ES2857700T3 - Panel de filtrado y método de fabricación del mismo - Google Patents

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Abstract

Un panel de filtrado de disco de agua para un filtro de disco giratorio para la filtración de adentro hacia afuera en la purificación de agua, comprendiendo el panel de filtrado una tela filtrante de metal (16, 116) y un marco (10, 110) que comprende una parte periférica (11, 111), en el que el marco (10, 110) consiste en un material plástico cargado con fibras de vidrio o carbono, caracterizado en que la parte periférica tiene forma trapezoidal y es integral con una rejilla interior (12, 112) que comprende tiras transversales (13) y tiras longitudinales (14), que divide el área interior de la parte periférica (11, 111) en campos (15, 115) y cada campo tiene un área que no excede el 10% del área interior de la parte periférica (11, 111), en donde el material plástico de la parte periférica (11, 111) comprende un reborde (161) al menos en una parte de la región del borde interior de la parte periférica (11, 111) para unir la tela filtrante de metal (16, 116); en el que el metal de la tela filtrante (16, 116) se selecciona del grupo que comprende acero inoxidable, bronce, cobre, latón, titanio, níquel y aleaciones; y en donde la tela filtrante (16, 116) está pretensado en ambas direcciones de urdimbre y trama al menos el 20% del límite elástico de la tela (16, 116) y sujeta al marco (10, 110); y en el que una parte de la tela filtrante (16, 116) correspondiente a la parte periférica de plástico reforzado (11, 111) está incrustada en el material plástico del reborde (161) a lo largo de la región del borde interior de la parte periférica (11, 111) , de modo que quede sujeta irreversiblemente al mismo.

Description

DESCRIPCIÓN
Panel de filtrado y método de fabricación del mismo
Campo de tecnología
La presente invención se refiere a la purificación de agua y, en particular, a un panel de filtrado utilizado en un equipo de filtración denominado filtro de disco y a un método de fabricación del mismo. La filtración en un filtro de disco se obtiene mediante una serie de discos de filtro dispuestos coaxial y equidistantemente.
Antecedentes
Se conocen filtros de discos giratorios que comprenden un tambor que tiene un eje longitudinal central y una pluralidad de discos de filtro o elementos de filtro en forma de disco que están dispuestos de manera giratoria alrededor del eje de, por ejemplo, los documentos WO 2004/076026 A1 y WO 2008/021270, cuyos contenidos se incorporan a la presente memoria por referencia en su totalidad. Durante el funcionamiento, se gira el eje longitudinal que lleva los discos de filtro. Desde el interior del tambor se conduce un líquido de filtrado a través de las aberturas hacia los filtros de disco.
Cada disco de filtro está compuesto por una serie de paneles de filtrado iguales, sustancialmente de forma trapezoidal y dispuestos radialmente. Cada panel de filtrado comprende un marco periférico al que se le aplica una red de filtro, en el campo llamado tela. Los discos de filtro se sumergen parcialmente en el agua a filtrar. La filtración tiene lugar de adentro hacia afuera, es decir, la filtración tiene lugar desde el interior del elemento filtrante y hacia afuera a través de la tela filtrante.
El nivel de líquido dentro del filtro es más alto que el nivel de líquido fuera de los discos de filtro. Debido a la diferencia de nivel entre las dos caras del disco filtrante, obtenida por compartimentos o mamparos, dicha diferencia corresponde a una diferencia de presión entre las dos caras de la tela filtrante, lo que genera una carga hidráulica en esta última y que provoca que se filtre el agua fluye a través de los paños.
Estos filtros de disco se utilizan normalmente para la filtración final (llamada terciaria) en plantas de tratamiento de aguas residuales municipales, o para la filtración de agua utilizada en la industria cuando se requiere una filtración fina (tela filtrante con espaciado de 10 a 100 micrones).
Las telas convencionales utilizadas en los filtros de disco son de poliéster y están soportadas por un marco que comprende una parte periférica, sustancialmente en forma de trapecio, que constituye todo el panel de filtrado deseado. Cada panel cubre un sector de una corona circular de un disco de filtro de un filtro de disco). Estas telas se componen de finos hilos de poliéster tejidos según una urdimbre y trama que crean aberturas cuadradas del espaciado deseado. El tamaño de los alambres, al reducirse, genera una red cuya superficie libre ocupa entre el 10 y el 15% de la superficie de la tela, con la consiguiente limitación del caudal de agua que se filtra.
Las telas de poliéster se fijan al marco, que está fabricado en polipropileno, mediante calentamiento y presión, después de una modesta tensión de la tela en ambos sentidos, y posterior enfriamiento. Para medir la tensión de una tela, los tensiómetros se utilizan ampliamente. Las mediciones o pruebas de tracción se utilizan para determinar la resistencia a la tracción, el límite elástico o la resistencia elástica y otras propiedades de tracción. A continuación, las propiedades de tracción se expresan como un porcentaje del límite elástico o se indican como fuerza por unidad de longitud de la urdimbre y la trama, respectivamente. Para caracterizar las propiedades de tracción de las telas filtrantes, un parámetro importante es el límite elástico, que es el nivel de esfuerzo al que un material plástico, metal u otro material deja de comportarse elásticamente y el material comienza a deformarse plásticamente.
Más recientemente se han utilizado telas de acero inoxidable AISI 316 con características, en términos de área libre o espaciado, similares a las de las telas de poliéster mencionadas anteriormente. Estos paños, en particular los conocidos como "tejido liso holandés", tienen una urdimbre y una trama que generan una estructura prácticamente tridimensional que optimiza las características de permeabilidad además de facilitar la limpieza del paño, por lo que dan excelentes resultados. Estas telas tienen hilos de la urdimbre de mayor diámetro que los hilos de la trama, con menos hilos de la urdimbre que los de la trama, lo que da como resultado una tela robusta y estable. Sin embargo, tienen una elasticidad menor que la del poliéster. En particular, se ha comprobado que cuando se estiran y se fijan al marco y se utilizan en un filtro de disco, en el que se someten a una carga hidráulica perpendicular que se invierte durante las fases periódicas del denominado retrolavado, se ven afectadas por el fenómeno resultante de fatiga, que los lleva a roturas prematuras.
