
definiendo dicha segunda porción curvada (47, 46) con una de dichas paredes (36b, 36a) en forma de arco dicho segundo paso (57, 56).
2. La válvula de la reivindicación 1, caracterizada por que al menos una de dichas aberturas (26, 27) de entrada y de salida se extienden a lo largo de una primera dirección; y dicho agujero (54) tiene una longitud a lo largo de una segunda dirección transversal a dicha primera dirección.
3. La válvula de la reivindicación 2, caracterizada por que al menos una de dichas aberturas (26, 27) de entrada y salida tiene una anchura creciente, prosiguiendo de acuerdo con un sentido de rotación del obturador (30).
4. La válvula de la reivindicación 2 o 3, caracterizada por que al menos una de dichas aberturas (26, 27) de entrada y salida es triangular con una base paralela a dicho eje (A) y una altura ortogonal a dicho eje (A).
5. La válvula de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que dichas bocas (41,42) de entrada y salida se abren en dicho primer paso (56, 57) y dicho segundo paso (57, 56) respectivamente y están conectadas de manera fluida con dicha abertura (26, 27) de entrada y salida;
definiendo dicha boca (41) de entrada, dicha boca (42) de salida y dicho obturador (30) una trayectoria preferente (Z) para dicho flujo de aire;
comprendiendo dicha trayectoria (Z) la porción de dicho primer paso (56) que se extiende entre dicha boca (41) de entrada y dicho agujero (54), y la porción de dicho segundo paso (57) que se extiende entre dicho agujero (54) y dicha boca (42) de salida;
dependiendo la longitud de dicha trayectoria (Z) de una posición angular (O) de dicho obturador (30) alrededor de dicho eje (A).
6. La válvula de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que comprende un activador (31) para hacer girar selectivamente dicho obturador (30) con relación a dicho cuerpo (25).
7. La válvula de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que dicha superficie (45) comprende, prosiguiendo de acuerdo con el sentido de rotación de avance de dicho obturador (30) alrededor de dicho eje (A):
- una primera sección (51,50) de extremo circunferencial;
- un primer tramo (49) limitado por dicha primera sección (51; 50) de extremo y que se extiende a una distancia radial decreciente desde dicho eje (A);
- un segundo tramo (48) que se extiende a distancias radiales crecientes desde dicho eje (A); y
- una segunda sección (50; 51) de extremo circunferencial, que es opuesta a dicha primera sección (51; 50) de extremo y limita dicho segundo tramo (48) en el lado opuesto de dicho primer tramo (49).
8. La válvula de la reivindicación 7, caracterizada por que dichas secciones (50, 51) de extremo se extienden a una distancia radial constante desde dicho eje (A).
9. La válvula de la reivindicación 7 u 8, caracterizada por que dicho agujero (54) se abre en dicho segundo tramo (49) de al menos una de dichas primera y segunda porciones (46, 47).
10. La válvula de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que dicha superficie (45) es simétrica con relación a dicho eje (A).
11. Una máquina de envasado para producir envases sellados (4) de producto alimenticio vertible a partir de una banda (3) de material de envasado, que comprende:
- un puesto (6) de esterilización en el que se aplica un agente de esterilización sobre dicha banda (3); y/o
- una primera boquilla (15) para soplar un primer flujo de aire estéril a una temperatura determinada con el fin de eliminar dicho agente de esterilización de dicha banda (3); y/o
- una cámara aséptica (19) a través de la cual se alimenta dicha banda (3) y dentro de la cual se forma un tubo (10) a partir de dicha banda (3); y/o
- al menos una segunda boquilla (21) para soplar un segundo flujo de aire estéril a una segunda temperatura determinada dentro de dicha cámara aséptica (19);
- una tercera boquilla (17) dispuesta dentro de dicha cámara aséptica (19) y adaptada para soplar un tercer flujo de aire estéril sobre los bordes longitudinales superpuestos (16) de dicho tubo (10), con el fin de formar un cierre hermético longitudinal de dicho tubo (10); y
- una cuarta boquilla (18) dispuesta dentro de dicha cámara aséptica (19) y adaptada para soplar un cuarto flujo de aire estéril sobre dichos bordes longitudinales (16) de dicho tubo (10), en caso de que el avance de dicho tubo (10) comience de nuevo después de haber sido previamente interrumpido; y
- al menos una válvula (22) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que está conectada de manera fluida con una respectiva de dichas primera, segunda, tercera y cuarta boquillas (15, 21, 17, 18) para regular con relación a dicho flujo de aire estéril.
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