ES2870464T3 - Sistema y método de secado acústico indirecto - Google Patents

Abstract

Un sistema para secar indirectamente un revestimiento, comprendiendo el sistema (100): un material (1300, 1300'), teniendo el material (1300, 1300') una banda continua que define un sustrato (1305), definiendo el sustrato un primer lado y un segundo lado, el segundo lado opuesto al primer lado, comprendiendo además el material (1300, 1300') un revestimiento (1330, 1330') para ser secado, cubriendo el revestimiento (1330, 1330') al menos parcialmente el segundo lado; al menos un cabezal acústico (120, 120'), incluyendo el al menos un cabezal acústico (120, 120') al menos un transductor ultrasónico (1000) encarando únicamente el primer lado del material (1300, 1300'); y un recinto de suministro de aire (420), en el que el recinto de suministro de aire (420) también está posicionado encarando el primer lado del material (1300, 1300'), caracterizado porque cada uno del al menos un cabezal acústico (120, 120') está dispuesto de tal modo que aire acústico es direccionado al primer lado del material (1300, 1300') y porque se conduce energía acústica a través del sustrato para mejorar una trasferencia termal y de masa en la interfaz entre el revestimiento (1330, 1330') y el medio gaseoso circundante.

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método de secado acústico indirecto

Campo técnico

La presente invención se refiere en general a tecnologías de calentamiento y secado y, en particular, al calentamiento y secado con ayuda de ultrasonidos.

Antecedentes

Se ha observado que la mayoría de los procesos intensivos en energía son impulsados por las tasas de transferencia de calor y masa. Detalles específicos de una aplicación en particular, como la química involucrada en el secado de un material o la aplicación de un revestimiento a un sustrato (por ejemplo, un factor en la impresión de etiquetas, impresión continua y con alimentación de hojas, conversión, empaquetado y envío masivo), la temperatura y las propiedades específicas tanto del sustrato como del revestimiento, incluido el grosor del sustrato y del revestimiento, el método de aplicación, el tiempo de residencia para que se seque un revestimiento en particular, las condiciones ambientales y las tasas de evaporación del agua o del disolvente resultantes son factores en el resultado de cualquier proceso de secado y / o calentamiento. Estos factores suelen dictar la naturaleza y el tamaño del equipo de secado.

Las propiedades de la capa límite formada junto a la superficie a lo largo de la cual se mueve un fluido dictan la tasa de transferencia de calor en la superficie y por lo tanto la tasa de secado para la aplicación antes mencionada de revestir un sustrato y para la aplicación más general de secar materiales sin revestimiento. Como consecuencia del efecto de la capa límite en la tasa de transferencia de calor, se puede argumentar, como hacen Incropera / DeWitt en su libro de texto "Fundamentos de la transferencia de calor y masa" ("Fundamentals of Heat T ransfer and Mass Transfer"), que las tasas de transferencia de calor son más altas para el flujo turbulento en una superficie que para el flujo laminar en esa superficie. En la práctica moderna de calentamiento y secado, existen varios métodos para romper la capa límite con el fin de producir un flujo más turbulento y, por lo tanto, más transferencia de calor.

Un método para romper la capa límite, a fin de aumentar la tasa de transferencia de calor o para cualquier otro propósito, y por lo tanto la tasa de secado de una superficie húmeda, es enfocar ondas u oscilaciones acústicas de sonido (ondas u oscilaciones ultrasónicas, por ejemplo) y opcionalmente aire calentado en la superficie del material o revestimiento que se está secando como se muestra en la Publicación de Patente de los Estados Unidos No. 2010-0199510, publicada el 12 de diciembre de 2010

En algunas aplicaciones donde se dirigen ondas de sonido acústicas, (ondas ultrasónicas, por ejemplo), o calor, radiante o de otro tipo, o aire forzado o una combinación de estos elementos son dirigidos hacia el revestimiento que se va a secar y al mismo tiempo encarando al revestimiento mismo, especialmente en aplicaciones donde el revestimiento es relativamente grueso, la superficie puede dañarse antes o después del proceso de secado o puede verse afectada indeseablemente por este proceso. La superficie del revestimiento y / o el sustrato puede desarrollar grietas o formar una piel superficial, lo que luego impide la salida de humedad o disolvente más profundo en el revestimiento, y esto podría afectar el desempeño del revestimiento o sustrato o del material en su conjunto. En algunos casos, el proceso en sí se ralentiza considerablemente para evitar incluso algunos de los efectos indeseables. Sin embargo, cuando se seca un revestimiento sobre un sustrato sólido usando una corriente de aire como se indicó anteriormente, el aire se dirige típicamente hacia la superficie húmeda a secar.

WO 2014/048431 A2 muestra una sección de secado para secar una banda de material fibroso que tienen al menos una unidad de secado para reducir el contenido de humedad de la banda por medio de secado de convección, en el que la unidad de secado tiene al menos un generador de ultrasonidos, que está dispuesto para excitar vibraciones en el fluido de secado de tal manera que la reducción del contenido de humedad por ultrasonidos se lleve a cabo sobre la totalidad del ancho de la banda.

WO 00/19007 A1 muestra un sistema para secar un revestimiento de acuerdo con el estado de la técnica.

Resumen

Un cabezal acústico para secar indirectamente un material tiene un primer lado y un segundo lado, el segundo lado opuesto al primer lado, el cabezal acústico incluye un reciento de suministro de aire posicionado encarando al primer lado del material; y un transductor ultrasónico posicionado al menos parcialmente dentro de una parte inferior del recinto de suministro de aire, el transductor ultrasónico encarando al material, el segundo lado incluyendo un revestimiento para ser secado, el revestimiento comprendiendo sólidos configurados para mantenerse sobre y adherirse al segundo lado después del secado del revestimiento, en el que el transductor ultrasónico está posicionado encarando únicamente al primer lado del material.

La invención se refiere a un sistema para secar indirectamente un revestimiento, incluyendo el sistema un material que comprende una banda continua que define un sustrato, definiendo el sustrato un primer lado y un segundo lado, el segundo lado opuesto al primer lado, comprendiendo además el material un revestimiento para ser secado, el revestimiento cubriendo al menos parcialmente el segundo lado, al menos un cabezal acústico, incluyendo el al menos un cabezal acústico al menos un transductor ultrasónico encarando únicamente el primer lado del material; y un recinto de suministro de aire, en que el recinto de suministro de aire está también posicionado encarando el primer lado del material. Ahí, cada uno del al menos un cabezal acústico está dispuesto de tal manera, que se dirige aire acústico al primer lado del material y que se conduce energía acústica a través del sustrato para mejorar una transferencia térmica y de masa en la interfaz entre el revestimiento y el medio gaseoso circundante.

También se describe un método para curar y secar indirectamente un material, incluyendo el método aplicar un revestimiento para ser secado a un sustrato para formar el material, comprendiendo el material una banda continua que tiene un primer lado y un segundo lado, el segundo lado opuesto al primer lado, el revestimiento a secarse cubriendo al menos parcialmente el segundo lado, el revestimiento comprendiendo sólidos y una masa líquida, en el que al menos un cabezal está posicionado encarando el primer lado del material, y en el que el método comprende además mover el material en una dirección transversal con respecto al al menos un cabezal acústico, el al menos un cabezal acústico incluyendo un transductor ultrasónico; pasar aire a través del transductor ultrasónico para general ondas acústicas; y secar el material usando las ondas acústicas de manera que la masa del revestimiento se evapore. Ahí, cada uno del al menos un cabezal acústico está dispuesto de tal manera que se dirige aire acústico al primer lado del material y se conduce energía acústica a través del sustrato para mejorar una transferencia termal y de masa en la interfaz entre el revestimiento y el medio gaseoso circundante.

Varias implementaciones descritas en la presente divulgación pueden incluir sistemas, métodos, características y ventajas adicionales, que no necesariamente se describen expresamente en el presente documento, pero serán evidentes para un experto en la técnica tras el examen de la siguiente descripción detallada y los dibujos adjuntos. Se pretende que todos estos sistemas, métodos, características y ventajas se incluyan dentro de la presente divulgación y estén protegidos por las reivindicaciones adjuntas.

Breve descripción de los dibujos

Las características y componentes de las siguientes figuras se ilustran para enfatizar los principios generales de la presente divulgación. Las características y componentes correspondientes en todas las figuras se pueden designar haciendo coincidir los caracteres de referencia en aras de la coherencia y la claridad.

Fig. 1 es una vista lateral de una realización de un sistema para secar indirectamente un material.

Fig. 2 es una vista esquemática del sistema de la Fig. 1 con un calentador incluido.

Fig. 3 es una vista lateral de una realización de un conjunto secador del sistema de la Fig. 1 con conductos de aire de conexión y elementos del motor.

Fig. 4 es una vista desde un extremo del conjunto secador de la Fig. 3.

Fig. 5 es una vista lateral del conjunto secador de la Fig. 3.

Fig. 6 es una vista desde abajo del conjunto secador de la Fig. 3.

Fig. 7 es una vista desde un extremo del cabezal acústico del conjunto secador de la Fig. 3.

Fig. 8 es una vista lateral del cabezal acústico del conjunto secador de la Fig. 3.

