ES2865061T3 - Método y aparato de secado por ultrasonidos - Google Patents

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Abstract

Método de secado de un material (20), comprendiendo el método: posicionar un transductor (16) de ultrasonidos a una distancia de separación desde una superficie de contacto del material; forzar aire a través de un recinto (12) de aire de suministro del transductor de ultrasonidos, incluyendo el transductor de ultrasonidos una primera superficie interior; una segunda superficie interior, estando la segunda superficie interior orientada hacia la primera superficie interior, definiendo la primera superficie interior y la segunda superficie interior un paso de aire a través del transductor de ultrasonidos; una primera ranura definida en la primera superficie interior, incluyendo la primera ranura una primera porción plana, estando la primera porción plana inclinada a 90 grados con respecto a la porción más interior de la primera superficie interior y extendiéndose alejándose de la porción más interior de la primera superficie interior; y una segunda ranura definida en la segunda superficie interior, incluyendo la segunda ranura una segunda porción plana, estando la segunda porción plana inclinada a 90 grados con respecto a la porción más interior de la segunda superficie interior y extendiéndose alejándose de la porción más interior de la segunda superficie interior; inducir oscilaciones acústicas a través del transductor de ultrasonidos; y dirigir las oscilaciones acústicas y aire hacia el material.

Description

DESCRIPCIÓN
Método y aparato de secado por ultrasonidos
Campo técnico
La presente invención se refiere de manera general a tecnologías de calentamiento y secado y, en particular, a calentamiento y secado asistidos con ultrasonidos.
Antecedentes de la invención
Se conoce bien que la mayoría de procesos de alto consumo de energía están accionados por las tasas de transferencia de calor y masa. Los detalles específicos de una aplicación particular, tales como la química de un sustrato que va a secarse (por ejemplo, un factor en la impresión de etiquetas, impresión continua y con alimentación de hojas, conversión, empaquetado, envíos masivos), la temperatura de un material que se está aplicando, el tiempo de residencia necesario para que se seque un recubrimiento y las tasas de evaporación de agua o disolvente, son necesarios para que un procedimiento de secado y calentamiento funcione adecuadamente. Estos factores dictan el tamaño del equipo de secado.
También se conoce bien que el elemento principal que impide un aumento en las tasas de calentamiento y secado es la capa límite que se forma alrededor del objeto o material que va a calentarse o secarse. En la práctica de calentamiento y secado moderna existen varios métodos para romper la capa límite. El método más común es añadir aire de convección caliente a otros métodos de calentamiento, tales como, por ejemplo, calentamiento por radiación.
Con calor de convección, se dirigen chorros de impacto a alta velocidad de aire caliente hacia el material y, por consiguiente, sobre la capa límite para agitar la capa límite. De manera similar, se usan chorros de aire caliente de impacto en calentamiento por luz infrarroja. La aplicación de un flujo de aire de convección o luz infrarroja normalmente aumenta la tasa de transferencia de calor en aproximadamente un 10-25%. Por tanto, estos enfoques han proporcionado alguna mejora en las tasas de transferencia de calor, pero se necesitan mejoras adicionales. También se conocen esfuerzos de usar combustión por pulsos para establecer chorros de calor pulsantes y aplicarlos sobre un material con el fin de reducir la capa límite. Con chorros de combustión por pulsos, la llama genera sonido en el intervalo de frecuencia audible. El uso de chorros de combustión por pulsos normalmente aumenta la tasa de transferencia de calor en aproximadamente un 200-500% (cuando se realiza una comparación con las mismas velocidades en estado estacionario, números de Reynolds y temperaturas). Por tanto, este enfoque ha proporcionado una mejora significativa en las tasas de transferencia de calor, pero el equipo de combustión por pulsos es grande/requiere mucho espacio y es caro de adquirir y hacer funcionar. Adicionalmente, una variedad de industrias requieren equipos más compactos y a veces no se permiten gases de combustión en el procedimiento debido a su naturaleza química (alimentos, pinturas, recubrimientos, impresión, preocupaciones con explosivos, reglamentos de construcción, necesidad de líneas de gas natural adicionales, su mantenimiento, etc.).
Por consiguiente, puede verse que existe una necesidad de tecnologías de secado mejoradas que produzcan tasas de transferencia de calor significativamente aumentadas pero que sean rentables de realizar y usar y tengan preferiblemente una planta menor y requieran menos material. La presente invención se refiere principalmente a proporcionar soluciones que cumplen esta y otras necesidades. El documento JP H06 26764 A da a conocer un secador de aire caliente que tiene una boquilla para generar una onda de presión de ultrasonidos. El documento WO 2006/042559 A1 da a conocer un método y un dispositivo para secar un flujo de partículas de biomasa.
Sumario de la invención
La presente invención proporciona un método de secado de un material según la reivindicación 1 y un aparato de secado según la reivindicación 6, incluyendo el aparato de secado un recinto de aire de suministro, a través del cual se dirige aire forzado hacia el material, y al menos un transductor de ultrasonidos. El transductor de ultrasonidos se dispone y se hace funcionar para generar oscilaciones acústicas que rompen eficazmente la capa límite para aumentar la tasa de transferencia de calor. En particular, la salida acústica del transductor de ultrasonidos se posiciona a una distancia de separación desde el material de manera que las oscilaciones acústicas están en el intervalo de aproximadamente 120 dB a aproximadamente 190 dB en la superficie de contacto del material. Preferiblemente, las oscilaciones acústicas están en el intervalo de aproximadamente 160 dB a aproximadamente 185 dB en la superficie de contacto del material.
En otro aspecto que no forma parte de la presente invención, los transductores de ultrasonidos se posicionan a una distancia de separación desde el material que va a secarse de aproximadamente (X)(n/4), donde X es la longitud de onda de las oscilaciones de ultrasonidos y “n” es más o menos 0,5 de un número entero impar (de 0,5 a 1,5, de 2,5 a 3,5, de 4,5 a 5,5, etc.). Preferiblemente, los transductores de ultrasonidos se posicionan con respecto al material que va a secarse a la distancia de separación de aproximadamente (X)(n/4), donde “n” es un número entero impar (1, 3, 5, 7, etc.). De esta manera, la amplitud de las oscilaciones acústicas está aproximadamente en el máximo en la superficie de contacto del material para agitar de manera más eficaz la capa límite.
En un primer ejemplo de realización de la invención, el aparato incluye un recinto de aire de retorno para extraer aire húmedo del material, con el recinto de suministro posicionado dentro del recinto de suministro de modo que el aire de retorno húmedo y caliente en el recinto de retorno ayuda a reducir la pérdida de calor por el aire en el recinto de suministro. El transductor de ultrasonidos es de tipo neumático que se posiciona dentro de una salida de aire del recinto de suministro de manera que la totalidad o al menos una porción del aire forzado se dirige a través del transductor de ultrasonidos neumático.
En un segundo ejemplo que no forma parte de la presente invención, el aparato se incluye en un sistema de impresión que incluye adicionalmente otros componentes conocidos por los expertos en la técnica. En esta realización, el aparato incluye dos recintos de suministro, un recinto de retorno y dos transductores de ultrasonidos. Además del aparato, el sistema de impresión incluye un elemento de movimiento de aire (por ejemplo, un ventilador, un soplador o un compresor) y un calentador que actúan conjuntamente para suministrar aire calentado en estado estacionario al aparato.
En un tercer ejemplo que no forma parte de la presente invención, el aparato se incluye en un sistema de impresión que incluye adicionalmente otros componentes conocidos por los expertos en la técnica. En esta realización, el aparato incluye cinco recintos de suministro, teniendo cada uno al menos un transductor de ultrasonidos. Además del aparato, el sistema de impresión incluye un elemento de movimiento de aire y elementos de válvula de control que pueden controlarse para hacer funcionar la totalidad o sólo unos seleccionados del transductor de ultrasonidos para localizar el secado, dependiendo de la tarea particular en cuestión.