La investigación realizada ha establecido que los parámetros que determinan la rotura son:
1 - la deflexión por la cual la tela, fijada al marco relativo, se deforma cuando se somete a la carga hidráulica;
2- el número de ciclos de inversión de la carga hidráulica.
Una solución adoptada para intentar alargar la vida de estas telas de acero inoxidable en la medida de lo posible es estirarlas, tanto en la dirección de la trama como de la urdimbre, casi hasta su límite elástico (normalmente entre 12 y 17 N/mm), para minimizar la deflexión cuando están sometidos a carga hidráulica, y luego fijarlos así estirados al marco relativo. De esta forma, cuando la tela se somete a la carga hidráulica alterna, la deflexión con la que se deforma es prácticamente nula y por lo tanto no se ve afectada por la mayor parte del fenómeno de fatiga, con el resultado de alargar significativamente su vida útil, de modo que se consigue una duración aceptable.
Esta solución, sin embargo, requiere el uso de marcos particularmente rígidos, que también están hechos de acero inoxidable AISI 316, así como el empleo de métodos de soldadura de la tela al marco (una vez estirada en ambas direcciones casi hasta el límite elástico) que son bastante sofisticado, para evitar la resistencia a la fatiga en las proximidades de las zonas donde la tela se suelda al marco, que son zonas de inevitable debilidad a este respecto. En dicha zona de debilidad existe una tendencia a desprenderse del marco del filtro si el filtro de disco está en funcionamiento.
Otra solución que se ha adoptado y que todavía utiliza un marco de acero inoxidable, consiste en minimizar la deflexión de la tela sin tensar la tela filtrante. Esto se logra mediante el uso de un marco de acero inoxidable constituido, además de la parte periférica, también por una chapa perforada en el interior del marco, que divide con precisión el área dentro de la parte periférica en ventanas de un tamaño mucho menor, lo que resulta en una drástica reducción de la deflexión bajo carga hidráulica. Dichas ventanas pueden fabricarse a partir de láminas de acero inoxidable presionando a través de una matriz con el patrón de tamaño de orificio apropiado y tienen la desventaja de reducir el área de filtración efectiva. Además de esta reducción del área, antes de fijar la tela filtrante, se fija una gran red de malla al marco de acero inoxidable.
La suma de los dos dispositivos crea un soporte muy sólido para la tela filtrante de acero inoxidable, minimizando la deflexión y, por lo tanto, la resistencia a la fatiga, por lo que solo tiene la necesidad de estirar la tela filtrante al mínimo para mantenerla en posición durante la operación de su fijación a la parte exterior del marco.
La solución descrita anteriormente da como resultado un panel de filtrado de una estructura bastante compleja, además de implicar la necesidad de que el marco también esté hecho de acero inoxidable, y también requiere un proceso de soldadura particular de la tela filtrante a la parte periférica del marco, lo que hace que los costes suban considerablemente. Todo ello, sumado al mayor coste de la tela filtrante de acero inoxidable en comparación con la tela de poliéster, anula la ventaja económica de la optimización de las características de permeabilidad y facilidad de limpieza que se obtienen mediante el uso de la tela filtrante de acero inoxidable.
Compendio de la invención
El objeto de la presente invención es proporcionar un panel de filtrado para filtros de disco, equipado con una tela metálica tal como una tela de acero inoxidable, que no presenta los inconvenientes antes mencionados de los paneles de filtrado conocidos mostrados a modo de ejemplo con tela de acero inoxidable.
Otro objeto de la presente invención es fabricar paneles de filtrado utilizando tela metálica y evitar la resistencia a la fatiga en las proximidades de las áreas donde la tela metálica está unida al marco. Además, se necesita una solución para reducir el efecto de distorsión por deflexión que ocurre normalmente cuando se aplica una carga hidráulica sobre telas metálicas como el acero inoxidable.
También es deseable que los marcos de filtrado de los filtros de disco se hagan más livianos que los marcos de acero inoxidable y al mismo tiempo se mantengan lo suficientemente resistentes y robustos para permitir más tensión que con los paneles de filtrado que utilizan tela filtrante de poliéster convencional.
Un objeto adicional es proporcionar un marco de tela filtrante, que tiene las dimensiones de los paneles de filtrado conocidos con tela de poliéster, que tiene la ventaja de que puede introducirse y ser adecuado para la sustitución en soportes de marcos de filtro existentes de filtros de disco para paneles de filtrado con tela de poliéster.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un marco de tela filtrante que se pueda fabricar a costes relativamente bajos. Otro objeto más es proporcionar para hacer el proceso de fabricación como, por ejemplo, sujetar la tela metálica a un marco de filtro más fácil y menos costoso. Más particularmente, cuando se cortan las costosas telas filtrantes, como las telas tejidas de acero inoxidable para los paneles de filtrado, existe el inconveniente de que se desperdicia una gran cantidad de costosa tela filtrante cuando se utilizan técnicas de tensado convencionales. De ahí deriva el propósito de evitar el desperdicio de la tela filtrante, cuando se fabrica el panel de filtrado.
Un objeto más de la presente invención es proporcionar una herramienta que permita la fijación fiable de una tela filtrante al marco de la tela filtrante y condiciones reproducibles con respecto a las propiedades de tracción de la tela filtrante.