Fig. 9 es una vista inferior del cabezal acústico del conjunto secador de la Fig. 3.

Fig. 10 es una vista en perspectiva de un transductor ultrasónico del cabezal acústico de la Fig. 7.

Fig. 11 es una vista en perspectiva de un marco de soporte del sistema de la Fig. 1.

Fig. 12 es una vista lateral de una realización de un sistema para revestir y secar un material.

Fig. 13 es una vista de detalle de un sistema secador del sistema de la Fig. 12 identificado por el detalle 13 en la Fig. 12.

Descripción detallada

Se muestra un sistema de secado acústico y métodos, sistemas, dispositivos y diversos aparatos asociados. Un experto en la materia entenderá que el sistema se describe en sólo unas pocas realizaciones ejemplares de entre muchas. No se debe considerar que ninguna terminología o descripción particular limite la divulgación o el alcance de las reivindicaciones que se deriven de la misma.

Una lista parcial de usos potenciales de la tecnología descrita incluye, pero no se limita a, impresión, aparatos de cocina residenciales y comerciales, equipo de procesamiento de alimentos, textiles, alfombras, industrias de conversión, teñido de telas, etc. En particular, los sistemas y métodos descritos pueden configurarse para la impresión flexográfica y de huecograbado de papel tapiz, papel para envolver regalos, envases corrugados, cartones plegables, bolsas de papel, bolsas de plástico, cartones de leche y bebidas, envoltorios de dulces y alimentos, vasos desechables, etiquetas, adhesivos, sobres, periódicos, revistas, tarjetas de felicitación y piezas publicitarias. Otros usos potenciales de la tecnología descrita son la fabricación de papel y la pintura de vehículos motorizados y sus componentes. Lo descrito puede adaptarse para estos y muchos otros procesos de calentamiento y secado continuos y por lotes.

Los adhesivos para los que se aplicarían diversas realizaciones de la estructura y los métodos descritos actualmente incluyen varios tipos de adhesivos sensibles a la presión, tales como los que se usan o se usan como parte de cinta adhesiva, cinta americana, sujetadores adhesivos, sujetadores adhesivos extraíbles tales como los usados en notas adhesivas, adhesivos para dispositivos para el cuidado de heridas como los que se usan en los productos para vendajes BAND-AID, adhesivos que se usan para sujetar compresas absorbentes a las prendas, láminas autoadhesivas que se usan para sostener objetos sólidos y adhesivos de sellado en frío para envasado de alimentos y de envíos de correo.

También son aplicables a la estructura y los métodos descritos actualmente varios tipos de revestimientos y lacas para capas, diversas láminas y diversas hojas de metal y vidrio o cerámica, incluidas las que tienen revestimientos decorativos o funcionales. En diversas realizaciones, estos revestimientos serán reflectantes, aislantes térmicos, aislantes eléctricos, absorbentes de radiofrecuencia o amortiguadores mecánicos, o estos revestimientos pueden compartir varias de estas características en combinación. En varias realizaciones, la estructura y los métodos descritos actualmente también cubrirán los materiales de laminación para unir láminas de varios materiales para formar compuestos, como los materiales usados o los compuestos utilizados en parabrisas de vidrio, en componentes aeroespaciales como alas y en otras aplicaciones, como la pintura antes mencionada de vehículos motorizados y sus componentes. Además, en varias realizaciones, un revestimiento a base de agua curable por ultravioleta (UV) se seca típicamente antes del curado usando luz UV.

El uso de la estructura y los métodos descritos también se puede aplicar para secar películas moldeadas a partir de soluciones poliméricas. En tal aplicación, se vierte una solución de polímero en una bandeja de metal o sobre una hoja de soporte, y el disolvente se evapora para producir una película seca. Ejemplos de tales sistemas de polímerodisolvente incluyen los de la siguiente lista:

carboximetilcelulosa - agua

hidroxipropilcelulosa - agua

2-hidroxietilcelulosa - agua

acetato de celulosa - acetona

etilcelulosa - tetrahidrofurano

poli (alcohol de vinilo) (-96% hidrolizado) - agua

poli (ácido acrílico) - agua

poli (pirrolidona de vinilo) - agua

poli (estireno) - acetona

poli (metacrilato de metilo) - acetona

copolímero en bloque de poli (estireno - ácido acrílico) - agua

copolímero de bloque de poli (estireno - butadieno) - xileno

El uso de la estructura y los métodos descritos también se puede aplicar a dispersiones de polímeros y películas moldeadas. Una dispersión de polímero es un polímero formador de película, y tal polímero a menudo se convierte en una película mediante un proceso de evaporación de un líquido continuo. Por ejemplo, el látex de caucho natural, el poli (acetato de vinilo) o el poli (uretano) dispersos en agua se pueden secar para dejar una película. A medida que el agua o el medio líquido continuo se eliminan por evaporación, las esferas de polímero se fusionan para formar una película. Puede añadirse un plastificante para facilitar aún más la coalescencia de las esferas de polímero de la dispersión de polímero en una película cohesiva. Durante el proceso de moldeado de la película, el disolvente (o la fase continua si el polímero está en forma de dispersión) se evapora mediante la aplicación indirecta del aire acústico para dejar una película de polímero. La energía acústica se conduce a través del medio portador para mejorar la transferencia térmica y de masa en la interfaz entre el revestimiento y el medio gaseoso circundante, que a menudo es aire.

Ejemplos de tales películas moldeadas a partir de soluciones o dispersiones pueden incluir películas comestibles, incluyendo dispositivos de administración de fármacos, como las tiras de medicamentos TRIAMINIC THIN STRIPS, anteriormente disponibles en Novartis, Nueva Jersey, y las tiras de medicamentos GAS-X THIN STRIPS, actualmente disponibles en Novartis, Nueva Jersey. Otros ejemplos de películas moldeadas incluyen bolsas de plástico solubles en agua y envases solubles en agua que contienen detergentes, tintes o tensioactivos o una combinación de estos elementos para su uso con el funcionamiento de lavavajillas, lavadoras de ropa y máquinas de teñir.

Dado que una amplia gama de productos y procesos más allá de los procesos, productos, sistemas o ejemplos específicos proporcionados en el presente documento podrían ser posibles o mejorados por lo que se describe aquí, ninguno de los procesos, productos, sistemas o ejemplos descritos en el presente documento debe considerarse como una limitación de la divulgación.

Como se sugirió anteriormente y se explica con más detalle a continuación, la formación de una capa o piel sobre un revestimiento o material a secar es a menudo particularmente problemática. No solo puede conducir a la formación de grietas superficiales microscópicas o macroscópicas, sino que un revestimiento con capa superficial es a menudo muy difícil de secar. Sin una capa superficial, las moléculas de solvente o agua pueden difundirse más fácilmente a través de la masa líquida del revestimiento hacia la superficie y luego salir al aire circundante. Una vez que se forma una capa en la superficie del revestimiento, en diversas realizaciones, las moléculas de agua o de disolvente ahora deben difundirse a través de la capa sólida antes de que estas moléculas puedan abandonar el revestimiento. Este proceso de difusión a través de una capa de revestimiento es un proceso mucho más lento que el proceso de difusión a través de una capa líquida, y es común que algo de solvente o humedad residual permanezca en las capas inferiores del revestimiento cuando se forma una capa en la superficie de un revestimiento antes de que se complete el secado de ese revestimiento. Esta humedad o disolvente residual tiene el potencial de afectar negativamente a las propiedades del revestimiento. Por ejemplo, la humedad residual o el solvente atrapado debajo de una capa superficial tiene el potencial de formar una ampolla, una burbuja o una grieta durante el proceso de secado restante. Si la película se calienta más tarde, es posible que se desarrollen ampollas, burbujas o grietas. La humedad residual o el disolvente atrapados tienen el potencial de provocar corrosión si el revestimiento está sobre una superficie metálica. El disolvente o el agua residual pueden hacer que el revestimiento tenga olor.

La aplicación de calor al lado de un sustrato opuesto al lado que estaba revestido también puede conducir a la formación de burbujas o ampollas, así como a la formación de una capa sólida, a la que a veces se hace referencia como "piel". Aplicar o dirigir aire energizado no acústico al lado de un sustrato opuesto al lado que está revestido a menudo tiene poco o ningún efecto en la aceleración del secado del revestimiento, ya que el aire forzado no puede interactuar con el revestimiento del otro lado del sustrato.

En la Fig. 1 se muestra una vista lateral de una realización de un sistema de secado acústico 100 para secar indirectamente un material 1300 (mostrado en la Fig. 2). El sistema de secado acústico 100 incluye un conjunto secador 110 y una unidad de suministro de material 150. El conjunto secador 110 incluye un cabezal acústico 120 y un mecanismo de soporte y posicionamiento 220. El cabezal acústico 120 incluye una entrada de aire de suministro 130 posicionada en un extremo del cabezal acústico 120 y una salida de aire de retorno 145 posicionada en la parte superior del cabezal acústico 120. En la realización actual, la entrada de aire de suministro 130 está conectada a un sistema de suministro de aire (mostrado en la Fig. 3) y la salida de aire de retorno 145 está conectada a un sistema de retorno de aire (mostrado en la Figura 3). En varias realizaciones, el mecanismo de soporte y posicionamiento 220 soporta todo el cabezal acústico 120, aunque en la Figura 1 se muestra solo un extremo del mecanismo de soporte y posicionamiento 220.