En ejemplos cuarto y quinto que no forman parte de la presente invención, cada uno de los aparatos incluyen un recinto de retorno con una pluralidad de entradas de aire de retorno y tres recintos de suministro dentro del recinto de retorno. En estas realizaciones, un recinto de suministro está dedicado a suministrar aire en estado estacionario y los otros dos tienen transductores de ultrasonidos para suministrar las oscilaciones acústicas al material. En el cuarto ejemplo que no forma parte de la presente invención, los dos recintos de suministro acústicos se posicionan inmediatamente antes y después (con respecto al material en movimiento) del recinto de suministro de aire dedicado. Y en el quinto ejemplo que no forma parte de la presente invención, los dos recintos de suministro acústicos se posicionan en los extremos delantero y trasero (con respecto al material en movimiento) del recinto de retorno, es decir, exactamente al principio al y final de la zona de secado.
En un sexto ejemplo que no forma parte de la presente invención, el aparato incluye un recinto de retorno, un recinto de suministro y un transductor de ultrasonidos. Sin embargo, el recinto de suministro no se posiciona dentro del recinto de retorno; en vez de eso, estos recintos se disponen en una configuración uno al lado del otro. Además, un calentador eléctrico se monta en el recinto de suministro para aplicar calor directamente al material.
En un séptimo ejemplo que no forma parte de la presente invención, el aparato incluye un recinto de suministro, un transductor de ultrasonidos y un calentador. El calentador puede ser bidireccional para calentar el aire en el interior del recinto de suministro (calor de convección) y calentar directamente el material (calor de radiación).
En ejemplos octavo, noveno y décimo que no forman parte de la presente invención, el aparato incluye un recinto de suministro con una pluralidad de salidas de aire y una pluralidad de transductores de ultrasonidos eléctricos. En el octavo ejemplo que no forma parte de la presente invención las salidas de aire y los transductores de ultrasonidos eléctricos se posicionan en una disposición alternante y repetitiva. El noveno ejemplo que no forma parte de la presente invención incluye un calentador eléctrico dentro del recinto de suministro. Y el décimo ejemplo que no forma parte de la presente invención incluye guías de onda que alojan los transductores de ultrasonidos para enfocar/potenciar y dirigir las oscilaciones acústicas hacia el material.
En un decimoprimer ejemplo que no forma parte de la presente invención, el aparato incluye un recinto de suministro con una pluralidad de salidas de aire y una pluralidad de transductores de ultrasonidos eléctricos. Además, el aparato incluye calentadores emisores de luz infrarroja.
En un decimosegundo ejemplo que no forma parte de la presente invención, el aparato es un dispositivo independiente que incluye un recinto de suministro con una pluralidad de salidas de aire y que aloja una pluralidad de transductores de ultrasonidos eléctricos, una pluralidad de calentadores emisores de luz infrarroja y un elemento de movimiento de aire.
En un decimotercer ejemplo que no forma parte de la presente invención, el aparato incluye un recinto de suministro con una pluralidad de salidas de aire, una pluralidad de transductores de ultrasonidos eléctricos y una pluralidad de calentadores emisores de luz infrarroja. En esta realización, no se fuerza aire en estado estacionario mediante un elemento de movimiento de aire a través del recinto de suministro, sino que en su lugar el calentador de infrarrojos genera por sí mismo el calor y el flujo de aire.
En un decimocuarto ejemplo que no forma parte de la presente invención, el aparato incluye una pluralidad de transductores de ultrasonidos montados en un panel, sin aire en estado estacionario forzado por un elemento de movimiento de aire a través de un recinto. En vez de eso, el aparato incluye al menos un calentador de UV para generar el calor y el flujo de aire.
En ejemplos decimoquinto y decimosexto que no forman parte de la presente invención, cada uno de los aparatos incluye un recinto de suministro con una salida de aire para suministrar aire forzado al material, y al menos un transductor de ultrasonidos para suministrar oscilaciones acústicas al material. Los transductores de ultrasonidos están montados dentro del recinto de suministro para establecer un campo de oscilaciones acústicas a través del cual pasa el aire forzado antes de alcanzar el material que va a secarse, y no se orientan para dirigir las oscilaciones acústicas hacia la salida de aire. En el decimoquinto ejemplo que no forma parte de la presente invención tres filas de transductores de ultrasonidos están montadas en una pared interior del recinto de suministro para establecer un campo de oscilaciones acústicas a través del recinto de suministro. Y en el decimosexto ejemplo que no forma parte de la presente invención el transductor de ultrasonidos está montado inmediatamente adyacente a la salida de aire. Además, pueden montarse elementos de ala en los transductores de ultrasonidos eléctricos para potenciar las oscilaciones acústicas para una rotura más eficaz de la capa límite.
Además, un método que no forma parte de la presente invención proporciona un método de calibración de un aparato de secado tal como los descritos anteriormente. El método incluye las etapas de calcular la distancia de separación usando la fórmula (X)(n/4); posicionar la salida de transductor de ultrasonidos y el material en la distancia de separación uno desde otro; posicionar un dispositivo de entrada de sonido inmediatamente adyacente a la superficie de contacto del material; conectar el dispositivo de entrada de sonido a un acondicionador de señales; medir la presión de las oscilaciones acústicas en la superficie de contacto del material usando el dispositivo de entrada de sonido y el acondicionador de señales; convertir la presión medida a decibelios; y reposicionar el transductor de ultrasonidos con respecto al material y repetir las etapas de medición y conversión hasta que el nivel de decibelios en la superficie de contacto del material está en el intervalo de aproximadamente 120 dB a aproximadamente 190 dB, o más preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 160 dB a aproximadamente 185 dB. En la fórmula (X)(n/4), “X” es la longitud de onda de las oscilaciones de ultrasonidos y “n” está en el intervalo de más o menos 0,5 de un número entero impar de manera que las oscilaciones acústicas en la superficie de contacto del material están dentro de un intervalo de aproximadamente 90 grados centrado aproximadamente en una amplitud máxima. Preferiblemente, “n” es un número entero impar de manera que las oscilaciones acústicas en la superficie de contacto del material están aproximadamente en una amplitud máxima.
Las técnicas y estructuras específicas empleadas por la invención para mejorar los inconvenientes de los dispositivos anteriores y lograr las ventajas descritas en el presente documento resultarán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de los ejemplos de realización de la invención y los dibujos y reivindicaciones adjuntos.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en sección longitudinal de un aparato de secado según un primer ejemplo de realización de la presente invención, que muestra un recinto de suministro de aire, un transductor de ultrasonidos y un recinto de retorno de aire en uso en el secado de un material.
La figura 2 es una vista en sección del aparato de secado tomada en la línea 2-2 de la figura 1.
La figura 3 es una vista en perspectiva del recinto de suministro de aire de la figura 1.
La figura 4 es una vista en perspectiva parcialmente en despiece ordenado del transductor de ultrasonidos de la figura 1.
La figura 5 es una vista lateral del recinto de suministro de aire de la figura 1, que muestra la distancia entre la salida de aire cargado por ultrasonidos que sale del recinto con un transductor de ultrasonidos y el material que se está secando.
La figura 6 es una vista lateral de un sistema de conversión o impresión que incluye un aparato de secado según un segundo ejemplo que no forma parte de la presente invención.
La figura 7 es una vista en planta de un sistema que incluye un aparato de conversión o impresión según un tercer ejemplo que no forma parte de la presente invención.
La figura 8 es una vista en sección longitudinal de un aparato de secado según un cuarto ejemplo que no forma parte de la presente invención, que muestra dos recintos de suministro acústicos y un recinto de suministro de aire en estado estacionario o convencional dedicado interpuesto.