Estos propósitos se logran y los problemas técnicos relativos se resuelven mediante el panel de filtrado de acuerdo con la reivindicación 1, un disco de filtrado y el método de acuerdo con las reivindicaciones como se definen por las reivindicaciones independientes. Otras características del panel de filtrado según la presente invención se especifican en las reivindicaciones dependientes y se describen con más detalle a continuación.
Uno o más aspectos de la descripción están dirigidos a un panel de filtrado para un filtro de disco para purificación de agua, el panel de filtrado que comprende una tela filtrante de metal y un marco que comprende una parte periférica, en el que el marco consiste en un material plástico cargado con fibras de vidrio o carbono, en el que la parte periférica es integral con una rejilla interior, que divide el área interior de la parte periférica en campos y cada campo tiene un área que no excede el 10% del área interior de la parte periférica. Dicho metal de la tela filtrante se selecciona del grupo que comprende acero inoxidable, bronce, cobre, latón, titanio, níquel y aleaciones y la tela filtrante está pretensado en ambas direcciones de urdimbre y trama al menos el 20% del límite elástico de la tela y sujeta al marco.
Otro aspecto de la invención está dirigido a un panel de filtrado para un filtro de disco para la purificación de agua, el panel comprende una tela filtrante de acero inoxidable, pretensada en ambas direcciones de urdimbre y trama y sujeta a un marco que comprende una parte periférica integral con una rejilla interior que divide el área interior de la parte periférica en campos, caracterizado en que:
• el marco consiste en polipropileno cargado con fibra de vidrio en una cantidad del 20 al 40 por ciento en peso;
• cada campo tiene un área que no excede el 10% del área interna de la parte periférica;
• el pretensado de la tela filtrante en ambas direcciones varía entre el 20 y el 30% del límite elástico de la tela.
Sin embargo, se entenderá que la invención no se limita a una tela filtrante metálica hecha de acero inoxidable. Se pueden utilizar otras telas metálicas que no estén hechas de acero inoxidable sino de bronce, cobre, latón, titanio, níquel y aleaciones que comprendan telas metálicas. Dichos metales usados como tela filtrante tejida tienen una elasticidad menor que la del poliéster. Por lo tanto, se ven afectados por el fenómeno de la fatiga, que puede evitarse eficazmente pretensando y proporcionando una rejilla como se describe en la descripción de la invención.
Además, se entiende que las realizaciones de la invención no están limitadas por el tipo de material plástico. Alternativamente al polipropileno (PP) mencionado anteriormente, se pueden usar otros materiales termoplásticos, que son adecuados para fabricar componentes mediante moldeo por inyección y se pueden reformar o soldar aplicando calor. Los materiales del marco y la rejilla integral se pueden seleccionar del grupo que comprende polietileno (PE), óxido de polifenileno (PPO), una mezcla de PPO y estireno (Noryl) u otras mezclas, sulfuro de polifenileno (PPS), cloruro de polivinilo (PVC) o similar.
Uno o más aspectos de la descripción proporciona un panel de filtrado o un método para actualizar un filtro de disco existente. Por consiguiente, un panel de filtrado, en el que la parte periférica del marco tiene el mismo tamaño que la parte periférica de un panel con un marco de polipropileno o similar y una tela filtrante de poliéster, puede reemplazar a este último en un filtro de disco existente.
Uno o más aspectos adicionales de la descripción proporciona un método para fabricar un panel de filtrado, comprendiendo el método:
• inyectar material plástico cargado con fibras de vidrio o carbono en una herramienta de molde para formar integralmente un marco con una parte periférica y una rejilla;
• ubicar el marco curado en una herramienta tensora;
• colocar una tela filtrante de metal en la parte superior del marco;
• fijar la región del borde periférico de la tela filtrante de metal mediante la herramienta tensora;
• pretensar la tela filtrante hasta al menos el 20% del límite elástico de la tela filtrante metálica; y
• aplicar presión y calor sobre la tela filtrante pretensada para sujetar la tela filtrante en al menos una parte de la parte periférica incrustando la tela filtrante en el material plástico.
Las soluciones de acuerdo con la presente descripción proporcionan un panel de filtrado, un filtro de disco y un método para hacer que el panel de filtrado aumente significativamente la vida útil de los paneles de filtrado con telas metálicas como, por ejemplo, acero inoxidable. Otra ventaja que puede obtenerse en el método de fabricación es que se puede proporcionar tensión mientras se minimiza el desperdicio de la tela filtrante. Ninguna ventaja es crítica para las realizaciones.
Otras ventajas de la presente descripción y la invención se entenderán más fácilmente a partir de la siguiente descripción de realizaciones y dibujos ejemplares. Cualquier realización descrita puede combinarse técnicamente con cualquier otra realización descrita.
Breve descripción de los dibujos
Las figuras adjuntas ilustran realizaciones ejemplares de la descripción y sirven para explicar, a modo de ejemplo, los principios de la descripción y no se pretende que estén dibujadas a escala. Las figuras se incluyen para proporcionar una ilustración y una mayor comprensión de los diversos aspectos y realizaciones, pero no pretenden restringir la descripción a la realización ilustrada en las figuras. Cuando las características técnicas de las figuras o la descripción detallada van seguidas de signos de referencia, los signos de referencia se han incluido con el único fin de aumentar la inteligibilidad de las figuras y la descripción. Por propósitos de claridad, no todos los componentes pueden estar etiquetados en todas las figuras.
En esta descripción se hace referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
La FIG. 1 es una vista frontal del marco único de un panel de filtrado según la presente invención;
La FIG. 2 es una vista del panel de filtrado según la flecha 2 de la FIG. 1;
La FIG. 3 es una sección transversal según la línea 3-3 de la FIG. 1;
La FIG. 4 es una vista frontal, muy ampliada, de una pieza de tela filtrante metálica, aplicable al marco de las FIGs. 1 -3 para obtener un panel de filtrado según la presente invención;
La FIG. 5 es una vista según la flecha 5 de la FIG. 4.