La unidad de suministro de material 150 incluye bastidores laterales de transportador 200a, b (200b no se muestra), un conjunto de dos bastidores laterales inferiores 210a, b (210b no se muestra), un conjunto de cuatro bastidores de patas 235a, b, c, d (235c, d no se muestra), un conjunto de cuatro conjuntos de ruedas 240a, b, c, d (240c, d no se muestran), uno colocado en el extremo distal inferior de cada bastidor de pata. También se describen un bastidor transportador 200, un módulo de accionamiento y control 155 y una cinta transportadora 160. El bastidor lateral de transportador 200a incluye un extremo superior 201a, un extremo inferior 202a, un primer extremo distal 203a y un segundo extremo distal 204a. El bastidor lateral de transportador 200b (no mostrado) incluye un extremo superior 201 b, un extremo inferior 202b, el primer extremo distal 203b y el segundo extremo distal 204b.

El módulo de accionamiento y control 155 incluye un bastidor de módulo de accionamiento 156, un controlador 157, un motor 190 y un tren de accionamiento 165. El tren de accionamiento 165, ubicado junto al primer extremo distal 203a del bastidor lateral de transportador 200a, incluye una polea de accionamiento 166, una cinta de accionamiento 180, una polea accionada 168 y una polea de transportador 170. El tren de transmisión 165 también incluye un eje de polea de accionamiento (no mostrado) y un eje de polea accionada (no mostrado). La polea de accionamiento 166 está conectada a, soportada por y girando alrededor del eje de la polea de accionamiento. La polea accionada 168 y la polea de transportador 170 están conectadas a, soportadas por él y girando alrededor del eje de la polea accionada. La polea de accionamiento 166, la polea accionada 168 y la polea de transportador 170 pueden estar ranuradas o ser lisas o contener dientes como un engranaje para interactuar con la cinta de accionamiento 180. Las poleas pueden ser de metal, plástico o cualquier otro material que tenga las propiedades requeridas. La cinta de accionamiento 180 puede ser una correa, una cadena o cualquier otro enlace flexible hecho de caucho, metal, plástico o cualquier otro material que tenga las propiedades requeridas. La selección del motor 190 y el diámetro de cada polea se realiza en base a la velocidad deseada del transportador de una cinta transportadora 160. La velocidad del transportador a la que se realizaron varias operaciones de secado estaba en el rango de 1,524 metros por minuto a 76,2 metros por minuto (de 5 pies por minuto a 250 pies por minuto), pero se usan otras velocidades en varias realizaciones. Para provocar el movimiento de la cinta transportadora 160 más allá del cabezal acústico 120, la cinta transportadora 160 es impulsada por la polea de transportador 170 y pasa alrededor de una polea tensora 230, cuya ubicación horizontal, en relación con la polea de transportador 170, es ajustable mediante un mecanismo de ajuste de la polea 231.

La cinta transportadora 160 pasa no solo alrededor de la polea de transportador 170 y la polea tensora 230, sino también alrededor de las poleas auxiliares 232, 233 y 234. Las poleas auxiliares 232, 233 y 234 ayudan a mantener la posición y la tensión de la cinta transportadora 160. En varias realizaciones, la unidad de suministro de material 150 incluye un sistema transportador 159 y el sistema transportador 159 incluye una cinta transportadora 160 que transporta el material 1300 más allá del cabezal acústico 120 para facilitar el secado, aunque en varias realizaciones el cabezal acústico 120 se hará pasar por un material 1300 estacionario que se va a secar, o tanto el material 1300 como el cabezal acústico 120 se moverán durante parte o todo el proceso de secado. En varias otras realizaciones, el sistema transportador 159 no incluirá la cinta transportadora 160 y la presencia de la cinta transportadora 160 no debe considerarse limitante. En varias realizaciones, el sistema transportador 159 no requerirá una cinta transportadora 160 para transportar o desplazar el material 1300 más allá (pasando por) del cabezal acústico 120.

En varias realizaciones, se selecciona una distancia de separación D entre el cabezal acústico 120 y la cinta transportadora 160 (mostrada en la Figura 2) para optimizar el efecto de las ondas acústicas 250 -ondas ultrasónicas en varias realizaciones- durante el proceso de secado. Esta distancia de separación D es aproximadamente igual a la distancia entre la salida de un transductor ultrasónico 1000 (mostrado en la Figura 4) y la superficie del material o revestimiento que se está secando y en varias realizaciones estará entre 4 mm y 100 mm, aunque otras distancias de separación se pueden utilizar en diversas realizaciones.

En la realización de la Fig. 1 y varias otras realizaciones, el mecanismo de soporte y posicionamiento 220 soporta de manera ajustable el cabezal acústico 120 del conjunto secador 110 por encima de la cinta transportadora 160. El mecanismo de soporte y posicionamiento 220 se puede fabricar a partir de componentes fabricados por separado como se muestra en la realización actual del sistema acústico de secado, o el mecanismo de soporte y posicionamiento 220 se puede fabricar a partir de un solo componente. La realización actual del mecanismo de soporte y posicionamiento 220 está unida al extremo superior 201 a del bastidor lateral de transportador 200a y al extremo superior 201 b del bastidor lateral de transportador 200b en una posición que está entre la polea de transportador 170 y la polea tensora 230. El mecanismo de soporte y posicionamiento 220 está configurado para permitir el ajuste de la distancia de separación entre el cabezal acústico 120 y la cinta transportadora 160.

En varias realizaciones, el material 1300 a secar incluye un primer lado 1310 y un segundo lado 1320, y al menos dos componentes diferentes: un sustrato 1305 (mostrado en la Figura 3) y un revestimiento 1330 (mostrado en la Figura 3). El revestimiento 1330 cubrirá parcial o completamente el segundo lado 1320 del material 1300. La aplicación del revestimiento 1330 solo a una parte del segundo lado 1320 del material 1300 puede ser deseable en varias realizaciones en las que se desea un patrón específico que no cubra completamente el segundo lado 1320.

En varias realizaciones, este patrón incluye gráficos que contienen uno o más colores con o sin texto en uno o más idiomas.

En varias realizaciones, el sustrato 1305 del material 1300 incluirá uno cualquiera o más de una serie de materiales a los que se puede aplicar físicamente un revestimiento. El grupo de materiales del que se puede fabricar el sustrato 1305 incluye, entre otros, chapas de metal, láminas, tereftalato de polietileno (PET), polipropileno (PP), cloruro de polivinilideno (PVDC), cloruro de polivinilo (PVC) y butiral de polivinilo (PVB). En varias formas de realización, el material utilizado se describirá como una película. En otras realizaciones, el material no se describirá como una película. En varias realizaciones, el sustrato 1305 tendrá un espesor en el rango de 10 micrómetros a 2.000 micrómetros (0,010 mm a 2 mm), pero en varias realizaciones el espesor no estará en el rango de 10 micrómetros a 2.000 micrómetros y la descripción de un sustrato 1305 que tiene un espesor de 10 micrómetros a 2.000 micrómetros no debe considerarse limitante de la presente descripción.

En varias otras realizaciones, también habrá un revestimiento en el primer lado 1310 del material. En otras palabras, puede ser beneficioso secar un revestimiento en el segundo lado 1320 y otro revestimiento en el primer lado 1310, y cualquiera de los revestimientos o ambos revestimientos se podrían secar usando un equipo que mira hacia el lado opuesto del lado que se está secando. Este secado de ambos lados podría realizarse al mismo tiempo y en el mismo lugar en el material de forma lineal, o podría realizarse en diferentes momentos o en diferentes ubicaciones en el mismo sistema de suministro de material.

En varias realizaciones, el espesor del revestimiento 1330 será de al menos 5 micrómetros (0,005 mm) pero en varias realizaciones el espesor no será de al menos 5 micrómetros y la descripción de un revestimiento 1330 que tenga un espesor de al menos 5 micrómetros no debería ser considerada limitativa de la presente divulgación. En varias realizaciones, el espesor del revestimiento 1330 estará en el rango de 10 micrómetros a 4.000 micrómetros (0,010 mm a 4 mm), pero en varias realizaciones el espesor no estará en el rango de 10 micrómetros a 4.000 micrómetros y la descripción de un revestimiento 1330 que tiene un espesor de 10 micrómetros a 4.000 micrómetros no debe considerarse limitante de la presente descripción.

Durante el funcionamiento del sistema de secado acústico 100, el material 1300 se coloca en la cinta transportadora 160 dentro de un soporte 1100 (mostrado en la Figura 11) después de que el material 1300 haya recibido un revestimiento 1330 y todavía esté húmedo o, en el caso de que no haya revestimiento, después de que el material 1300 se haya mojado y esté listo para secarse. El soporte 1100, que se discutirá con más detalle a continuación, puede usarse para evitar que el material 1300 toque directamente la cinta transportadora 160 y también puede usarse para mantener el material 1300 en tensión. Que una parte sustancial del material 1300 -ya sea sustrato 1305 o revestimiento 1330- toque la cinta transportadora 160, puede causar un daño al revestimiento 1330 o una reducción en la eficacia del proceso de secado en varias realizaciones, pero en otras realizaciones puede ser deseable que el material 1300 entre en contacto con la cinta transportadora 160.

