ES2899450T3 - Procedimiento y medios para la preparación de soluciones a partir de sustancias químicas secas - Google Patents

Procedimiento y medios para la preparación de soluciones a partir de sustancias químicas secas Download PDF

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Abstract

Aparato (1) para la preparación de una solución química, que comprende: un cuerpo envolvente inferior (2) que tiene una base (17), una placa superior (12) y una pared lateral (11), extendiéndose la pared lateral hacia arriba desde la base hasta la placa superior, teniendo la placa superior una abertura central en la misma de modo que la placa superior tiene una forma anular; un cuerpo envolvente superior (3) que tiene una pared lateral (13), estando un extremo inferior de dicha pared lateral conectado a la placa superior; una rejilla (10) montada sobre la placa superior y que cubre la abertura central, formando la rejilla al menos una parte de un límite inferior de una cámara superior dentro del cuerpo envolvente superior; una pared (4) en el interior del cuerpo envolvente inferior, estando dicha pared interior conectada a la base y extendiéndose hacia una parte superior del cuerpo envolvente inferior, dividiendo la pared interior de este modo el interior del cuerpo envolvente inferior en una cámara (6) central interna y una cámara (7) anular externa, teniendo al menos una parte (5) de dicha pared interior una altura reducida para permitir que el fluido fluya desde la cámara interna a la cámara externa; una boquilla (15) dispuesta en la cámara interna para descargar fluido (60) dentro de la cámara interna hacia la rejilla, para hacer que la superficie del fluido (61) en la cámara interna se eleve localmente en una parte (62) de dicha superficie; y un puerto de salida (18) en la pared lateral del cuerpo envolvente inferior para conducir la solución química fuera de la cámara externa; en el que la cámara interna es sustancialmente cilíndrica y dicha boquilla está dispuesta verticalmente en una parte central de la cámara interna, de modo que dicha parte localmente elevada de dicha superficie está por encima de la parte central de la rejilla; caracterizado por que dicha boquilla comprende un eductor orientado de manera que descarga fluido verticalmente hacia arriba hacia la rejilla; y teniendo el eductor puertos (42) de entrada de fluido efectivos para crear un efecto Venturi y de este modo extraer fluido de la cámara interna hacia el eductor.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y medios para la preparación de soluciones a partir de sustancias químicas secas
CAMPO DE LA INVENCIÓN
Esta invención se refiere al tratamiento del agua y, más en particular, a un aparato para la preparación de una solución química, según el preámbulo de la reivindicación 1. Un ejemplo de dicho aparato se da a conocer mediante la Patente WO 03/047715 A.
ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR A LA INVENCIÓN
El tratamiento del agua es necesario en una diversidad de aplicaciones. El agua sin tratar proporciona un entorno propicio al crecimiento de bacterias, algas y otros organismos no deseables y potencialmente insalubres. Se ha vuelto una práctica común tratar el agua de forma periódica o continua, introduciendo sustancias químicas de tratamiento para controlar tales organismos.
Se han desarrollado alimentadores de sustancias químicas para poner el agua en contacto con sustancias químicas de tratamiento sólidas y secas de modo que el material químico se disuelva en el agua de una manera controlada. En una aplicación habitual de un alimentador de sustancias químicas, el alimentador disuelve gránulos sólidos de hipoclorito de calcio (hipo cal) para introducir cloro en la corriente de agua; la cantidad de cloro en el agua se expresa generalmente como la concentración de cloro libre disponible (FAC, del inglés Free Available Chlorine). Un diseño efectivo de alimentador debe proporcionar una disolución a una tasa deseada, de modo que mantenga la concentración de FAC deseada, a la vez que evita depósitos o residuos indeseables; esto es especialmente importante en el caso del hipoclorito cálcico que produce depósitos de carbonato cálcico. En particular, es deseable implementar un alimentador de sustancias químicas que pueda liberar continuamente una alta concentración de FAC durante un periodo prolongado de funcionamiento no atendido.