La FIG. 6 muestra un diagrama de flujo esquemático de un método para fabricar un panel de filtrado según una realización de la descripción;
La FIG. 7 es una vista esquemática desarrollada de un marco de un panel de filtrado según otra realización de la descripción;
La FIG. 8 es una ilustración esquemática del marco de filtro de la FIG. 7 con la tela metálica ubicada en la parte periférica del marco del filtro;
La FIG. 9 muestra una ilustración esquemática de un panel de filtrado terminado de la FIG. 7 y 8 respectivamente;
La FIG. 10 muestra una ilustración esquemática de una herramienta tensora con un marco de filtro;
La FIG. 11 muestra la vista de la herramienta tensora según la flecha 310 y una sección transversal a lo largo de la línea de trazos mostrada en la FIG. 10; y
La FIG. 12 muestra ilustraciones esquemáticas de partes de la herramienta tensora de la FIG. 11 y un dispositivo de compresión calefactable esquemático.
Descripción detallada de la invención
Como puede verse en las Figs. 1 -3, el marco 10, en la forma trapezoidal del conjunto, comprende un marco periférico 11 dentro del cual está presente una rejilla, indicada como un todo con 12, formada por dos series de tiras que se cruzan perpendicularmente, respectivamente 13 y 14, de manera que para formar una multiplicidad de campos que, aparte de algunos de los campos periféricos, son rectangulares con la dimensión mayor que es un poco menos del doble que la del menor. En este caso específico, los campos más grandes tienen un área que no excede el 5% del área interior de la parte periférica 11. De manera más general, se encuentra que para estar seguro de no causar los fenómenos de fatiga ilustrados anteriormente, el área del campo no debe exceder el 10% del área dentro de la parte 11.
Al utilizar la rejilla que constituye las tiras 13 y 14 en combinación con el pretensado prescrito a continuación, la deflexión de la tela filtrante metálica 16, que está hecha, por ejemplo, de acero inoxidable, se reduce significativamente cuando se aplica una carga hidráulica y, por lo tanto, se puede aumentar la vida útil del panel de filtrado producido. De esta forma, se pueden minimizar los requisitos de servicio para los filtros de disco.
El perímetro interior de la parte periférica 11 del marco 10 define la circunferencia de la denominada área de filtrado para el proceso de filtrado de adentro hacia afuera del panel de filtrado. Se observa que las dimensiones de las tiras y las áreas de campo correspondientes de los rectángulos con la dimensión más grande oscilan entre, por ejemplo, al menos un 2,5% y un máximo del 10% del área interior de la parte periférica. Construyendo la rejilla con dichas dimensiones el área de filtrado efectiva no se reduce significativamente. Por tanto, se puede mantener una mayor capacidad de filtración, en comparación con las soluciones de la técnica anterior que utilizan telas de acero inoxidable con láminas perforadas y mallas en marcos de acero inoxidable.
Se observa además que, en comparación con las telas filtrantes de poliéster, las telas filtrantes metálicas, como las telas filtrantes de acero inoxidable, permiten mayores capacidades de pérdida de carga operativa.
También observamos que las tiras transversales 13 son considerablemente más robustas que las tiras longitudinales 14, por lo que estas últimas descargan la carga adecuada sobre las primeras. En cualquier caso, tenemos un marco 10 particularmente robusto, gracias también a que la parte periférica 11 tiene una sección transversal en forma de L. Como se muestra en la FIG. 3 la sección transversal en forma de L comprende un primer tramo 21, que está en funcionamiento situado en paralelo al flujo, y un segundo tramo transversal 22 al flujo. Dicho segundo tramo 22 proporciona rigidez adicional al primer tramo 21. Las tiras transversales 13 tienen la misma altura en la dirección del flujo como el primer tramo 21 y proporcionan un soporte robusto para las tiras longitudinales 14 más pequeñas.
El tramo transversal al flujo 22 proporciona una parte de borde interior 26 para unir la tela filtrante de metal, tal como la tela de acero 16 (no mostrada en la FIG. 3) al marco 10. Además, la parte de borde exterior circunferencial 25 del segundo tramo 22 puede utilizarse para proporcionar una región de fijación adicional para la tela filtrante 16 como se describe a continuación con respecto a la herramienta tensora 300 y el dispositivo de compresión 350 ilustrados en las FIGs. 10-12.
La rejilla 12 forma una sola pieza con la parte periférica 10, una pieza que se obtiene de manera convencional mediante moldeo en caliente o moldeo por inyección de un material plástico termoplástico como carga de polipropileno con aproximadamente un 30% en peso de fibra de vidrio (por ejemplo el de la empresa Campiresine S.R.L. de Turate, Como). De hecho, el porcentaje en peso de fibra de vidrio puede variar en un campo que va del 20 al 40%.
Cuanto menor sea el porcentaje de fibra de vidrio, más ligero se puede hacer el marco del filtro, mientras que un porcentaje más alto de fibra de vidrio produce un marco del filtro más robusto y, por lo tanto, se puede aplicar más pretensado. Se pueden utilizar otros materiales de fibra en dicho intervalo de 20 a 40%, como carbono, para reforzar el material plástico. El carbono tiene la ventaja de permitir una reducción adicional de peso. Dichos rellenos u otros similares no solo pueden combinarse con polipropileno (PP) sino también con polietileno (PE), óxido de polifenileno (PPO), Noryl, sulfuro de polifenileno (PPS) y cloruro de polivinilo (PVC) y tienen el objeto de reforzar suficientemente el marco de plástico.