En varias realizaciones, es beneficioso mantener el material 1300 en tensión porque un material 1300 en tensión, especialmente un material más delgado, responderá a las ondas acústicas 250 — ondas ultrasónicas, por ejemplo— de manera diferente a un material 1300 que no está en tensión. Un material 1300 en tensión tenderá a moverse como resultado de las ondas acústicas 250, por ejemplo, ondas ultrasónicas. Como se explicará a continuación, el grado de movimiento del material 1300 y el grado de rotura de la capa límite en la superficie del material 1300 dependerán de varios factores, incluyendo la longitud no apoyada del material, la fuerza de estiramiento o tracción sobre el material 1300 y la masa por unidad de longitud del material 1300. Específicamente, el sistema está diseñado específicamente en la realización actual con rodillos locos colocados separados por una cierta distancia para controlar el área de la sección de película que se seca acústicamente, la tensión superficial de la película (S) se controla mediante la tensión entre un rodillo de desenrollado y un rodillo de rebobinado, y la densidad de masa por unidad de área de la película (o) es constante para una película en particular.

En varias realizaciones del proceso de secado indirecto, se aplica una fuerza de tracción al material 1300 para mantener el material 1300 en el estado de tensión mencionado anteriormente durante la etapa de secado. Esto puede ser especialmente beneficioso cuando el equipo de secado se posiciona mirando hacia el lado opuesto del lado del material 1300 que se está secando. En algunas realizaciones, debido al espesor del sustrato o material 1300 o simplemente por simplicidad, la tensión se expresará como libras de fuerza por pulgada lineal de ancho de banda, aplicándose la tensión hasta que el revestimiento alcance el nivel de contenido de humedad deseado. Este nivel de contenido de humedad deseado variará según la aplicación y determinará cuándo se completa el proceso de secado. En varias realizaciones, la tensión se mantendrá en el rango de 87,5634 Newtons por metro lineal de ancho de anda a 700,5073 Newtons por metro lineal de ancho de banda (0,5 libras por pulgada lineal de ancho de banda a 4 libras por pulgada lineal de ancho de banda) para secar efectivamente el revestimiento 1330 o el material 1300 sin el revestimiento, aunque diferentes cantidades de tensión están presentes en varias otras realizaciones.

La relación entre las ondas acústicas, incluidas las ondas ultrasónicas, y la respuesta del material se puede representar mediante la siguiente "relación de dispersión":

" 2 = “ • ( fcx fcy)

Donde omega w es el período de tiempo de una oscilación fundamental (inversamente proporcional a la frecuencia fundamental), y kx y ky son constantes que se relacionan con la longitud de la sección de la película y el ancho de la sección de la película.

Esta ecuación es análoga a las leyes de Mersenne que establecen que la frecuencia fundamental de una longitud de cuerda es como se indica a continuación:

a) Inversamente proporcional a la longitud de la cuerda

b) Proporcional a la raíz cuadrada de la fuerza de estiramiento, e

c) Inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa por unidad de longitud.

Aunque no está limitado por la teoría, esta descripción incluye adaptar la película o el material 1300 para que resuene con el campo acústico, ya sea en la frecuencia fundamental o en un armónico superior de la frecuencia fundamental. Esto tendrá el efecto de perturbar la capa límite en la superficie en un grado mayor y aumentar la tasa de transferencia de calor y por lo tanto también la tasa de secado.

Cuando un material 1300 incluye tanto el sustrato 1305 como el revestimiento húmedo 1330, el material 1300 se coloca de modo que el primer lado 1310 esté orientado hacia el cabezal acústico 120 y el segundo lado 1320 con el revestimiento 1330 esté orientado hacia el lado opuesto al cabezal acústico 120.

El siguiente paso implica mover el material 1300 en una dirección transversal con respecto al cabezal acústico 120 y una unidad de suministro de aire 265 (mostrada en la figura 2), incluyendo el cabezal acústico 120 al menos un transductor ultrasónico 1000, siendo parte el transductor ultrasónico 1000 del cabezal acústico 120, colocado encarando al primer lado 1310 del material 1300, la unidad de suministro de aire 265 también colocada encarando al primer lado 1310 del material 1300.

El paso final consiste en secar el material 1300 utilizando una combinación de ondas acústicas 250 (mostradas en la figura 2) generadas por el al menos un transductor ultrasónico 1000 y el flujo de aire 1355 (mostrado en la figura 2) dirigido hacia el material 1300 por la unidad de suministro de aire 265. En la realización actual, la distancia de separación D entre el cabezal acústico 120 y el material 1300 es ajustable en base a la distancia de separación D que maximiza la amplitud de las ondas acústicas 250 cuando golpea la porción del material 1300 que se está secando (como se discutió anteriormente y se muestra en la Figura 3), aunque otras consideraciones dictan la distancia de separación D en otras realizaciones. Como se muestra en la Fig. 3, D1 y D2 representan dos valores distintos para la distancia de separación D que maximizan la amplitud de las ondas acústicas 250 en la realización actual, cuando las ondas acústicas 250 golpean el material 1300 espaciadas a una distancia de separación de L1 o L2 del cabezal acústico 120, respectivamente.

En varias formas de realización del sistema de la Fig. 1, se utilizaron los siguientes equipos y métodos para aplicar, secar y evaluar las propiedades del revestimiento 1330 antes o después del revestimiento o antes y después del revestimiento, aunque se utilizan equipos y métodos diferentes en varias otras realizaciones y la descripción de los siguientes equipos y métodos no deben considerarse limitantes:

• Sustrato: papel de aluminio para cocinar (limpio) de aproximadamente 15 x 15 cm

• Revestimiento: TOYO PR-X0974 PROTECH WATER RESIST OPV FD que pesa aproximadamente 1 gramo (disponible en Toyo Ink America LLC, South Plainfield NJ), donde OPV también se conoce como un "barniz de sobreimpresión".

• Horno: Horno eléctrico de convección de tamaño medio VULCAN ET4 (disponible en Vulcan-Hart Corp., 3600 N Point Blvd., Baltimore, MD 21222)

• Duración del secado: 20 minutos a 121,1111 °C (250 ° F)

• Determinación del % de sólidos: Basado en la fórmula siguiente:

revestimiento seco en papel — peso en papel

Sólidos {% ) = --------— ------—----r---— — --------— -----r • 100% revestimiento húmedo en papel x peso en papel

• Velocidad del transportador (también conocida como velocidad de la cinta transportadora o velocidad de la cinta): 7,62 metros por minuto (25 pies por minuto)

• Medición de la velocidad del transportador: Tacómetro digital de contacto CEN-TECH (artículo No. 66400, disponible en el distribuidor: Harbor Freight Tools, Camarillo, CA).

• Determinación del peso de la capa: Los pesos de la capa se midieron cortando un área superficial conocida de la película siguiendo cuidadosamente una plantilla de aluminio de 51 milímetros (mm) por 61 mm (área de superficie de 0,0033 m2) y pesándola una vez seca. Esto se comparó con el peso de una muestra de película sin revestimiento cortada de manera similar.

• El peso de la capa húmeda se determinó de acuerdo con la siguiente fórmula:

película revestida seca — película sin revestir

Peso de la capa húmeda 12 / m 24

area superficial x contenido de sólidos

• El peso de la película sin revestimiento se determinó cortando una muestra de la película al tamaño descrito anteriormente y pesándola con precisión hasta cuatro decimales utilizando una balanza química.

• Medición del peso de la película: balanza de bandeja superior química PRESICA 40SM-200A (disponible en Presica Instruments AG, CH-Dietikon, tipo 290-9842 / K 40SM-200A, máx. 41g / 204g, n° 11598).

• El peso de la película revestida seca se determinó cortando una muestra de la película revestida al mismo tamaño descrito anteriormente y pesándola con precisión hasta cuatro decimales utilizando una balanza química.

• Sistema de secado y configuración: Se montó un sistema de secador acústico de tres ranuras acústicas de 66,04 cm de ancho (26") (HTI Spectra HE ™ Ultra, disponible de Heat Technologies Inc., Atlanta GA) sobre una cinta transportadora de 60,96 cm (24") de ancho para que los transductores acústicos se dirijan hacia abajo y perpendiculares a la correa de malla.

• Transportador y accionamiento de transportador: Dayton Electric Manufacturing. Co., Chicago 60648, No de modelo 4Z302B, Ref. N° 200647HD901; Tambores de 13,97 cm (5,5") de diámetro, 60,96cm (ancho) x 228,6 cm (largo) (24" (ancho) x 90 "(largo)) con control inferior de motor).

• Control de velocidad del transportador: la velocidad del transportador se controlaba mediante un accionamiento variable (FINCOR, Incom International, Inc., 2350 DC Motor Control)

• Soplador de aire: además del cabezal de secado acústico, el sistema de secador acústico también incluye un soplador de aire regenerativo

• Control de velocidad del soplador de aire: la velocidad del soplador de aire se controla mediante un variador de frecuencia (VFD) incorporado dentro de un panel de control eléctrico construido por HTI, un calentador de aire en línea de 16 kW diseñado por HTI con control de temperatura, controlado por un controlador de temperatura y un termopar.