La figura 9 es una vista en sección longitudinal de un aparato de secado según un quinto ejemplo que no forma parte de la presente invención, que muestra un recinto de suministro de aire dedicado y dos recintos de suministro acústicos al principio y al final de la zona de secado.
La figura 10 es una vista en sección longitudinal de un aparato de secado según un sexto ejemplo que no forma parte de la presente invención, que muestra un recinto de suministro de aire y un recinto de retorno dispuestos en una configuración uno al lado del otro.
La figura 11 es una vista en sección longitudinal de un aparato de secado según un séptimo ejemplo que no forma parte de la presente invención, que muestra un recinto de suministro de aire y un transductor de ultrasonidos sin un recinto de retorno.
La figura 11A es una vista en detalle de un elemento de calentador del aparato de la figura 11.
La figura 12 es una vista frontal de un aparato de secado según un octavo ejemplo que no forma parte de la presente invención, que muestra un recinto de suministro de aire y transductores de ultrasonidos accionados de manera eléctrica.
La figura 13 es una vista lateral del aparato de secado de la figura 12.
La figura 14 es una vista en sección lateral de un aparato de secado según un noveno ejemplo que no forma parte de la presente invención, que muestra un recinto de suministro de aire con un calentador accionado de manera eléctrica.
La figura 15 es una vista en sección lateral de un aparato de secado según un décimo ejemplo que no forma parte de la presente invención, que muestra un recinto de suministro de aire con guías de onda para los transductores de ultrasonidos.
La figura 16 es una vista frontal de un aparato de secado según un decimoprimer ejemplo que no forma parte de la presente invención, que incluye calentadores de infrarrojos y ventiladores de movimiento de aire.
La figura 17 es una vista en sección del aparato de secado tomada en la línea 17-17 de la figura 16.
La figura 18 es una vista en sección lateral de un aparato de secado según un decimosegundo ejemplo que no forma parte de la presente invención, que incluye calentadores de infrarrojos y un ventilador de movimiento de aire. La figura 19 es una vista en sección del aparato de secado tomada en la línea 19-19 de la figura 18.
La figura 20 es una vista frontal de un aparato de secado según un decimotercer ejemplo que no forma parte de la presente invención, que incluye calentadores de infrarrojos sin un ventilador de movimiento de aire.
La figura 21 es una vista lateral del aparato de secado de la figura 20.
La figura 22 es una vista frontal de un aparato de secado según un decimocuarto ejemplo que no forma parte de la presente invención, que incluye calentadores de luz ultravioleta.
La figura 23 es una vista en sección lateral de un aparato de secado según un decimoquinto ejemplo que no forma parte de la presente invención.
La figura 24 es una vista en sección lateral de un aparato de secado según un decimosexto ejemplo que no forma parte de la presente invención.
La figura 25 es una vista en detalle lateral de un ala montada en un transductor de ultrasonidos del aparato de secado de la figura 24.
Descripción detallada de ejemplos de realización
La presente invención proporciona un método de secado según la reivindicación 1 y un aparato para secar según la reivindicación 6 que incluye el uso de ultrasonidos para romper de manera más eficaz la capa límite y aumentar de ese modo la tasa de transferencia de calor y/o masa. En el presente documento se describen ejemplos en configuraciones generales con fines de ilustración. Los ejemplos también proporcionan configuraciones específicas para su uso en aplicaciones específicas tales como, pero sin limitarse a, impresión, productos de cocina comerciales y residenciales, equipos de procesamiento de alimentos, materiales textiles, alfombras, industrias de conversión, teñido de materiales textiles, etcétera. En particular, la invención pude configurarse para impresión flexográfica y por huecograbado de papel pintado, papel de envoltorio de regalos, recipientes de cartón corrugado, cajas de cartón plegables, bolsas de papel, bolsas de plástico, cartones de leche y bebida, envoltorios de caramelos y alimentos, vasos desechables, etiquetas, cintas adhesivas, sobres, periódicos, revistas, tarjetas de felicitación y elementos de publicidad. La invención puede adaptarse para estos y muchos otros procedimientos de calentamiento y secado continuos y discontinuos.
Haciendo ahora referencia a las figuras de los dibujos, las figuras 1 - 5 muestran un aparato 10 de secado según un primer ejemplo de realización de la presente invención. El aparato 10 de secado incluye un recinto 12 de suministro de aire, un recinto 14 de retorno de aire y al menos un transductor 16 de ultrasonidos. El transductor 16 de ultrasonidos suministra oscilaciones 18 acústicas (es decir, ondas de presión acústicas pulsantes) acopladas con aire 22 calentado o ambiental sobre la capa límite de un material 20 que va a secarse mientras que el recinto 12 de suministro suministra un flujo 22 de aire calentado sobre el material y el recinto 14 de retorno extrae aire 24 húmedo desde el material. El recinto 12 de suministro de aire tiene una entrada 26 de aire y al menos una salida 28 de aire y el recinto 14 de retorno de aire tiene al menos una entrada 30 de aire y una salida 32 de aire. En realizaciones comerciales típicas, los recintos 12 y 18 de suministro y retorno están realizados de metal (por ejemplo, chapa de metal), aunque pueden usarse otros materiales.
El material 20 que va a secarse puede ser cualquiera de una amplia gama de materiales, dependiendo de la aplicación. Por ejemplo, en aplicaciones de impresión, el material que va a secarse es tinta sobre papel, cartón, plástico, tela, etc., y para equipos de procesamiento de alimentos el material es alimento. Por tanto, el material 20 puede ser cualquier sustancia u objeto para el que se desea calentamiento y secado.
En la realización representada, el material 20 se transporta por debajo del aparato 10 mediante un sistema 34 de transporte convencional. En realizaciones alternativas, el material 20 se transporta en enganche operacional con el aparato 10 mediante otro dispositivo y/o el aparato se mueve con respecto al material.
Se suministra un flujo 21 de aire forzado en estado estacionario al recinto 12 de suministro con presión positiva mediante un dispositivo 50 de movimiento de aire que está conectado a la entrada 26 de aire mediante un conducto 52 de aire (véase la figura 5). Y el flujo 24 de aire de retorno se extrae desde el material 20 bajo la influencia de un dispositivo de movimiento de aire que está conectado a la salida 30 de aire de recinto de retorno mediante un conducto de aire. Como tal, el recinto 12 de suministro es una cámara de presión positiva y el recinto 14 de retorno es una cámara de presión negativa. Los dispositivos 50 de movimiento de aire pueden proporcionarse mediante ventiladores, sopladores o compresores convencionales, y los conductos 52 de aire pueden proporcionarse mediante tuberías de metal convencionales. En realizaciones alternativas, los dispositivos de movimiento de aire se proporcionan de manera solidaria como partes del aparato 10, por ejemplo, con el elemento de movimiento de aire de suministro posicionado dentro del recinto 12 de suministro y el elemento de movimiento de aire de retorno posicionado dentro del recinto 14 de retorno.
En realizaciones comerciales típicas, el flujo 21 de aire de entrada en estado estacionario se precalienta mediante una fuente 54 de calor que se posiciona cerca del aparato 10 y se conecta a la entrada 26 de recinto de suministro (véase la figura 5). En algunas realizaciones alternativas, se incluye una fuente de calor en el recinto 12 de suministro, además o en lugar del precalentador. Y en realizaciones alternativas para aplicaciones en las que no se requiere nada o se requiere relativamente poco calor para el secado necesario, el flujo 21 de aire no se calienta antes de suministrarse sobre el material 20. En tales realizaciones, las fuerzas de fricción a partir del funcionamiento de los transductores 16 de ultrasonidos neumáticos pueden generar temperaturas, por ejemplo, de aproximadamente 150 F, que en algunas aplicaciones es suficiente de manera que no se necesita un precalentador. Y en algunas realizaciones sin calentamiento, el aparato 10 puede proporcionarse sin el recinto 14 de retorno.