De esta forma, utilizando para la parte periférica las mismas dimensiones de la parte periférica en polipropileno de los paneles de filtrado conocidos con tela de poliéster, obtenemos un marco suficientemente robusto que además tiene la ventaja de ser reemplazable en los paneles de filtrado con tela de poliéster en filtros de disco existentes.
La necesidad de contar con un bastidor suficientemente robusto y rígido se debe a que dicha tela de acero inoxidable cuando se fija a la parte periférica está previamente sometida a una tensión en ambas direcciones de entre el 20 y el 30% de su límite elástico, un valor que es mayor que aquel al que están sometidas las telas filtrantes de poliéster convencionales aplicadas a los marcos de polipropileno convencionales.
Se ha podido comprobar que la tela filtrante de acero inoxidable puede fijarse, después del pretensado antes mencionado, a la parte periférica 11 del marco 10 (por ejemplo, de polipropileno reforzado con fibra de vidrio) de forma similar a la utilizada para fijar - precisamente por calentamiento y presión (de modo que la tela aparezca incrustada en el polipropileno de la parte 11) y posterior enfriamiento - la tela de poliéster al marco de polipropileno de los paneles de filtrado convencionales descritos al principio, lo que evidentemente constituye una simplificación considerable, con una ventaja económica significativa.
Un panel de filtrado según otro aspecto de la presente invención puede tener una tela filtrante hecha de acero inoxidable AISI 316L con un espaciado que varía de 5 a 100 micrones. En particular, una tela filtrante que puede usarse para fijarse al marco 10 se muestra, muy ampliada, en las FIGs. 4-6 y se indica por 16. Esta es de acero inoxidable AISI 316L, distinguido por la marca Betamesh®, y puede tener espaciados de entre 5 a 100 micrones. Un espaciado correspondiente al tamaño de poro de, por ejemplo, 40 gm tiene un límite elástico de típicamente aproximadamente 140 N/cm o 14 N/mm en la dirección tanto de la urdimbre como de la trama. A partir de las FIGs. 4­ 6 se ve que esta tela está compuesta de hilos de urdimbre 17 incrustados en hilos de trama 18 y 19. Este tipo de tela filtrante inoxidable posee buena permeabilidad. Evidentemente, se pueden utilizar otros tipos de telas filtrantes de acero inoxidable o telas metálicas, siempre que tengan las características de filtrado adecuadas. Dependiendo del tamaño de poro y de los hilos de filtro tejidos utilizados, el límite elástico máximo o el límite elástico puede variar en las direcciones de urdimbre y trama.
Se ha representado esquemáticamente en la FIG. 9 un ejemplo de un panel de filtrado acabado obtenido fijando la tela metálica o de acero inoxidable antes mencionada. La tela 116 mostrada está incrustada en el material plástico tal como polipropileno de la parte periférica 11. La forma en que se fabrica este panel se describe a continuación con más detalle y se representa en las Figuras 6 a 11.
El panel de filtrado según la presente invención combina la ventaja de poseer buenas características de permeabilidad, conferidas por el uso de telas filtrantes de acero inoxidable, a un costo decididamente menor que el de los paneles de filtrado conocidos que ya utilizan este tipo de telas pero fijados a un marco de acero inoxidable. Además, puede ser reemplazado sin problemas en los paneles de filtrado actualmente presentes en los filtros de disco existentes, con una vida útil al menos comparable a la de los paneles de filtrado conocidos.
En otro aspecto más, la presente descripción está dirigida a un método 60 para fabricar un panel de filtrado con tela metálica, comprendiendo el método:
• inyectar en la primera etapa del método 101 material plástico en una herramienta de molde para formar integralmente un marco 110 con una parte periférica 111 y una rejilla 112;
• ubicar (etapa del método 102) el marco curado 110 en una herramienta tensora;
• colocar (etapa del método 103) la tela de acero 116 encima del marco 111;
• fijar (etapa del método 104) la región del borde periférico de la tela filtrante 116 mediante la herramienta tensora 300;
• pretensar (etapa del método 105) la tela filtrante 116 hasta al menos el 20% del límite elástico de la tela 116;
• aplicar presión y calor (etapa del método 106) sobre la tela filtrante 116 pretensada para sujetar la tela filtrante en una parte de la parte periférica (111) incrustando la tela filtrante en el material plástico.
Por simplicidad, la etapa del método de inyectar material en un molde (etapa 101) no se ha representado en una figura, ya que el proceso de fabricación de moldeo por inyección para producir piezas de material plástico termoplástico como el marco 110 de filtro formado integralmente que comprende una rejilla 112 es evidente para un experto en el campo técnico.
La temperatura de calentamiento de un dispositivo de compresión calentado 350, que realiza la etapa del método 106 y se muestra en la FIG. 12, se elige de manera que el material plástico termoplástico de la parte periférica (111) se ablande en la región de la al menos una costura de unión e incrustación, en la que la temperatura permanece por debajo del punto de fusión del teflón (PTFE).
Otro aspecto más del método según la presente invención comprende:
• enfriar (107) el material plástico calentado, en el que el material plástico se selecciona del grupo que comprende polipropileno (PP), polietileno (PE), óxido de polifenileno (PPO), una mezcla de PPO y estireno (Noryl), sulfuro de polifenileno (PPS) , cloruro de polivinilo (PVC) y mezclas de los mismos.
La etapa del método 107 adicional de enfriamiento del material plástico calentado se realiza para sujetar irreversiblemente la tela filtrante 116 a la parte o partes respectivas de la parte periférica 111. Se necesita una pluralidad de partes para la sujeción si, por ejemplo, se proporcionan dos o más costuras de unión 315 en lugar de una costura de unión en la parte periférica 111.
La FIG. 7 muestra esquemáticamente una vista desarrollada del conjunto de panel de filtrado 100 que comprende el marco de filtro curado 110, fabricado en la etapa del método 101, y una tela filtrante 116 hecha de acero inoxidable, titanio o similar.