• Transductores ultrasónicos: Los transductores ultrasónicos utilizados en e1HTI Spectra HE™ Ultra están documentados en la solicitud de patente estadounidense 2010/0199501 antes mencionada, que ya se ha incorporado como referencia.

• Otros componentes: Otros componentes del sistema de secado están documentados en la Solicitud de Patente de EE.UU. 2010/0199501 antes mencionada.

En varias realizaciones, se corta un rollo de Skyrol® SH-76, calibre 300, película de tereftalato de polietileno (PET) de 0,050 mm (50 micrómetros) de espesor (disponible de SKC Inc., Covington GA) en aproximadamente 20,32 cm (8 pulgadas) de ancho por 30,48 cm (12 pulgadas) de largo y se sujeta a una superficie de almohadilla de revestimiento plana. Las varillas Meyer se utilizan para hacer revestimientos reductores. Las piezas revestidas de sustrato se colocan en un soporte con bisagras 1100 y se aseguran al soporte 1100 usando cinta de enmascarar de 5,08 cm (2 pulgadas) de ancho de la variedad comúnmente disponible en tiendas de suministros de pintura y mejoras para el hogar. A continuación, la película se estira durante el proceso de sujeción de modo que se tense en una superficie sustancialmente plana.

En la Fig. 2 se muestra una vista esquemática de una segunda realización de un sistema de secado acústico 100' con la adición de un calentador 280. Aparte del calentador 280, el sistema de secado acústico 100' es sustancialmente similar al sistema de secado acústico 100. En la parte superior izquierda, el panel de control 260 está conectado a una fuerza electromecánica ("FEM") identificada como fuente de voltaje V. En varias realizaciones, este voltaje y la corriente que resulta como resultado de las cargas eléctricas en el circuito se suministran en la forma de una fuente de alimentación de corriente alterna ("CA"). En otras realizaciones, el voltaje y la corriente (y, por lo tanto, la potencia expresada por la ley de Ohm, en la que la potencia P es directamente proporcional al producto del voltaje V y la corriente I, expresada matemáticamente como P = VI) se suministra en forma de corriente continua ("CC" ). El motor del soplador 270 y el calentador 280 reciben potencia 295 del panel de control 260. El motor del soplador 270 está conectado y hace girar el ventilador del soplador 275. Se muestra el aire del ventilador del soplador 275 entrando en el calentador 280 a la temperatura del aire 291 y saliendo a la temperatura del aire 292 antes de entrar en el cabezal acústico 120. Aunque en algunas realizaciones no se requiere ni se desea un flujo de aire forzado 1355 desde el cabezal acústico 120, la realización actual muestra el cabezal acústico 120 entregando el flujo de aire 1355 y ondas acústicas 250 al primer lado 1310 del material 1300. En la realización actual, el segundo lado 1320 del material 1300 con el revestimiento o la superficie del material a secar se muestra soportado por una superficie de registro 161 del sistema transportador 159 y mirando en dirección opuesta al cabezal acústico 120. En este caso, la superficie de registro 161 está definida por la superficie de la cinta transportadora 160 de la unidad de suministro de material 150 que está orientada hacia el cabezal acústico 120. Cuando se utiliza, la superficie de registro 161 es la superficie que soporta el material 1300 a la distancia de separación deseada del cabezal acústico 120.

Las entradas al panel de control 260 son lecturas de presión 285 en la salida del ventilador del soplador 275 y lecturas de temperatura del aire 290 en el calentador 280. Basándose en el material 1300 y / o el revestimiento 1330 que se están secando, la presión del aire, la temperatura del aire 292 y la fuerza de las ondas acústicas 250 en la superficie del material 1300 u otras características del sistema, pueden controlarse en el panel de control 260. El motor del soplador 270, el ventilador del soplador 275, el calentador 280, un conducto de entrada 266 y la entrada de aire de suministro 130 del cabezal acústico 120 constituyen la unidad de suministro de aire 265.

En la Fig. 3 se muestra una vista lateral de una realización de un conjunto secador 110 del sistema de la Fig. 1 que incluye unidad de suministro de aire 265 y cabezal acústico 120. El motor del soplador 270, integrado en la realización actual con el ventilador del soplador 275, empuja el flujo de aire 1351 a través del conducto de entrada 266 hasta que entra en la entrada de aire de suministro 130 como flujo de aire 1352. Las ondas acústicas 250 y el flujo de aire 1355 se muestran saliendo del cabezal acústico 120 del recinto de suministro de aire 420 (mostrado en la Figura 4). Después de golpear el primer lado 1310 del material 1300, cualquier aire que no se mezcle con el aire ambiente que rodea el conjunto secador 110 se lleva al recinto de retorno de aire 410 del cabezal acústico 120 y a través de la salida de retorno de aire 145 y al conducto de salida 267 como resultado de una presión negativa dentro del conducto de salida 267 o una presión dentro del conducto de salida 267 que es lo suficientemente baja como para atraer el flujo de aire 1356 hacia la cavidad entre el recinto de aire de retorno 410 y el recinto de aire de entrega 420, donde se convierte en flujo de aire 1357 y luego se convierte en flujo de aire 1358 al entrar en el conducto de salida 267. Superpuesto sobre el conjunto secador 110 en la Fig. 3 hay una representación de la forma de onda acústica 255 con amplitud "A". Como se explicó anteriormente, la distancia de separación D entre el cabezal acústico 120 y el material 1300 (ver Figura 2) es ajustable en base a aquello que maximiza la amplitud de la onda acústica 250 cuando golpea la porción del material 1300 que se está secando (como se ha discutido anteriormente y mostrado en la Fig.3). También, como se explicó anteriormente, D1 y D2 representan dos valores distintos para D que maximizan la amplitud "A" de las ondas acústicas 250 cuando chocan con el material 1300 espaciado a una distancia de L1 o L2 del cabezal acústico 120, respectivamente. El material 1300 se muestra a una distancia de separación L2 en la realización actual.

En la figura 4 se muestra una vista desde un extremo de una realización del cabezal acústico 120 del conjunto secador 110. Una entrada de aire de suministro 130 se extiende a través de un extremo del recinto de retorno de aire 410, que define la capa más exterior del cabezal acústico 120. La entrada de aire de suministro 130 se muestra con una sección transversal redonda, sin embargo, otras formas se consideran parte de esta descripción, que incluyen, entre otras, secciones transversales cuadradas, rectangulares y poligonales. En la superficie superior y unida al recinto de retorno de aire 410 se encuentra la salida de aire de retorno 145. Con líneas de puntos en la Fig. 4 se muestra el recinto de suministro de aire 420 soportado dentro del recinto de retorno de aire 410 con espaciadores laterales inferiores 430a-d (430b-c mostrados en la figura 6) y espaciadores laterales superiores 435a-f (435b-e mostrados en la figura 6). También se muestran mediante líneas ocultas en la parte inferior del cabezal acústico 120 tres transductores ultrasónicos 1000 y espaciadores verticales 445 a-d (445b mostrado en la Figura 5 y 445c no mostrado). Una pluralidad de sujetadores 450, 460 y 470 unen los espaciadores laterales inferiores 430a-d, los espaciadores laterales superiores 435a-f y los espaciadores verticales 445a-d al recinto de suministro de aire 420 y al recinto de retorno de aire 410. Un número distinto de los números de transductores ultrasónicos 1000, espaciadores laterales inferiores 430, espaciadores laterales superiores 435 y espaciadores verticales 445 mostrados en la Fig. 4 están presentes en varias realizaciones distintas.

En la FIG. 5 se muestra una vista lateral de la misma realización anterior del cabezal acústico 120 del conjunto secador 110. Se muestra el recinto de suministro de aire 420 (mostrado con líneas ocultas) anidado dentro del recinto de retorno de aire 410. Soportando la parte inferior del recinto de suministro de aire 420 están los espaciadores verticales 445 a-d. Estos espaciadores aseguran que la parte inferior del recinto de suministro de aire 420 permanezca plana. Mostrada con líneas ocultas, esta misma parte inferior también incluye tres transductores ultrasónicos 1000 y también espaciadores laterales superiores 435a, b, c.

En la FIG. 6 se muestra una vista desde abajo del cabezal acústico 120 del conjunto secador 110. Se muestra el recinto de suministro de aire 420 anidado (y centrado en esta vista) dentro del recinto de retorno de aire 410.

Ubicando el recinto de suministro de aire 420 dentro del recinto de retorno de aire 410 se encuentran los espaciadores verticales 445a-d, los espaciadores laterales superiores 435a-f, los espaciadores laterales inferiores 430a-d y los espaciadores extremos 440a-d. Cada uno de estos espaciadores asegura que el recinto de suministro de aire 420 permanezca soportado dentro del recinto de retorno de aire 410. También se muestran tres transductores ultrasónicos 1000. Cada transductor ultrasónico es alargado y se monta en una ranura acústica definida en un panel inferior 422, cada ranura acústica estando dimensionada para proporcionar espacio para las ondas acústicas 250 del correspondiente transductor ultrasónico. Tanto el recinto de suministro de aire 420 como el recinto de retorno de aire 410 del cabezal acústico 120 son de forma sustancialmente rectangular en la realización actual, pero en otras varias realizaciones el recinto de suministro de aire 420, o el recinto de retorno de aire 410 del cabezal acústico 120, o ambos, no son de forma sustancialmente rectangular y la descripción de una forma sustancialmente rectangular no debe considerarse limitante de la presente descripción.