El recinto 12 de suministro, el recinto 14 de retorno y el transductor 16 de ultrasonidos de la realización representada se disponen para el aislamiento térmico potenciado del flujo 21 de aire de suministro calentado. En particular, el recinto 12 de suministro se posiciona dentro del recinto 14 de retorno de manera que el aire 24 de retorno húmedo y caliente en el recinto de retorno ayuda a reducir la pérdida de calor por el aire 21 calentado en el recinto de suministro. El transductor 16 de ultrasonidos se posiciona en la salida 28 de aire de recinto de suministro y se extiende a través del recinto 14 de retorno. En realizaciones alternativas en las que el calentador se posiciona dentro del recinto de suministro, sólo la porción del recinto de suministro que porta aire calentado se posiciona dentro del recinto de retorno. En otras realizaciones alternativas, el recinto de suministro y el recinto de retorno se posicionan en una disposición uno al lado del otro con el recinto de suministro posicionado delante del recinto de retorno con respecto al material en movimiento. Y en aún otras realizaciones alternativas, el aparato incluye una pluralidad de recintos de suministro, recintos de retorno y transductores de ultrasonidos dispuestos concéntricamente, uno al lado del otro o de otro modo.
El transductor 16 de ultrasonidos de la realización representada es un transductor de ultrasonidos neumático alargado, la salida 28 de aire del recinto 14 de suministro tiene forma de rendija y el transductor se posiciona en la salida de aire de manera que la totalidad del flujo 21 de aire en estado estacionario se fuerza a través del transductor. De esta manera, el flujo 22 de aire calentado y las oscilaciones 18 acústicas se suministran juntos sobre el material 20. En realizaciones alternativas, el tamaño y la forma del transductor 16 de ultrasonidos y la salida 28 de aire de recinto de suministro se seleccionan de modo que algo del flujo 21 de aire calentado no se encamina a través del transductor de ultrasonidos, sino que en su lugar se encamina alrededor del mismo y a través de la misma u otra salida de aire. En otras realizaciones alternativas, el aparato 10 incluye una pluralidad de transductores 16 de ultrasonidos neumáticos (alargados o no) y el recinto 14 de suministro incluye una pluralidad de salidas 28 de aire (en forma de rendija o no) para los transductores.
El transductor 16 de ultrasonidos representado en las figuras 3 y 4 incluye dos paredes 36 y dos tapas 38 de extremo que sujetan las paredes en su sitio separadas una de otra para formar un paso 40 de aire. Las paredes 36 tienen, cada una, una superficie 42 interior con dos ranuras 44 en las mismas que se extienden por toda la longitud de la pared, con las ranuras de una pared orientadas en sentido opuesto a las ranuras de la otra pared. Cuando el flujo 21 de aire en estado estacionario se fuerza a través del paso 40, las ranuras 44 inducen las oscilaciones 18 acústicas en el flujo 22 de aire que sale del transductor 16. El transductor 16 representado está diseñado para poder hacerse funcionar para producir de manera rentable determinados niveles de decibelios deseados, tal como se describe a continuación.
El transductor 16 de ultrasonidos puede hacerse funcionar para producir oscilaciones acústicas de ultrasonidos de frecuencia fija en el intervalo de presión de sonido de aproximadamente 120 dB a aproximadamente 190 dB en la superficie de contacto del material 20 que se está tratando. Preferiblemente, el transductor 16 de ultrasonidos está diseñado para producir oscilaciones acústicas en el intervalo de presión de sonido de aproximadamente 130 dB a aproximadamente 185 dB en la superficie de contacto del material 20 que se está tratando, más preferiblemente de aproximadamente 160 dB a aproximadamente 185 dB, y lo más preferiblemente de aproximadamente 170 dB a aproximadamente 180 dB. Estos son los niveles de decibelios en la superficie de contacto del material 20, no necesariamente el intervalo de nivel de decibelios de salida del transductor 16 de ultrasonidos. En realizaciones comerciales típicas, el transductor 16 de ultrasonidos se selecciona para generar hasta de aproximadamente 170 a aproximadamente 190 dB, aunque pueden usarse transductores de mayores o menores dB. No se conoce que haya transductores de ultrasonidos que pueden hacerse funcionar para producir estos niveles de decibelios disponibles comercialmente y no se conoce que se usen en equipos de calentamiento y secado disponibles comercialmente.
El sonido (el ultrasonido es una parte del mismo) se disipa con la segunda potencia de la distancia, de manera que cuanto más cerca se posiciona el transductor de ultrasonidos del material, menor puede ser el nivel de dB generado por el transductor en el intervalo de dB. Muchas aplicaciones, por la naturaleza del procedimiento, requieren una distancia del transductor con respecto al material de desde aproximadamente 10 mm hasta aproximadamente 100 mm. Cuanto mayor es la distancia, mayor es el nivel de dB que debe generarse por el transductor de ultrasonidos con el fin de obtener el nivel de dB necesario en la superficie de contacto del material. Además, pueden usarse niveles de dB por encima del extremo superior del intervalo de dB en algunas aplicaciones, pero generalmente los transductores más grandes que se necesitarían no son tan rentables y el nivel de sonido sería tan alto que no podría haber seres humanos presentes de manera segura o al menos cómoda en la zona de trabajo.
Tal como se muestra en la figura 5, el transductor 16 de ultrasonidos se posiciona con su salida 46 (desde la que se emiten los ultrasonidos) separada de la superficie de contacto del material 20 que va a secarse por una distancia D. La distancia D es aproximadamente (X)(n/4), donde “X” es la longitud de onda de las oscilaciones 18 de ultrasonidos y “n” es preferiblemente un número entero impar (1, 3, 5, 7, etc.). De esta manera, cuando las oscilaciones 18 de ultrasonidos alcanzan la superficie de contacto del material 20, están aproximadamente en una amplitud A máxima, que maximiza la rotura de la capa límite y da como resultado tasas de evaporación de agua/disolvente aumentadas. Para oscilaciones de frecuencia relativamente menor, la distancia D es preferiblemente de manera que “n” es o bien 1 o bien 3, y lo más preferiblemente de manera que “n” es 1, de manera que la distancia D se minimiza. Para oscilaciones de frecuencia relativamente mayor, “n” puede ser un número entero impar mayor. En realizaciones alternativas que producen resultados manejables, la distancia D es de manera que “n” está en el intervalo de más (+) o menos (-) 0,5 de un número entero impar (de 0,5 a 1,5, de 2,5 a 3,5, de 4,5 a 5,5, de 6,5 a 7,5, etc.). Dicho de otro modo, las oscilaciones están en los intervalos de 45 a 135 grados, de 225 a 315 grados, etc. En otras realizaciones alternativas que producen resultados manejables, la distancia D es de manera que “n” está en el intervalo de más (+) o menos (-) 0,25 de un número entero impar (es decir, de 0,75 a 1,25, de 2,75 a 3,25, de 4,75 a 5,25, de 6,75 a 7,25, etc.). Dicho de otro modo, las oscilaciones están en los intervalos de 67,5 a 157,5 grados, de 247,5 a 337,5 grados, etc. De esta manera, cuando las oscilaciones 18 de ultrasonidos alcanzan la superficie de contacto del material 20, aunque no estén en la amplitud A máxima, todavía están suficientemente cerca de la misma (y dentro de los intervalos de decibelios manejables y/o preferidos) para la rotura aceptable de la capa límite.
Con el fin de que el transductor 16 de ultrasonidos esté separado del material 20 de esta manera, el aparato 10 puede estar dotado de una superficie de alineación que fija la distancia D. Por ejemplo, la superficie de alineación puede proporcionarse mediante una lámina plana y el material 20 puede transportarse a través de la misma sobre una cinta transportadora accionada mediante rodillos de accionamiento antes y después de la lámina. O la superficie de alineación puede proporcionarse mediante uno o más rodillos que soportan directamente el material, mediante una cinta transportadora que soporta el material 20 o mediante otra superficie conocida por los expertos en la técnica. En cualquier caso, la superficie de alineación está separada la distancia D desde el transductor 16 de ultrasonidos (o posicionada ligeramente más de la distancia D desde el transductor de ultrasonidos para tener en cuenta del grosor del material 20 y la cinta transportadora). Normalmente se usan realizaciones sin una superficie de alineación cuando el material está basado en banda, es de otro modo autoportante o se tensa mediante mecanismos de tensado convencionales.