La vista de la FIG. 7 indica además las dimensiones potenciales del marco del filtro 110. Como puede verse, la parte periférica 111 incluye dos lados Y1 e Y2 sustancialmente paralelos y dos lados no paralelos. Las dimensiones mostradas en la FIG. 7 no están a escala y pueden ser, por ejemplo, los siguientes:
Los lados paralelos más pequeños del trapezoide Y1 e Y2 miden 48 cm y 22 cm, respectivamente. La distancia X desde los bordes exteriores de cada uno de dichos lados paralelos Y1 e Y2, es decir, en la dirección longitudinal de las tiras 114, es de aproximadamente 57 cm. Además, para lograr la condición de que cada campo no exceda el 5% del área interior de la parte periférica 111, el área de campo rectangular ejemplar 115 tiene las longitudes laterales de A = 10 cm y B = 6 cm.
El panel de filtrado según la realización ejemplar mostrado en la FIG. 7 tiene una parte periférica 111 del marco 110, que tiene el mismo tamaño que la parte periférica de un panel con un marco de PP o similar y una tela filtrante de poliéster, de manera que pueda reemplazar a esta última en un filtro de disco existente. La forma trapezoidal y las dimensiones respectivas están diseñadas para adaptarse a un soporte de filtro de un filtro de disco (no mostrado), en el que dicho soporte de filtro sirve para soportar los lados inferiores Y2 y los respectivos lados no paralelos de un par de paneles de filtrado 110 para proporcionar filtración de adentro hacia afuera. Se coloca una pluralidad de soportes de filtro para asegurar los paneles de filtrado 110 en un tambor para formar un filtro de disco.
Alternativamente al polipropileno, se pueden utilizar otros materiales termoplásticos, que son adecuados para fabricar componentes mediante moldeo por inyección y se pueden reformar o soldar aplicando calor. Los materiales del marco 110 y la rejilla integral 112 se pueden seleccionar además del grupo que comprende polietileno (PE), óxido de polifenileno (PPO), una mezcla de PPO y estireno (Noryl), sulfuro de polifenileno (PPS) y cloruro de polivinilo (PVC) o similar. Dichos materiales plásticos se pueden rellenar con fibras de vidrio o carbono como refuerzo.
Otro aspecto más del método de acuerdo con la descripción de la invención se dirige a un filtro de disco (no mostrado) que comprende un tambor, que tiene un eje longitudinal central y que está dispuesto de manera giratoria alrededor del mismo y está adaptado para recibir un líquido que se va a filtrar, y al menos un elemento de filtro en forma de disco, que en el exterior del tambor se extiende hacia afuera en la dirección transversal del tambor y consta de paneles de filtrado 10, 100 asegurados de manera liberable, caracterizados al menos por el pretensado de una tela filtrante de acero inoxidable 16, 116 en al menos un 20% así como por una rejilla 112, en la que cada campo de la misma no supera el 10% del área interior de la parte periférica.
La realización mostrada en la FIG. 7 comprende un reborde 161 saliente no continuo a lo largo de la región de borde interior 26 de la parte periférica 111. Este reborde puede hacerse continuo o discontinuo y puede ser del mismo material plástico que la parte periférica 111 u otro. El reborde puede proporcionarse opcionalmente para soportar la unión e incrustación de la tela filtrante 116 en el material plástico en la etapa del método 106.
La FIG. 7 muestra esquemáticamente la etapa del método 103, en el que la tela de acero 116 se coloca en la parte superior del marco como se indica mediante las flechas 133.
La FIG. 8 es una ilustración esquemática del marco del filtro con la tela filtrante de acero inoxidable después de que la tela filtrante esté ubicada en el marco del filtro 110 (véase etapa del método 103). Además, se puede ver que las dimensiones de la tela filtrante metálica de p.ej. acero inoxidable corresponden a la circunferencia exterior de la parte periférica 111 del marco del filtro 110. Esta circunferencia exterior se corta después de que la tela filtrante metálica se sujete irreversiblemente mediante al menos una costura de unión.
La FIG. 9 muestra el panel de filtrado 100 de la FIG. 8 con la al menos una costura de unión 315, es decir, después de que en la etapa del método 106 se haya aplicado presión y calor. La al menos una costura de unión 315 es continua y está ubicada por encima de la región de borde interior 26 de la parte de marco periférico 111. Además de la costura de unión 315 mostrada en la FIG. 9 se puede proporcionar una costura de unión adicional en el borde exterior (25) de la parte periférica 111 (no mostrada). Después de enfriar el material plástico (en la etapa del método 107), la al menos una costura de unión 315 de la tela filtrante 116 se une de manera fija o irreversible a la región de borde interior 26 de la parte periférica 111.
La FIG. 10 muestra una ilustración esquemática de la herramienta tensora con un marco de filtro 110 colocado en la herramienta tensora 300. En esta ilustración, el marco de filtro 110 está rodeado por cuatro elementos móviles 301, 302, 303 y 304 de la herramienta tensora 300. Como puede verse, el marco del filtro 110 está situado en la herramienta tensora 300 de manera que el segundo tramo 22 de la parte periférica 111 mire hacia arriba.
La FIG. 11 muestra la vista en sección transversal de la herramienta tensora según la flecha 310 indicada en la FIG.
10. En esta ilustración, no solo el marco del filtro 110 está ubicado en la herramienta tensora, sino también la tela filtrante 116. La tela filtrante tiene que cortarse unos centímetros más grande que la circunferencia exterior de la parte periférica 111 del panel de filtrado, para permitir una fijación mediante la herramienta tensora 300, más particularmente por los elementos 301, 302, 303 y 304, respectivamente. Cortar la tela filtrante de esta manera, es decir, con un solapamiento menor que el ancho de la parte periférica 111 de aproximadamente 3 cm de ancho, evita el desperdicio innecesario del costoso material de tela metálica tal como el acero inoxidable. El funcionamiento de la fijación se explica en detalle a continuación con respecto a la FIG. 12.