En la Fig. 7 se muestra una vista desde un extremo del recinto de suministro de aire 420 del cabezal acústico 120 del conjunto secador 110. La entrada de aire de suministro se extiende en el interior del recinto de suministro de aire 420. Sosteniendo el panel inferior 422 del recinto de suministro de aire 420 hay espaciadores verticales 445a, y espaciadores de extremo 440a, d. Mostrados de nuevo en líneas ocultas, esta misma parte inferior también incluye los tres transductores ultrasónicos 1000.

En la Fig. 8 se muestra una vista lateral del recinto de suministro de aire 420 del cabezal acústico 120 del conjunto secador 110. Unida a la izquierda del recinto de suministro de aire 420 está la entrada de aire de suministro 130. Sosteniendo el panel inferior 422 del recinto de suministro de aire 420 hay espaciadores verticales 445 a, b.

En la Fig. 9 se muestra una vista inferior del recinto de suministro de aire 420 del cabezal acústico 120 del conjunto secador 110. Se muestra de nuevo el panel inferior 422 del recinto de suministro de aire 420 y los tres transductores ultrasónicos 1000.

En la FIG. 10 se muestra una realización del transductor ultrasónico 1000. Este transductor ultrasónico 1000 también se muestra en la Publicación de Patente de Estados Unidos No. 2010-0199510, publicada el 12 de diciembre de 2010, antes mencionada. El transductor ultrasónico 1000 incluye dos paredes 1036 y dos tapas de extremo 1038 que mantienen las paredes 1036 en su lugar separadas entre sí para formar una ranura o paso de aire 1040. El transductor ultrasónico 1000 es alargado en la realización actual, teniendo una longitud entre las tapas de los extremos 1038 mayor que la anchura de cada tapa de los extremos 1038. En varias realizaciones, las paredes 1036 definen, cada una, una superficie interior 1042 con dos surcos 1044 que se extienden a lo largo de toda la longitud de las paredes 1036, con los surcos 1044 de una pared 1036 opuestos a los surcos 1044 de la otra pared 1036. Cuando el flujo de aire 1353 se fuerza a través del paso de aire 1040, los surcos 1044 inducen las ondas acústicas 250 en el flujo de aire 1354 que pasa a través y el flujo de aire 1355 que sale del transductor ultrasónico 1000. El transductor ultrasónico 1000 representado está diseñado para ser operable y producir de manera rentable ciertos niveles de decibelios deseados, como se describe a continuación. Las ondas acústicas 250 son ultrasónicas en la realización actual, pero en varias realizaciones las ondas acústicas 250 no son ultrasónicas y la divulgación de ondas ultrasónicas no debe considerarse limitante de la presente divulgación.

En varias realizaciones, el transductor ultrasónico 1000 tiene más o menos surcos 1044, surcos 1044 más o menos profundos, surcos 1044 de diferentes formas, surcos 1044 que no se extienden a toda la longitud de las paredes 1036, un mayor espaciado entre los surcos 1044 en las mismas pared 1036, o un mayor espacio entre las paredes 1036. En otras realizaciones, el transductor ultrasónico 1000 tiene un paso de aire en forma de U 1040 que induce las ondas acústicas 250. Y en otras realizaciones más, el transductor ultrasónico 1000 se proporciona mediante otro diseño de transductor neumático y / o mediante un transductor ultrasónico operado eléctricamente.

En varias realizaciones, el transductor ultrasónico 1000 puede operarse para producir ondas acústicas 250 de frecuencia fija en el rango de presión de sonido ultrasónico de aproximadamente 120 dB a aproximadamente 190 dB en la superficie de la interfaz del material 1300 que se está tratando, aunque pueden estar presentes otros rangos de decibelios en varias realizaciones. En varias realizaciones, el transductor ultrasónico 1000 está diseñado para producir ondas acústicas 250 en el rango de presión sonora de aproximadamente 130 dB a aproximadamente 185 dB en la superficie de la interfaz del material 1300 que se está tratando, más preferiblemente de aproximadamente 160 dB a aproximadamente 185 dB, y en otras diversas realizaciones de aproximadamente 170 dB a aproximadamente 180 dB. Estos son los niveles de decibelios en la superficie de la interfaz del material 1300, no necesariamente el rango de nivel de decibelios de salida del transductor ultrasónico 1000. En realizaciones comerciales típicas, el transductor ultrasónico 1000 se selecciona para generar hasta aproximadamente 170 a aproximadamente 190 dB, aunque se podrían usar transductores de más o menos dB.

La intensidad del sonido (incluida la intensidad del ultrasonido) se disipa proporcionalmente con el cuadrado de la distancia, por lo que cuanto más cerca se coloca el transductor ultrasónico 1000 del material 1300, más bajo en el rango de dB puede ser el nivel de dB generado por el transductor. Muchas aplicaciones, por la naturaleza del proceso, requieren una distancia de separación D de transductor a material de aproximadamente 4 mm a aproximadamente 100 mm como se indicó anteriormente, aunque otras distancias de separación D están presentes en diversas realizaciones. Cuanto mayor sea la distancia de separación D, mayor será el nivel de dB que generalmente debería generar el transductor ultrasónico para obtener el nivel de dB necesario en la superficie de la interfaz del material 1300. Además, los niveles de dB por encima del extremo superior del rango de dB podrían usarse 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 los humanos no podrían estar presentes de manera segura, o al menos cómodamente, en el área de trabajo.

Como se muestra en la Fig. 3, la parte inferior del cabezal acústico 120 que contiene el transductor ultrasónico 1000 se coloca con su salida 1046 (desde la cual se emiten las ondas acústicas 250) separada de la superficie de la interfaz del material 1300 a secar por una distancia de separación D. La distancia de separación D es aproximadamente (A) (n / 4), donde "A" es la longitud de onda de las ondas acústicas 250 y "n" es preferiblemente un número entero impar (1,3, 5, 7, etc.). De esta manera, cuando las ondas acústicas 250 alcanzan la superficie de la interfaz del material 1300, están aproximadamente en la amplitud máxima A, lo que maximiza la ruptura de la capa límite y da como resultado velocidades de evaporación de agua / disolvente aumentadas. Para oscilaciones u ondas de frecuencia relativamente más baja, la distancia de separación D es preferiblemente tal que "n" sea 1 o 3, y más preferiblemente tal que "n" sea 1, de modo que la distancia de separación D se minimice. Para oscilaciones u ondas de frecuencia relativamente más alta, "n" puede ser un número entero impar mayor. En varias realizaciones, la distancia de separación D es tal que "n" está en el rango de más (+) o menos (-) 0,5 de un número entero impar (0,5 a 1,5, 2,5 a 3,5, 4,5 a 5,5, 6,5 a 7,5, etc.). En otras palabras, las oscilaciones u ondas están en los rangos de 45 a 135 grados, 225 a 315 grados, etc. En otras realizaciones, la distancia de separación D es tal que "n" está en el rango de más (+) o menos (-) 0,25 de un número entero impar (es decir, 0,75 a 1,25, 2,75 a 3,25, 4,75 a 5,25, 6,75 a 7,25, etc.). En otras palabras, las oscilaciones u ondas están en los rangos de 67,5 a 157,5 grados, 247,5 a 337,5 grados, etc. De esta manera, cuando las ondas acústicas 250 alcanzan la superficie de interfaz del material 1300, aunque no estén en la amplitud máxima A de la forma de onda acústica 255, todavía están lo suficientemente cerca de ella (y dentro de los rangos de decibelios factibles y / o preferidos) para una interrupción aceptable de la capa lím ite.

Para que el transductor ultrasónico 1000 esté separado del material 1300 de esta manera, el cabezal acústico 120 puede estar provisto de una superficie de registro 161 para fijar la distancia de separación D. En varias realizaciones, la superficie de registro 161 puede ser proporcionada por un la hoja plana y el material 1300 se pueden transportar a través de ella sobre una cinta transportadora 160 accionada por rodillos accionadores antes y después de la hoja. En varias otras realizaciones, la superficie de registro 161 puede ser proporcionada por uno o más rodillos que soportan el material 1300 directamente, por una cinta transportadora 160 que soporta el material 1300, o por otra superficie conocida por los expertos en la técnica. En cualquier caso, la superficie de registro 161 está espaciada la distancia de separación D del transductor ultrasónico 1000 (o colocada ligeramente más que la distancia de separación D del transductor ultrasónico para tener en cuenta el espesor del material 1300 y la cinta transportadora 160). Las realizaciones sin una superficie de registro 161 se utilizan a menudo cuando el material 1300 está basado en una banda, de otro modo autoportante o tensado mediante mecanismos tensores convencionales. En varias realizaciones, el material 1300 se estirará a través de una superficie de registro 161 de la misma manera que el material 1300 dentro del soporte 1100 mantiene el material 1300 en tensión. En otras realizaciones, el mecanismo tensor incluirá poleas locas que mantienen la tensión en un material 1300' (mostrado en la Figura 12 y alimentado desde un rodillo desenrollador 1210) durante el proceso de secado o incluirá el control de la rotación y de la velocidad de un rodillo desenrollador 1210 ( mostrado en la Fig. 12) y la rotación y velocidad de un rodillo de rebobinado 1230 (mostrado en la Fig. 12) o controlando una combinación de estos y otros factores. En varias realizaciones en las que no se usa una superficie de registro 161, el mecanismo tensor incluirá poleas locas, que mantienen la tensión en el material 1300 durante el proceso de secado o incluirán el control de la rotación y velocidad del rodillo de desenrollado 1210 y del rodillo de rebobinado 1230, o controlando una combinación de estos y otros factores.