Además, el aparato puede estar dotado de un mecanismo de ajuste para ajustar la distancia entre el transductor 16 de ultrasonidos y el material 20. El mecanismo de ajuste puede proporcionarse mediante dispositivos convencionales tales como engranajes de piñón y cremallera, engranajes de tornillo o similares. El mecanismo de ajuste puede estar diseñado para mover el conjunto de recinto 12 de suministro de aire, recinto 14 de retorno de aire y transductor 16 de ultrasonidos más cerca del material, para mover el material más cerca del transductor de ultrasonidos o ambos.
Con el fin de producir de manera sistemática los niveles de decibelios precisos en la superficie de contacto del material 20, se proporciona un método que no forma parte de la presente invención de fabricación y/o instalación del aparato 10. El método incluye calibrar el aparato 10 para los niveles de decibelios deseados. En primer lugar, se calcula la distancia D basándose en la frecuencia del transductor 16 de ultrasonidos seleccionado. Por ejemplo, un transductor 16 de ultrasonidos con una frecuencia de funcionamiento de 33.000 Hz tiene una longitud de onda de aproximadamente 0,33 pulgadas a una temperatura fija, de manera que las distancias D aceptables incluyen (0,33)(3/4) igual a 0,25 pulgadas y (0,33)(5/4) igual a 0,41 pulgadas, basándose en la fórmula D igual a (X)(n/4). De manera similar, un transductor 16 de ultrasonidos con una frecuencia de funcionamiento de 33 kHz tiene una longitud de onda de aproximadamente 0,41 pulgadas, de manera que distancias D aceptables incluyen (0,41)(3/4) igual a 0,31 pulgadas y (0,41)(5/4) igual a 0,51 pulgadas.
Después, se posiciona el transductor 16 de ultrasonidos a la distancia D calculada desde el material 20 (o desde la cinta transportadora que portará el material o desde la superficie de alineación). A continuación, se coloca un dispositivo de entrada de sonido (por ejemplo, un micrófono) en el material 20 (o en la cinta transportadora que portará el material o en la superficie de alineación o a la distancia D desde el transductor 16 de ultrasonidos). El dispositivo de entrada de sonido se conecta a un acondicionador de señales. El dispositivo de entrada de sonido y el acondicionador de señales se usan para medir la onda de presión de aire (es decir, las oscilaciones 18 acústicas) en psig y convertirla a decibelios (dB). Por ejemplo, a una temperatura de 120 F y una velocidad de flujo de 35 ft/s, una onda de sonido medida a 5 psig se convierte en 185 dB. Hay micrófonos y acondicionadores de señales adecuados disponibles comercialmente de Endevco Corporation (San Juan Capistrano, California) y de Bruel & Kjer (Suiza).
Una vez que se ha determinado este nivel de decibelios de referencia, el aparato 10 puede ajustarse para una eficacia máxima. Por ejemplo, el mecanismo de ajuste puede ajustarse para modificar la distancia D preestablecida para ver si el nivel de decibelios aumenta o disminuye a la distancia modificada. Si disminuye, entonces la distancia D preestablecida era precisa para producir la amplitud A máxima y se usa esta distancia. Pero si aumenta, entonces se usa la distancia D modificada como la nueva referencia y se ajusta de nuevo la distancia. Este procedimiento de ajuste fino se repite hasta que se encuentra la amplitud A máxima dentro del intervalo de diseño.
Además, debido a que la realización representada incluye un transductor 16 de ultrasonidos de tipo neumático, puede hacerse funcionar para producir los niveles de decibelios deseados ajustando la velocidad de flujo del flujo 21 de aire de entrada en estado estacionario. De manera que si el nivel de decibelios de referencia no está en el intervalo deseado, entonces la velocidad del flujo 21 de aire de entrada puede ajustarse (por ejemplo, aumentando la velocidad del ventilador o el soplador) hasta que el nivel de decibelios está en el intervalo deseado. Exactamente el mismo procedimiento puede aplicarse a transductores de ultrasonidos eléctricos. Pueden realizarse ajustes similares con un amplificador de señales, cuando se usan transductores de ultrasonidos basados en electricidad.
La tabla 1 muestra datos de prueba que muestran la eficacia aumentada resultante del aparato 10. Los datos de prueba en la tabla 1 se generaron usando el aparato 10 de las figuras 1-5, y los datos son los promedios de sesenta pruebas. En esta memoria descriptiva la conversión entre pies y metros es de 1 pie es igual a 0,3048 m. La conversión entre pulgadas y metros es de 1 pulgada es igual a 0,0254 m. La temperatura T en Kelvin (K) es igual a la temperatura T en grados Fahrenheit (°F) más 459,67 multiplicado por 5/9. La conversión de columna de agua y pascales es de 1 mm de columna de H2O es igual a 9,80665 Pa.
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La “distancia” es la distancia D entre el transductor 16 de ultrasonidos y el material 20, en pulgadas. El “A de presión” es la caída de presión diferencial en la línea de alimentación de aire en ambos experimentos, medida en pulgadas de columna de agua, que representa la misma cantidad de aire que se suministró a través del secador acústico y el secador no acústico a la misma temperatura. La presión diferencial de aire corresponde a la cantidad de aire alimentada desde el soplador regenerativo, fue la misma en ambos casos, de manera que la única diferencia entre dos series de experimentos fueron los ultrasonidos. La medición de la presión diferencial en la línea de alimentación de aire es el método más preciso y económico de medir la cantidad de aire suministrado por el soplador. La “Temp.” Es la temperatura del aire 21 en estado estacionario de entrada. La “Velocidad” es la velocidad del transportador (es decir, la velocidad del material 20 que pasa por debajo del transductor 16 de ultrasonidos). La “Retirada de agua” es la cantidad de agua retirada por el aparato 10, en primer lugar, cuando se hace funcionar a una velocidad de flujo de aire de manera que el transductor 16 de ultrasonidos produce oscilaciones 18 acústicas en la superficie de contacto del material 20 de 169 dB y después de 175 dB. Tal como puede observarse, se proporciona una mejora observada haciendo funcionar el aparato 10 de modo que produce oscilaciones acústicas de 175 dB en la superficie de contacto del material 20 en lugar de 169 dB.
La figura 6 muestra un aparato 110 según un segundo ejemplo que no forma parte de la presente invención, con el aparato incluido en un sistema 148 de impresión que incluye adicionalmente otros componentes conocidos por los expertos en la técnica. En este ejemplo, el aparato 110 incluye dos recintos 112 de suministro, un recinto 114 de retorno con una salida 130 de escape y dos transductores 116 de ultrasonidos. Además del aparato 110, el sistema 148 de impresión incluye un dispositivo 150 de movimiento de aire (por ejemplo, un ventilador, un soplador o un compresor), conductos 152 de aire y un calentador 154, que actúan conjuntamente para suministrar aire en estado estacionario calentado al aparato. Se proporciona un conducto 156 de derivación de calentador para tareas de impresión en las que no se necesita precalentamiento. El sistema 148 también incluye un bloque 158 de impresión para aplicar tinta (o pintura, tinte, etc.) a artículos (por ejemplo, etiquetas, embalaje) formando de ese modo el material 120 que va a secarse, y un sistema 134 de transporte para suministrar el material al aparato 110 para secar la tinta sobre los artículos. En ejemplos comerciales típicos, el sistema 134 de transporte está diseñado para funcionar a velocidades de aproximadamente 150-1.000 ft/min.