Las vistas en sección transversal de la FIG. 11 y FIG. 12 muestran que los bordes exteriores del marco de filtro 110 están dispuestos entre los elementos tensores 301 y 302. Cada uno de estos elementos 301 y 302 se puede desplazar horizontalmente (como se indica con la flecha doble H) a través de los medios de desplazamiento 130. Los otros elementos opuestos 303 y 304 también están acoplados con medios de desplazamiento respectivos para permitir movimientos horizontales para el pretensado.
La FIG. 12 muestra ilustraciones esquemáticas de partes de la herramienta tensora 300 y el dispositivo de compresión calentado 350, así como una ampliación de la herramienta tensora 300. La ampliación mostrada en el círculo de la FIG. 12 muestra un ángulo de fijación 311 del elemento 301. Los ángulos de fijación 311 en cada elemento 301 y 302 tienen como contra-elemento 131 en forma de placa, que se puede mover verticalmente (como indican las flechas V) para fijar la tela filtrante 116 entre el lado que mira hacia abajo del ángulo 311 y el lado que mira hacia arriba de la placa 131. La configuración de los ángulos 311 y las placas 131 en cada elemento 301,302, 303 y 304 permite sujetar firmemente la tela filtrante como un fórceps.
Después de que los elementos opuestos 301 y 302 y los respectivos contra-elementos 131 de la herramienta tensora 300 hayan fijado la tela filtrante 116 moviendo cada placa 131 (véase la flecha 104) contra el ángulo de fijación 311 correspondiente (véase la etapa del método 104 como se muestra en la ampliación de la FIG.12), la tela filtrante se puede pretensar más moviendo los elementos 301 y 302 en dirección opuesta a como lo indican las flechas 105. Moviendo los elementos 303 y 304 horizontalmente de una manera análoga (no mostrada) la tela filtrante 116 se puede pretensar tanto en la dirección de la urdimbre como en la de la trama.
Esta herramienta tensora 300 específicamente diseñada permite un tensado ciertamente difícil de una tela filtrante, que se cortó aproximadamente a la circunferencia exterior del marco del filtro 110 con un solapamiento máximo de unos pocos cm con respecto a la circunferencia exterior de la parte periférica 111. El uso de la herramienta tensora 300 tiene la ventaja de que la cantidad de tela filtrante 116 a desperdiciar puede reducirse a su mínimo, cuando se fabrica el panel de filtrado 100. Dado que se sabe que las telas metálicas tejidas como la tela de acero inoxidable 116 son costosas de fabricar, el diseño de la herramienta tensora 300 proporciona una solución para reducir significativamente los costes de fabricación, incluso si la tela filtrante necesita tensarse al menos el 20% de su límite elástico.
La FIG. 12 muestra además una ilustración esquemática de la etapa del método 106 (véanse las flechas), en el que la tela filtrante 116 pretensada y el material plástico situado debajo se calientan bajo presión al menos a lo largo del borde interior 26 de la parte periférica 111 mediante el dispositivo de compresión 350. La aplicación simultánea de presión y calor (véanse las flechas 106 dirigidas hacia abajo) da como resultado la sujeción de la tela filtrante uniendo al menos una parte del panel de la parte periférica 111. Para evitar el pegado del material plástico calentado a la cara del dispositivo de compresión 350, se puede proporcionar una capa de teflón o politetrafluoroetileno (PTFE) 351 o tiras de teflón en la altura de la parte periférica 111. De esta manera, la al menos costura de unión 315 como se muestra en la FIG. 9 se puede producir con precisión. El dispositivo de compresión calentado se puede calentar de modo que se formen dos o más costuras de unión a lo largo de la parte periférica 111. Preferiblemente, se proporcionan dos costuras de unión en cada borde (interior 26 y exterior 25). Utilizando la herramienta tensora 300 en combinación con el dispositivo de compresión 350, se puede mejorar el proceso de fabricación y, por tanto, la reproducibilidad.
El método para fabricar paneles de filtrado según la presente invención utilizando telas metálicas como la tela de acero inoxidable evita complicados procesos de soldadura entre acero u otros componentes metálicos y da como resultado un dispositivo con menos problemas de resistencia a la fatiga en las proximidades de las zonas donde la tela se une al marco. Además, en base a la combinación de una regulación precisa del pretensado y el diseño de la robusta rejilla dentro del área interior de la parte periférica del marco del filtro, el efecto de distorsión por deflexión que ocurre cuando se aplica una carga hidráulica, puede reducirse significativamente.
Además, el diseño modular del filtro de disco y sus paneles de filtrado 10, 110 ofrece flexibilidad para una amplia gama de flujos. Las aplicaciones pueden ser no solo la filtración terciaria municipal sino también la purificación de aguas residuales industriales, la filtración de agua de proceso o la filtración de agua potable y otras similares.