Como se indicó anteriormente, el cabezal acústico 120 puede estar provisto del mecanismo de soporte y posicionamiento 220 antes mencionado para mantener o ajustar la distancia de separación D entre el transductor ultrasónico 1000 y el material 1300. El mecanismo de soporte y posicionamiento 220 puede ser proporcionado por dispositivos convencionales que incluyen, pero no se limitan a, engranajes de piñón y cremallera, engranajes de tornillo o sujetadores mecánicos. El mecanismo de soporte y posicionamiento 220 puede diseñarse para mover el recinto de suministro de aire 420, el recinto de retorno de aire 410 y uno o más transductores ultrasónicos 1000 de cabezal acústico 120 más cerca o más lejos del material 1300 moviendo el cabezal acústico 120 o moviendo el material 1300 o moviendo tanto el cabezal acústico 120 como el material 1300.

Para producir consistentemente los niveles precisos de decibelios en la superficie de la interfaz del material 1300, se proporciona un método de fabricación y / o instalación del cabezal acústico 120. El método incluye calibrar el cabezal acústico 120 para los niveles de decibelios deseados. Primero, la distancia de separación D se calcula basándose en la frecuencia del transductor ultrasónico 1000 seleccionado. Por ejemplo, un transductor ultrasónico 1000 con una frecuencia de funcionamiento de 33.000 Hz tiene una longitud de onda de aproximadamente 0,8382 cm (0,33 pulgadas) a una temperatura fija, por lo que las distancias de separación aceptables D incluyen (0,8382 cm) (3/4) igual a 0,653 cm (0,25 pulgadas) y (0,8382 cm) (5 / 4) igual a 1,0414 cm (0,41 pulgadas), según la fórmula D es igual a (A) (n / 4). De manera similar, un transductor ultrasónico 1000 con una frecuencia de funcionamiento de 33 kHz tiene una longitud de onda de aproximadamente 1,0414 cm (0,41 pulgadas), por lo que las distancias de separación aceptables D incluyen (1,0414 cm) (3/4) igual a 0,7874 cm (0,31 pulgadas) y (1,0414 cm) (5/4) igual a 1,2954 cm (0,51 pulgadas).

Luego, el transductor ultrasónico 1000 se coloca a la distancia de separación calculada D desde el primer lado 1310 del material 1300 (o desde la cinta transportadora 160 que llevará el material 1300, o desde la superficie de registro 161). A continuación, se coloca un dispositivo de entrada de sonido (por ejemplo, un micrófono, no mostrado) en el material 1300 (o en la cinta transportadora 160 que llevará el material 1300, o en la superficie de registro 161, o en la distancia de separación D del transductor ultrasónico 1000). El dispositivo de entrada de sonido está conectado a un acondicionador de señal (no mostrado). El dispositivo de entrada de sonido y el acondicionador de señal se utilizan para medir la onda de presión del aire (es decir, las ondas acústicas 250) en libras de fuerza por pulgada cuadrada (psig) y convertirla en decibelios (dB). Por ejemplo, entre otros, a una temperatura de 48,8889°C (120 ° F) y un caudal de 10,668 m/s (35 pies / s), una onda de sonido medida a 5 psig se convierte en 185 dB. Los micrófonos y acondicionadores de señal adecuados están disponibles comercialmente de Endevco Corporation (San Juan Capistrano, CA) y de Bruel & Kjer (Suiza).

Una vez que se ha determinado este nivel de decibelios de referencia, el cabezal acústico 120 se puede ajustar para una máxima eficacia. Por ejemplo, entre otros, el mecanismo de soporte y posicionamiento 220 puede ajustarse para alterar la distancia de separación preestablecida D para ver si el nivel de decibelios aumenta o disminuye a la distancia de separación alterada D. Si disminuye, entonces la distancia de separación D preestablecida era precisa para producir la amplitud máxima A, y se utiliza esta distancia de separación. Pero si aumenta, entonces la distancia de separación alterada D se usa como la nueva línea de base y la distancia de separación D se ajusta nuevamente. Este proceso de ajuste fino se repite hasta que se encuentra la amplitud máxima A dentro del rango de diseño. El ajuste de la distancia de separación D por el mecanismo de soporte y posicionamiento 220 se puede realizar mediante la manipulación directa del mecanismo de soporte y posicionamiento 220 o se puede realizar mediante control electrónico automático basado en una o más entradas que incluyen, entre otras, la velocidad del transportador, el tipo de sistema de revestimiento, el diámetro de la barra de revestimiento en el caso de un sistema de revestimiento de barras, especificación del sustrato, espesor del sustrato, especificación del revestimiento, espesor del revestimiento, fuerza de la onda acústica, presión del aire, velocidad del aire y temperatura del aire.

Además, debido a que la realización representada incluye un transductor ultrasónico de tipo neumático 1000, se puede operar para producir los niveles de decibelios deseados ajustando el caudal del flujo de aire de entrada 1350. Entonces, si el nivel de decibelios de referencia no está en el rango deseado, entonces la tasa de flujo de aire de entrada 1350 se puede ajustar (por ejemplo, aumentando la velocidad del ventilador o soplador) hasta que el nivel de decibelios del flujo de aire 1355 esté en el rango deseado. El mismo procedimiento se puede aplicar a transductores ultrasónicos alimentados eléctricamente. Se pueden hacer ajustes similares con un amplificador de señal, cuando se utilizan transductores ultrasónicos eléctricos.

En la Fig. 11 se muestra un soporte 1100 utilizado para sujetar el material 1300 como parte del sistema de secado acústico 100. La mitad superior del soporte 1100 incluye el bastidor frontal superior 1120, el bastidor superior izquierdo 1121, el bastidor superior derecho 1123 y el bastidor superior trasero 1122, que juntos definen una abertura en el centro. La mitad inferior del soporte 1100 incluye el bastidor delantero inferior 1110, el bastidor inferior izquierdo 1111, el bastidor trasero inferior 1112 y el bastidor inferior derecho 1113, que juntos también definen una abertura en el centro. Las mitades superior e inferior del soporte 1100 se pueden unir mediante una bisagra como se muestra o se pueden unir con cualquier número de otros sujetadores, incluidos, entre otros, cinta, tornillos y clips. En la realización que utiliza tal soporte 1100 (sistema de secado acústico 100, por ejemplo), el material 1300 se mantiene en tensión, cuya importancia se ha descrito anteriormente en la descripción, asegurando cada lado del material 1300 a las mitades superior e inferior del soporte 1100 con cinta o con uno o más sujetadores, incluidos, entre otros, clips, broches, tornillos e imanes.

En varias realizaciones, esto dará como resultado que el material 1300 quede expuesto donde la abertura se define en la sujeción superior del soporte 1100 y en la mitad inferior del soporte 1100. El soporte 1100 se usa en varias realizaciones para secar muestras o pequeñas porciones de material 1300 donde no es deseable recubrir y secar un rollo de material 1300.

En la Fig. 12 se muestra una segunda realización de un sistema 1200 de secado acústico. Al salir del rodillo de desenrollado 1210, el material 1300' se reviste mediante un sistema de revestimiento 1240. El sistema de revestimiento 1240 puede incluir cualquiera de varios procesos de revestimiento de rollo a rollo que hacen uso de un revestidor de huecograbado, un revestidor de troquel ranurado, un revestidor de rodillo, un revestidor de cortina, un revestidor de cuentas o una barra de revestimiento Mayer. Basado en un artículo de Herbert B. Kohler de The Kohler Coating Machinery Corporation, titulado "Modern Rod Coaters", un proceso típico de revestimiento de barra Mayer, desarrollado inicialmente por Charles W. Mayer a principios de 1900, aplica un revestimiento uniforme a un sustrato o "banda" de la siguiente manera:

1. Una barra de revestimiento redonda aplica el exceso de material de revestimiento (de 3 a 10 veces el peso de la capa final deseado) a una banda con un rodillo aplicador accionado por un accionador ajustable de velocidad variable que recoge el material de revestimiento de una bandeja de aplicación situada debajo el rodillo aplicador. 2. Un conjunto de limpiadores de bordes o "deckles" en el rodillo aplicador limpian el exceso de material de revestimiento de la superficie de la banda en los bordes de la banda.

3. La banda, mantenida en tensión, se hace pasar sobre una barra enrollada de alambre, cuyo tamaño de alambre determina el peso final de la capa y que generalmente se acciona de forma independiente en contra de la dirección del movimiento de la banda.