La figura 7 muestra una matriz de aparatos 210 según un tercer ejemplo que no forma parte de la presente invención, con el aparato incluido en un sistema 248 de impresión que incluye adicionalmente otros componentes conocidos por el experto en la técnica. En esta realización, el aparato 210 incluye cinco recintos 212 de suministro teniendo cada uno al menos un transductor 216 de ultrasonidos. Además del aparato 210, el sistema 248 de impresión incluye un dispositivo de movimiento de aire (no mostrado), conductos 252 de aire que conectan el aparato al elemento de movimiento de aire y elementos 260 de válvula de control. El sistema 148 de impresión también incluye un sistema 234 de transporte para transportar el material 220 más allá del aparato 210. Los elementos 260 de válvula pueden controlarse para hacer funcionar la totalidad o sólo unos seleccionados del aparato 210 para localizar el secado, dependiendo de la tarea particular en cuestión. Por ejemplo, en algunas tareas de impresión sólo tiene que secarse una porción del material 220 (por ejemplo, cuando no se aplica tinta a toda la superficie de un recipiente o etiqueta) y en algunas tareas de impresión el material puede ser de un tamaño menor que el típico, de modo que algunas de las válvulas 260 pueden cerrarse para apagar el aparato 210 no necesario para la tarea.
La figura 8 muestra un aparato 310 según un cuarto ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo, el aparato 310 es similar al de la primera realización, porque incluye un recinto 314 de retorno con una pluralidad de entradas 332 de aire de retorno y una salida 330 de aire, y al menos un recinto de suministro dentro del recinto de retorno. Sin embargo, en este ejemplo, el aparato 310 incluye tres recintos de suministro, con un recinto 312a de suministro de aire dedicado que tiene una salida 328a de aire y con dos recintos 312b de suministro acústicos que tienen cada uno al menos una salida 328a de aire y al menos un transductor 316 de ultrasonidos. El recinto 312a de suministro de aire dedicado suministra aire 322 en estado estacionario a través de la salida 328a de aire y hacia el material. Y los recintos 312b de suministro acústicos suministran oscilaciones 318 acústicas a través de las salidas 328b de aire y hacia el material. Los recintos 312b de suministro acústicos se posicionan inmediatamente antes y después (con respecto al material en movimiento) del recinto 312a de suministro de aire dedicado.
La figura 9 muestra un aparato 410 según un quinto ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo, el aparato 410 es similar al de la cuarta realización, porque incluye un recinto 414 de retorno, un recinto 412a de suministro de aire dedicado y dos recintos 412b de suministro acústicos que tienen cada uno al menos un transductor 416 de ultrasonidos. Sin embargo, en este ejemplo, los dos recintos 412b de suministro acústicos se posicionan en los extremos delantero y trasero (con respecto al material en movimiento) del recinto 414 de retorno, es decir, exactamente al principio y al final de la zona de secado.
La figura 10 muestra un aparato 510 según un sexto ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo el aparato 510 es similar al de la primera realización, porque incluye un recinto 514 de retorno con al menos una entrada 532 de aire de retorno y una salida 530 de aire, un recinto 512 de suministro con al menos una salida 528 de aire, y al menos un transductor 516 de ultrasonidos posicionado dentro de la salida de aire de recinto de suministro. Sin embargo, en este ejemplo, el recinto 512 de suministro no está posicionado dentro del recinto 514 de retorno; en vez de eso, estos recintos se disponen en una configuración uno al lado del otro. Además, el transductor 516 de ultrasonidos incluye un conducto 517 de salida direccional que se extiende desde el mismo para dirigir las oscilaciones acústicas de manera más precisa.
Además, un calentador 554 eléctrico está incorporado o montado en el recinto 512 de suministro para aplicar calor directamente al material en lugar de (o además de) precalentar el aire que va a suministrarse al material. De este modo, la función del aire forzado a través del transductor 516 de ultrasonidos sólo es ser un portador para los ultrasonidos. El calentador 554 eléctrico puede montarse en la superficie inferior exterior del recinto 512 de suministro o puede montarse dentro del recinto en la superficie inferior interior (siempre que la pared inferior del recinto tenga una conductividad térmica suficientemente alta). El calentador 554 puede ser de un tipo eléctrico convencional u otro tipo conocido por los expertos en la técnica.
La figura 11 muestra un aparato 610 según un séptimo ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo, el aparato 610 es similar al del sexto ejemplo, porque incluye un recinto 612 de suministro que aloja al menos un transductor 616 de ultrasonidos y al menos un calentador 654. Sin embargo, en este ejemplo, el aparato 610 no incluye un recinto de retorno para retirar aire húmedo. Este ejemplo es adecuado para aplicaciones en las que hay menos humedad que retirar del material.
Además, el calentador 654 de este ejemplo incluye un elemento 654a de calentador interior y un elemento 654b de calentador exterior montados en las superficies interior y exterior de la pared inferior del recinto 612 de suministro (véase la figura 11A). Los elementos 654a y 654b de calentador interior y exterior pueden proporcionarse mediante placas conductoras térmicas (por ejemplo, de aluminio) con calentadores de resistencia incorporados. Además, el recinto 612 de suministro incluye salidas 628 de aire para suministrar aire en estado estacionario al material de manera independiente de las oscilaciones acústicas suministradas por el transductor 616 de ultrasonidos. Estas salidas 628 de aire en el recinto 612 de suministro se extienden a través de ambos elementos 654a y 654b de calentador. Este ejemplo del calentador proporciona calentamiento bidireccional al aire en el interior del recinto 612 de suministro (calor de convección) y directamente al material (calor de radiación). En ejemplos alternativos uno de los elementos de calentador puede proporcionarse en lugar de la pared inferior del recinto de suministro, actuando de ese modo a la vez como pared de cámara y como calentador.
Las figuras 12 y 13 muestran un aparato 710 según un octavo ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo, el aparato 710 es similar al del séptimo ejemplo, porque incluye un recinto 712 de suministro con una entrada 726 de aire y una pluralidad de salidas 728 de aire definidas en el recinto de suministro y con una pluralidad de transductores 716 de ultrasonidos montados en el recinto de suministro. Se fuerza aire 721 en estado estacionario a través de la entrada 726 de aire, dentro del recinto 712, y fuera de las salidas 728 de aire hacia el material 720, y los transductores 716 de ultrasonidos suministran oscilaciones 718 acústicas hacia el material 720 sobre la capa límite.
Sin embargo, en este ejemplo, los transductores 716 de ultrasonidos se proporcionan mediante transductores de ultrasonidos accionados de manera eléctrica. Tales transductores de ultrasonidos están disponibles comercialmente (con personalizaciones para los niveles de decibelios deseados descritos en el presente documento) por ejemplo de Dukane Corporation (St. Charles, Illinois). Los transductores 716 de ultrasonidos eléctricos pueden montarse en la superficie exterior de la pared 711 inferior del recinto 712 de suministro o posicionarse dentro de aberturas en la pared inferior.
Además, los transductores 716 de ultrasonidos y las salidas 728 de aire se disponen en una matriz sobre el recinto 712 de suministro, preferiblemente en una disposición alternante repetitiva y también preferiblemente en una disposición escalonada con un desplazamiento para evitar puntos muertos (por ejemplo, con un desplazamiento de 30 grados). Los transductores 716 de ultrasonidos y las salidas 728 de aire pueden ser circulares, aunque pueden proporcionarse en otras formas tales como rectangular, ovalada u otras formas regulares o irregulares. Además, los transductores 716 de ultrasonidos pueden tener un diámetro de aproximadamente 2 pulgadas, y las salidas 728 de aire pueden tener un diámetro de aproximadamente 0,4 a 0,8 pulgadas, aunque pueden proporcionarse en otros tamaños más grandes o más pequeños. Además, los transductores 716 de ultrasonidos pueden estar separados a aproximadamente de 1 a 50 diámetros, aunque pueden usarse separaciones más grandes o más pequeñas. El número de transductores 716 de ultrasonidos y salidas 728 de aire se seleccionan para proporcionar el secado deseado para una aplicación dada y en realizaciones comerciales típicas se proporcionan en números aproximadamente iguales en cualquier punto en el intervalo de aproximadamente 1 a aproximadamente 100, dependiendo de las propiedades físicas de un transductor individual, es decir, su tamaño físico, la zona de cobertura, etc.