Claims (15)

REIVINDICACIONES
1. Un panel de filtrado de disco de agua para un filtro de disco giratorio para la filtración de adentro hacia afuera en la purificación de agua, comprendiendo el panel de filtrado una tela filtrante de metal (16, 116) y un marco (10, 110) que comprende una parte periférica (11, 111),
en el que el marco (10, 110) consiste en un material plástico cargado con fibras de vidrio o carbono, caracterizado en que la parte periférica tiene forma trapezoidal y es integral con una rejilla interior (12, 112) que comprende tiras transversales (13) y tiras longitudinales (14), que divide el área interior de la parte periférica (11, 111) en campos (15, 115) y cada campo tiene un área que no excede el 10% del área interior de la parte periférica (11, 111), en donde el material plástico de la parte periférica (11, 111) comprende un reborde (161) al menos en una parte de la región del borde interior de la parte periférica (11, 111) para unir la tela filtrante de metal (16, 116);
en el que el metal de la tela filtrante (16, 116) se selecciona del grupo que comprende acero inoxidable, bronce, cobre, latón, titanio, níquel y aleaciones; y en donde la tela filtrante (16, 116) está pretensado en ambas direcciones de urdimbre y trama al menos el 20% del límite elástico de la tela (16, 116) y sujeta al marco (10, 110); y
en el que una parte de la tela filtrante (16, 116) correspondiente a la parte periférica de plástico reforzado (11, 111) está incrustada en el material plástico del reborde (161) a lo largo de la región del borde interior de la parte periférica (11, 111) , de modo que quede sujeta irreversiblemente al mismo.
2. El panel de filtrado de disco de agua según la reivindicación 1,
en el que el pretensado de la tela filtrante (16) en ambas direcciones varía del 20 al 30% del límite elástico de la tela (16).
3. El panel de filtrado de disco de agua según una de las reivindicación 1 y la reivindicación 2, en el que el material plástico reforzado con fibra se selecciona del grupo que comprende polipropileno (PP), polietileno (PE), óxido de polifenileno (PPO), una mezcla de PPO, estireno (Noryl), sulfuro de polifenileno (PPS) y cloruro de polivinilo (PVC) y mezclas de los mismos.
4. El panel de filtrado de disco de agua según la reivindicación 3,
en el que el marco (10, 110) consiste en polipropileno cargado con fibra de vidrio en una cantidad de al menos 20% a 40% de porcentaje en peso.
5. El panel de filtrado de disco de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada campo tiene un área que no excede el 5% del área interior de la parte periférica (11, 111).
6. El panel de filtrado de disco de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
en el que la parte periférica (11, 111) comprende una sección transversal en forma de L que comprende un primer tramo (21), que en funcionamiento se ubica en paralelo al flujo, y un segundo tramo (22), donde las tiras transversales (13) tienen la misma altura que el primer tramo (21) y soportan las tiras longitudinales más pequeñas (14).
7. El panel de filtrado de disco de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una parte de la tela filtrante (16, 116) correspondiente a la parte periférica de plástico reforzado (11, 111) está incrustada en el material plástico de esta última, para estar sujeta irreversiblemente al mismo.
8. El panel de filtrado de disco de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el acero inoxidable de la tela filtrante (16, 116) es AISI 316L.
9. El panel de filtrado de disco de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la tela filtrante (16, 116) tiene un espaciado que varía de 5 a 100 micrones, dependiendo del grado de filtrado deseado.
10. El panel de filtrado de disco de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la parte periférica (11, 111) del marco (12, 112) tiene el mismo tamaño que la parte periférica de un panel con un marco de polipropileno y una tela filtrante de poliéster, para que pueda reemplazar a la última en un filtro de disco existente.
11. Un filtro de disco de agua que comprende un tambor que tiene un eje longitudinal central y que está dispuesto de manera giratoria alrededor del mismo y está adaptado para recibir un líquido que se va a filtrar, y al menos un elemento de filtro en forma de disco que en el exterior del tambor se extiende hacia afuera en la dirección transversal del tambor y consta de paneles de filtrado de disco de agua asegurados de manera liberable, caracterizado en que cada panel de filtrado de disco de agua (10, 100) está definido por las características como se reivindican en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10.
12. Un método para fabricar un panel de filtrado de disco de agua según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, comprendiendo el método:
- inyectar (101) material plástico cargado con fibras de vidrio o carbono en una herramienta de molde para formar integralmente un marco (110) con una parte periférica (111) en forma de trapecio y una rejilla (112) que comprende tiras transversales (13) y longitudinales tiras (14), en el que el material plástico de la parte periférica (111) comprende un reborde (161) al menos en una parte de la región del borde interior de la parte periférica (111) para unir la tela filtrante metálica;
- ubicar (102) el marco curado (110) en una herramienta tensora;
- cortar una tela filtrante de metal unos centímetros más grande que la circunferencia exterior de la parte periférica (111);
- colocar (103) la tela filtrante de metal (116) encima del marco (111);
- fijar (104) la región del borde periférico de la tela filtrante de metal (116) mediante la herramienta tensora;
- pretensar (105) la tela filtrante (116) hasta al menos el 20% del límite elástico de la tela filtrante metálica (116); y - aplicar presión y calor (106) sobre la tela filtrante pretensada (116) para sujetar irreversiblemente la tela filtrante en al menos una parte de la parte periférica (111) incrustando la tela filtrante en el material plástico del reborde (161).
13. El método para fabricar el panel de filtrado de disco de agua según la reivindicación 12, que comprende además - enfriar (107) el material plástico calentado, en el que el material plástico se selecciona del grupo que comprende polipropileno (PP), polietileno (PE), óxido de polifenileno (PPO), una mezcla de PPO y estireno (Noryl), sulfuro de polifenileno (PPS) ), cloruro de polivinilo (PVC) y una mezcla de los mismos.
14. El método según la reivindicación 13,
en el que el material plástico de la parte periférica comprende un reborde continuo (161) o no continuo a lo largo de la región del borde interior (26) de la parte periférica para unir la tela filtrante de metal por medio de una costura de unión continua, en el que la parte periférica tiene una sección transversal en forma de L que comprende un primer tramo (21), que en funcionamiento se ubica en paralelo al flujo, y un segundo tramo (22), en el que las tiras transversales (13) tienen la misma altura que el primer tramo (21) y soportar las tiras longitudinales más pequeñas (14).
15. El método según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, en el que el metal de la tela filtrante se selecciona del grupo que comprende acero inoxidable, bronce, cobre, latón, titanio, níquel y aleaciones.
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