4. La ranura entre los alambres de la barra enrollada permite que una cantidad predeterminada de material de revestimiento permanezca en la banda, mientras que el exceso de material de revestimiento cae en una bandeja de recogida, donde el exceso de material de revestimiento normalmente se desairea y se filtra para eliminar los contaminantes antes de devolverlos a la bandeja de aplicación.

5. La tensión superficial del material de revestimiento hace que el material de revestimiento se extienda uniformemente por la superficie de la banda para formar un revestimiento antes del secado.

Estos pasos variarán ligeramente o pueden no estar presentes en varias realizaciones, dependiendo del equipo que se utilice y según la aplicación. Es posible que se agreguen pasos adicionales al proceso. Para otros métodos de revestimiento, los pasos a seguir pueden ser completamente diferentes. Además de los procesos de revestimiento de rollo-a-rollo enumerados anteriormente, se utilizarán otros procesos de revestimiento en varias realizaciones que incluyen, entre otros, métodos de deposición de vapor, revestimiento por conversión, recubrimiento, pulverización y métodos de revestimiento rollo-a-rollo distintos de los ya mencionados.

Lo que a veces es importante en la selección de un método de revestimiento y un espesor de revestimiento es la selección de un método de revestimiento que aplicará el espesor de revestimiento deseado de tal manera que cumpla con los requisitos estéticos y funcionales de ese revestimiento 1330. Los requisitos estéticos pueden exigir que se apliquen de manera uniforme al sustrato 1305 uno o más colores, uno o más patrones, texto o cualquier número de acabados, incluidos, entre otros, los acabados descritos como brillo, satinado o mate en una gran cantidad de producto y en varias series de producción distribuidas en el tiempo. Los requisitos funcionales pueden dictar que el revestimiento 1330 o un material 1300 sin el revestimiento 1330 que, no obstante, se está secando, pueda exhibir de manera constante cierta adherencia, humectabilidad, resistencia a la corrosión, resistencia al desgaste, conductividad eléctrica, aislamiento eléctrico u otras propiedades físicas después de que el revestimiento se haya secado lo suficiente.

En varias realizaciones, el material 1300' se transporta y se mantiene tensado a través de los rodillos locos 1250a-f. Entre los rodillos locos 1250b-f, una serie de cuatro cabezales acústicos 120' secan sucesivamente el material 1300', ahora con revestimiento 1330', hasta el punto en el que el material 1300' se une a un papel desprendible 1225 de un rollo de papel desprendible 1220. El rollo de rebobinado 1230 tira tramos de material 1300' desde el rollo de desenrollado 1210 y el rollo de papel desprendible 1220 a través de los rollos 1260a-c. En varias realizaciones, el papel desprendible 1225 se omite o puede estar hecho de algún material distinto del papel desprendible 1225 que logrará un propósito similar o tendrá una estructura similar a la del papel desprendible 1225. El rodillo loco 1250g ayuda a proporcionar tensión en el papel desprendióle 1225 antes de que el papel desprendióle 1225 se combine con el material 1300'.

En la Fig. 13 se muestra una vista detallada del cabezal acústico 120' en el sistema de secado acústico 1200. El cabezal acústico 120' se muestra encarando el primer lado 1310' del material 1300'. El revestimiento 1330', la parte a secar, está orientada en la dirección opuesta, por lo que está en una posición para ser secada indirectamente por el cabezal acústico 120'.

Cabe señalar que el lenguaje condicional, como, entre otros, "puede" o "podría", a menos que se indique específicamente lo contrario, o se entienda de otra manera dentro del contexto de su uso, generalmente tiene la intención de transmitir que ciertas realizaciones incluyen, mientras que otras realizaciones no incluyen, ciertas características, elementos y / o pasos. Por lo tanto, dicho lenguaje condicional no pretende generalmente implicar que las características, elementos y / o pasos sean requeridos de alguna manera para una o más realizaciones particulares o que una o más realizaciones particulares incluyan necesariamente lógica para decidir, con o sin entrada o indicación del usuario si estas características, elementos y / o pasos están incluidos o vayan a realizarse en cualquier realización particular.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Un sistema para secar indirectamente un revestimiento, comprendiendo el sistema (100):

un material (1300, 1300'), teniendo el material (1300, 1300') una banda continua que define un sustrato (1305), definiendo el sustrato un primer lado y un segundo lado, el segundo lado opuesto al primer lado, comprendiendo además el material (1300, 1300') un revestimiento (1330, 1330') para ser secado, cubriendo el revestimiento (1330, 1330') al menos parcialmente el segundo lado;

al menos un cabezal acústico (120, 120'), incluyendo el al menos un cabezal acústico (120, 120') al menos un transductor ultrasónico (1000) encarando únicamente el primer lado del material (1300, 1300'); y

un recinto de suministro de aire (420), en el que el recinto de suministro de aire (420) también está posicionado encarando el primer lado del material (1300, 1300'),

caracterizado porque cada uno del al menos un cabezal acústico (120, 120') está dispuesto de tal modo que aire acústico es direccionado al primer lado del material (1300, 1300') y porque se conduce energía acústica a través del sustrato para mejorar una trasferencia termal y de masa en la interfaz entre el revestimiento (1330, 1330') y el medio gaseoso circundante.

2. El sistema de la reivindicación 1, en el que el sustrato tiene un espesor en el rango de 10 micrómetros a 2000 micrómetros.

3. El sistema de la reivindicación 1, en el que el sustrato comprende chapa metálica, lámina, tereftalato de polietileno, cloruro de polivinilideno, cloruro de polivinilo, polipropileno, butiral de polivinilo o papel.

4. El sistema de la reivindicación 1, en el que el revestimiento (1330, 1330') tiene un espesor de al menos 5 micrómetros.

5. El sistema de la reivindicación 1, en el que la distancia de separación entre el transductor de ultrasonidos y el primer lado del material (1330, 1330') es de entre 4 mm y 100 mm.

6. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además una unidad de suministro de material (150), incluyendo la unidad de suministro de material un sistema transportador (159), el sistema transportador (159) adaptado para transportar el material (1300, 1300') más allá del cabezal acústico, sujetando el sistema transportador (195) el material (130, 1300') con respecto al cabezal acústico (120, 120') a una distancia de separación.

7. El sistema de la reivindicación 6, en el que la distancia de separación entre el cabezal acústico (120, 120') y el material (1300, 1300') es ajustable.

8. El sistema de la reivindicación 7, en el que la distancia de separación entre el cabezal acústico (120, 120') y el material (1300, 1300') se puede ajustar mediante un control electrónico automático basado en entradas que definen la velocidad del transportador, el tipo de sistema de revestimiento (1240), el diámetro de barra de revestimiento, la especificación del sustrato, el espesor del sustrato, la especificación del revestimiento, el espesor del revestimiento, fuerza de la onda acústica, presión del aire, velocidad del aire o temperatura del aire.

9. El sistema de la reivindicación 1, que comprende además un sistema de revestimiento (1240) adaptado para aplicar el revestimiento (1330, 1330') sobre el sustrato, incluyendo el sistema de revestimiento (1240) uno de un revestidor de huecograbado, un revestidor de troquel ranurado, un revestidor de rodillo, un revestidor de cortina, un revestidor de cuentas o una barra de revestimiento Mayer.

10. El sistema de la reivindicación 1, en el que la unidad de suministro de aire (150) suministra aire del ambiente al primer lado del material (1300, 1300').

11. Un método para secar indirectamente y curar un revestimiento sobre un material, comprendiendo el método:

aplicar un revestimiento (1330, 1330') para ser secado a un sustrato para formar un material (1300, 1300'), comprendiendo el material una banda continua que tiene un primer lado y un segundo lado, el segundo lado opuesto al primer lado, el revestimiento (1330, 1330') para ser secado cubriendo al menos parcialmente el segundo lado, comprendiendo el revestimiento (1330, 1330') sólidos y una masa líquida, en el que

al menos un cabezal acústico (120, 120') está posicionado encarando el primera lado del material (1300, 1300'), y en el que el método comprende además:

mover el material (1300, 1300') en una dirección transversal con respecto al al menos un cabezal acústico (120, 120'), incluyendo el al menos un cabezal acústico (120, 120') un transductor ultrasónico;

pasar aire a través del transductor ultrasónico para generar ondas acústicas; y

secar el material (1300, 1300') usando las ondas acústicas de manera que la masa líquida del revestimiento (1330, 1330') se evapore, caracterizado porque cada uno del al menos un cabezal acústico (120, 120') está dispuesto de tal manera que se dirige aire acústico al primer lado del material (1300, 1300') y que se conduce energía acústica a través del sustrato para mejorar una transferencia termal y de masa en la interfaz entre el revestimiento (1330, 1330') y el medio gaseoso circundante.

12. El método de la reivindicación 11, en el que se aplica una fuerza de tracción al material (1300, 1300') para mantener el material (1300, 1300') en tensión durante el secado, teniendo el material (1300, 1300') un ancho de banda, siendo aplicada la tensión hasta que el revestimiento (1330, 1330') alcanza un nivel de contenido de humedad deseado, estando la tensión en un rango de 0,5 libras por pulgada lineal de ancho de banda a 4 libras por pulgada lineal de ancho de banda.

13. El método de la reivindicación 11, en el que el método comprende además el paso de suministrar aire forzado desde la unidad de suministro de aire al primer lado del material (1300, 1300').