La figura 14 muestra un aparato 810 según un noveno ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo, el aparato 810 es similar al del octavo ejemplo porque incluye un recinto 812 de suministro con una pluralidad de salidas 828 de aire y con una pluralidad de transductores 816 de ultrasonidos. Sin embargo, en este ejemplo, un calentador 854 está montado dentro del recinto 812 de suministro para calentar el aire antes de que se suministre al material. El calentador 854 en este ejemplo puede ser de un tipo similar al proporcionado en los ejemplos de las figuras 10 y 11 o puede ser otro calentador eléctrico o de otro tipo conocido.
La figura 15 muestra un aparato 910 según un décimo ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo, el aparato 910 es similar al del octavo ejemplo porque incluye un recinto 912 de suministro con una pluralidad de salidas 928 de aire y con una pluralidad de transductores 916 de ultrasonidos. Sin embargo, en este ejemplo, los transductores 916 de ultrasonidos están montados dentro de guías 919 de onda que se posicionan dentro del recinto 912 de suministro para enfocar/potenciar y dirigir las oscilaciones acústicas hacia el material. Las guías 919 de onda se proporcionan preferiblemente mediante conductos que tienen salidas 917 a través de la pared delantera del recinto 912 de suministro (lo más cerca del material que va a secarse) y que se extienden totalmente a través (o al menos una porción sustancial a través) del recinto de suministro. Y los transductores 916 se posicionan preferiblemente adyacentes a la pared trasera (opuesta al material que va a secarse) del recinto 912 de suministro. Los conductos 919 de guía de ondas son preferiblemente tubulares con una forma en sección transversal (por ejemplo, circular) que se adapta a la de los transductores 916 de ultrasonidos. Los transductores 916 de ultrasonidos pueden montarse en la superficie trasera interior del recinto 912 de suministro o pueden instalarse en aberturas en el recinto de suministro (de manera que forman esa porción de la pared de recinto). Este ejemplo compacto es particularmente útil en aplicaciones en las que hay poco espacio para el aparato.
Las figuras 16 y 17 muestran un aparato 1010 según un decimoprimer ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo, el aparato 1010 es similar al del octavo ejemplo, porque incluye un recinto 1012 de suministro con una pared 1011 inferior que tiene una pluralidad de salidas 1028 de aire y una pluralidad de transductores 1016 de ultrasonidos montados en el recinto. Sin embargo, en este ejemplo, el aparato 1010 incluye adicionalmente al menos un calentador 1054 emisor de luz infrarroja. El ejemplo representado, por ejemplo, incluye tres calentadores 1054 de infrarrojos. El calentador 1054 de infrarrojos puede ser de un tipo convencional, por ejemplo, un tipo de alambre de nicromo o barra de carbono-sílice. El calentador 1054 de infrarrojos puede montarse en la parte delantera del recinto 1012 de suministro (entre el recinto de suministro y el material que va a secarse, tal como se representa), dentro del recinto de suministro o incluso detrás del mismo. Además, el aparato incluye al menos un elemento 1050 de movimiento de aire, por ejemplo, los dos ventiladores representados, montado en la parte trasera del recinto 1012 de suministro. Además de producir mejor la convección del calor desde los calentadores 1054 de infrarrojos hacia el material, el elemento 1050 de movimiento de aire ayuda a enfriar el recinto 1012 de suministro (los calentadores de infrarrojos convencionales generan temperaturas relativamente altas). Este ejemplo puede ser particularmente útil en aplicaciones en las que se desea calentamiento por infrarrojos pero la pared superior/trasera del recinto 1012 de suministro no puede superar una temperatura determinada (por ejemplo, secado a 175 F de materiales sintéticos porosos, tales como materiales textiles de filtro o materiales textiles técnicos).
Las figuras 18 y 19 muestran un aparato 1110 según un decimosegundo ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo, el aparato 1110 es similar al del decimoprimer ejemplo, porque incluye un recinto 1112 de suministro con una pluralidad de salidas 1128 de aire en su pared 1111 inferior, una pluralidad de transductores 1116 de ultrasonidos montados dentro del mismo, al menos un calentador 1154 de infrarrojos montado dentro del mismo y al menos un elemento 1150 de movimiento de aire montado dentro del mismo. Este ejemplo independiente puede ser particularmente útil en las mismas aplicaciones que para el ejemplo de las figuras 16 y 17, excepto porque este ejemplo proporciona una configuración más vertical que ahorra espacio de planta para un diseño más compacto. Tales aplicaciones pueden incluir la impresión de minienvasados, etiquetas de correos y otros elementos para los que se desean un tiempo de residencia corto y una compacidad del equipo.
Las figuras 20 y 21 muestran un aparato 1210 según un decimotercer ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo, el aparato 1210 es similar al del decimoprimer ejemplo porque incluye una pluralidad de transductores 1216 de ultrasonidos para generar ultrasonidos y al menos un calentador 1254 de infrarrojos para generar calor. Sin embargo, en este ejemplo, no se fuerza aire en estado estacionario mediante un elemento de movimiento de aire a través de un recinto con salidas de aire y, en vez de eso, el calentador 1254 de infrarrojos genera por sí mismo el flujo de aire calentado. Debido a que no hay ningún recinto de suministro, los transductores 1216 de ultrasonidos se montan en otro elemento tal como el panel 1213 reflector representado. Este ejemplo puede ser particularmente útil en las aplicaciones para las que se requiere relativamente poco calentamiento y conservar espacio es una prioridad.
La figura 22 muestra un aparato 1310 según un decimocuarto ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo el aparato 1310 es similar al del decimotercer ejemplo, porque incluye una pluralidad de transductores 1316 de ultrasonidos montados en un panel 1313, sin forzar aire en estado estacionario mediante un elemento de movimiento de aire a través de un recinto con salidas de aire. En vez de eso, el aparato 1310 incluye al menos un emisor 1354 de UV para generar el flujo de aire calentado. Por ejemplo, el ejemplo representado incluye tres emisores 1354 de UV. El calentador 1354 de UV puede ser de un tipo convencional conocido por los expertos en la técnica. Este ejemplo puede ser particularmente útil en las aplicaciones para las que se requiere relativamente poco calentamiento, por ejemplo, el secado de barnices de especialidad de UV y recubrimientos a base de agua de UV.
La figura 23 muestra un aparato 1410 según un decimoquinto ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo el aparato 1410 es similar al del octavo ejemplo, porque incluye un recinto 1412 de suministro con al menos una entrada 1426 de aire y al menos una salida 1428 de aire para suministrar aire forzado al material, y al menos un transductor 1416 de ultrasonidos para suministrar oscilaciones acústicas al material. En el ejemplo particular mostrado, el aparato 1410 incluye una matriz de transductores 1416 de ultrasonidos accionados de manera eléctrica. Sin embargo, en este ejemplo, los transductores 1416 de ultrasonidos están montados dentro del recinto 1412 de suministro para establecer un campo de oscilaciones acústicas a través del cual pasa el aire forzado antes de alcanzar el material que va a secarse. Por ejemplo, en el ejemplo representado, los transductores 1416 de ultrasonidos están montados en una pared interior del recinto 1412 de suministro y no están orientados para dirigir las oscilaciones acústicas hacia la salida 1428 de aire.
La figura 24 muestra un aparato 1510 según un decimosexto ejemplo que no forma parte de la presente invención. En este ejemplo, el aparato 1510 es similar al del decimoquinto ejemplo, porque incluye un recinto 1512 de suministro con al menos una entrada 1526 de aire y al menos una salida 1528 de aire y al menos un transductor 1516 de ultrasonidos accionado de manera eléctrica montado dentro del recinto de suministro para establecer un campo de oscilaciones acústicas a través del cual pasa aire forzado antes de alcanzar el material que va a secarse. Sin embargo, en este ejemplo, el transductor 1516 de ultrasonidos está montado inmediatamente adyacente a la salida 1528 de aire y no está orientado para dirigir las oscilaciones acústicas hacia la salida de aire.
La figura 25 muestra un elemento 1564 de ala que puede montarse en el transductor 1516 de ultrasonidos accionado de manera eléctrica del ejemplo de la figura 25. El ala 1564 puede tener forma de disco (por ejemplo, para usarse con transductores 1516 de ultrasonidos accionados de manera eléctrica en forma de disco) o puede proporcionarse mediante una pluralidad de brazos que se extienden radialmente mediante otra estructura con al menos un elemento que se extiende alejándose del transductor. El ala 1564 puede realizarse de un material tal como acero, titanio u otro metal. Con el ala 1564 montada en el transductor 1516 de ultrasonidos eléctrico, cuando el transductor se hace funcionar induce vibraciones en el ala, vibraciones que potencian las oscilaciones acústicas para una rotura más eficaz de la capa límite. Por tanto, las alas 1564 funcionan como amplificadores mecánicos, que trabajan en resonancia con los transductores 1516 de ultrasonidos eléctricos para aumentar la amplitud de la onda de presión de ultrasonidos. El ala 1564 puede incluirse en cualquiera de los ejemplos de realización, y realizaciones alternativas de los mismos, que incluyen transductores de ultrasonidos accionados de manera eléctrica.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Método de secado de un material (20), comprendiendo el método:
    posicionar un transductor (16) de ultrasonidos a una distancia de separación desde una superficie de contacto del material;
    forzar aire a través de un recinto (12) de aire de suministro del transductor de ultrasonidos, incluyendo el transductor de ultrasonidos una primera superficie interior; una segunda superficie interior, estando la segunda superficie interior orientada hacia la primera superficie interior, definiendo la primera superficie interior y la segunda superficie interior un paso de aire a través del transductor de ultrasonidos; una primera ranura definida en la primera superficie interior, incluyendo la primera ranura una primera porción plana, estando la primera porción plana inclinada a 90 grados con respecto a la porción más interior de la primera superficie interior y extendiéndose alejándose de la porción más interior de la primera superficie interior; y una segunda ranura definida en la segunda superficie interior, incluyendo la segunda ranura una segunda porción plana, estando la segunda porción plana inclinada a 90 grados con respecto a la porción más interior de la segunda superficie interior y extendiéndose alejándose de la porción más interior de la segunda superficie interior;
    inducir oscilaciones acústicas a través del transductor de ultrasonidos; y
    dirigir las oscilaciones acústicas y aire hacia el material.
  2. 2. Método según la reivindicación 1, en el que inducir oscilaciones acústicas con el transductor de ultrasonidos incluye inducir oscilaciones acústicas con la primera ranura y la segunda ranura del transductor de ultrasonidos.
  3. 3. Método según la reivindicación 1, en el que la primera ranura incluye una porción inclinada, estando la porción inclinada orientada al menos parcialmente en la dirección de una trayectoria de flujo de aire, o en el que la primera ranura tiene una sección transversal triangular.
  4. 4. Método según la reivindicación 1, en el que el material y una salida de transductor de ultrasonidos se posicionan uno con respecto a otra de manera que la distancia de separación es de (X)(n/4), en el que “X” es la longitud de onda de las oscilaciones acústicas y “n” está en un intervalo de más o menos 0,5 de un número entero impar de manera que las oscilaciones acústicas en la superficie de contacto del material están dentro de un intervalo de 90 grados centrado en una amplitud máxima, siendo “n” igual a un número entero impar.
  5. 5. Método según la reivindicación 1, en el que una tapa de extremo une a modo de puente la primera pared y la segunda pared para definir el paso de aire entre las mismas.
  6. 6. Aparato (10) para secar un material (20), comprendiendo el aparato:
    un recinto (12) de aire de suministro con una entrada de aire y una salida de aire a través de las que se dirige aire forzado hacia el material; y
    un transductor (16) de ultrasonidos conectado a la salida de aire del recinto de aire de suministro, incluyendo el transductor de ultrasonidos:
    una primera superficie interior;
    una segunda superficie interior, estando la segunda superficie interior orientada hacia la primera superficie interior, definiendo la primera superficie interior y la segunda superficie interior un paso de aire a través del transductor de ultrasonidos;
    una primera ranura definida en la primera superficie interior, incluyendo la primera ranura una primera porción plana, estando la primera porción plana inclinada a 90 grados con respecto a la porción más interior de la primera superficie interior y extendiéndose, alejándose de la porción más interior de la primera superficie interior; y
    una segunda ranura definida en la segunda superficie interior, incluyendo la segunda ranura una segunda porción plana, estando la segunda porción plana inclinada a 90 grados con respecto a la porción más interior de la segunda superficie interior y extendiéndose, alejándose de la porción más interior de la segunda superficie interior.
  7. 7. Aparato (10) según la reivindicación 6, en el que el transductor de ultrasonidos incluye
    una tercera ranura definida en la primera superficie interior, incluyendo la tercera ranura una tercera porción plana; y
    una cuarta ranura definida en la segunda superficie interior, incluyendo la cuarta ranura una cuarta porción plana.
  8. 8. Aparato (10) según la reivindicación 6, en el que la segunda porción plana es paralela a la primera porción plana, o en el que la segunda porción plana es coplanar con la primera porción plana, o en el que la primera porción plana y la segunda porción plana están orientadas en un sentido opuesto a una trayectoria de flujo de aire a través del transductor de ultrasonidos.
  9. 9. Aparato (10) según la reivindicación 6, en el que la primera ranura y la segunda ranura tienen, cada una, una sección transversal triangular.
  10. 10. Aparato (10) según la reivindicación 6, en el que la primera superficie interior y la segunda superficie interior definen una salida de transductor desde la que se dirigen oscilaciones acústicas generadas por el transductor de ultrasonidos hacia el material y, opcionalmente, en el que la salida de transductor se posiciona a una distancia de separación desde una superficie de contacto del material de manera que la amplitud de las oscilaciones acústicas en la superficie de contacto del material está en el intervalo de aproximadamente 120 dB a aproximadamente 190 dB.
  11. 11. Aparato (10) según la reivindicación 6, en el que la primera ranura incluye una porción inclinada.
  12. 12. Aparato (10) según la reivindicación 11, en el que la porción inclinada se interseca con la primera porción plana formando un ángulo de menos de noventa grados, o en el que la porción inclinada se orienta al menos parcialmente en la dirección de una trayectoria de flujo de aire.
  13. 13. Aparato (10) según la reivindicación 10, que comprende además una superficie de alineación para soportar el material a una distancia de separación desde la salida de transductor.
  14. 14. Aparato (10) según la reivindicación 6, en el que una distancia de separación desde una salida del transductor de ultrasonidos hasta el material es de (X)(n/4), en el que “X” es la longitud de onda de oscilaciones acústicas generadas por el transductor de ultrasonidos y “n” está en un intervalo de más o menos 0,5 de un número entero impar de manera que las oscilaciones acústicas en una superficie de contacto del material están dentro de un intervalo de 90 grados centrado aproximadamente en una amplitud máxima.
  15. 15. Aparato (10) según la reivindicación 6, que comprende además un calentador posicionado dentro del, o conectado operativamente al, recinto de aire de suministro para calentar el aire forzado.
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