En la Patente WO03/047715 se da a conocer un dispositivo alimentador para introducir una sustancia química en un flujo de agua. El dispositivo alimentador incluye una entrada del alimentador y una salida del alimentador, un depósito de la sustancia química en forma sólida que tiene una parte inferior foraminada, un primer conducto que tiene una salida y está en comunicación con la entrada del alimentador, al menos, en una primera situación del alimentador, una pared que rodea la salida del conducto y que se extiende hacia arriba de la misma y una cámara de salida que recibe el exceso de flujo que contiene la sustancia química disuelta y está en comunicación con la salida del alimentador.
CARACTERÍSTICAS RESUMIDAS DE LA INVENCIÓN
Según la invención, se da a conocer un aparato que tiene las características de la reivindicación 1. La reivindicación 15 está dirigida a un procedimiento de utilización del aparato según la reivindicación 1.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de un aparato para disolver sustancias químicas secas, según una realización de la invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva de la pared de la cámara interna del aparato de la figura 1.
La figura 3 es una vista de detalle del soporte de rejilla en el aparato de la figura 1.
La figura 4 ilustra detalles de un eductor utilizado en el aparato de la figura 1.
La figura 5 ilustra esquemáticamente la preparación de una solución a partir de sustancias químicas secas, utilizando el aparato de la figura 1.
La figura 6 es una vista esquemática en sección transversal de un aparato para disolver una cantidad mayor de sustancias químicas secas, según otra realización de la invención.
La figura 7 es una vista, en perspectiva, del cono de la cámara superior del aparato de la figura 6.
La figura 8 ilustra una disposición alternativa del eductor y la entrada del mismo, según una realización adicional de la invención.
La figura 9 es un gráfico que muestra las concentraciones de cloro libre disponible (FAC) obtenidas con un alimentador de sustancias químicas que representa la invención con diversos caudales de agua.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La figura 1 ilustra un aparato para disolver sustancias químicas secas (un alimentador de sustancias químicas 1) según una realización de la invención. El alimentador 1 tiene un cuerpo envolvente inferior 2 y un cuerpo envolvente superior 3. (Los componentes del alimentador 1, incluyendo los cuerpos envolventes 2, 3, se muestran como cilindros circulares; se comprenderá que realizaciones alternativas de la invención pueden tener formas distintas a la de cilindros circulares). El cuerpo envolvente inferior 2 tiene una pared lateral exterior 11, una placa superior 12 y una base 17; la pared lateral exterior se extiende hacia arriba desde la base hasta la placa superior. En una realización, la base 17 y la pared lateral 11 definen una cavidad.
La placa superior 12 tiene una abertura central que está cubierta por una rejilla 10. El cuerpo envolvente superior 3 tiene una pared lateral 13, cuyo extremo inferior está conectado a la placa superior 12 a la vez que rodea la rejilla 10. La superficie interna 23 de la pared lateral 13, en el extremo inferior de la pared lateral 13, está próxima o adyacente al borde exterior 9 de la rejilla 10. El cuerpo envolvente superior 3 tiene una tapa extraíble 14; en esta realización, la tapa 14 se asegura al borde superior de la pared lateral 13 mediante una junta tórica. Como se muestra en la figura 1, el espacio interior delimitado por la pared lateral 13 forma una cámara superior 8 con la rejilla 10 en la parte inferior de la misma.
Una pared 4 dentro del cuerpo envolvente inferior 2 rodea la parte central del interior del cuerpo envolvente inferior 2 y, en consecuencia, divide el interior del cuerpo envolvente inferior 2 en una cámara interna 6 y una cámara anular externa 7. (La cámara interna 6 está por tanto ubicada dentro de la cavidad definida por la base 17 y la pared lateral 11). La parte inferior de la pared 4 está conectada a la base 17. La pared 4 tiene una altura sustancialmente igual a la altura interior de la pared lateral exterior 11, excepto en una parte en la que la parte superior de la pared tiene un recorte 5.
Se monta una boquilla en la cámara interna para descargar fluido hacia la rejilla. En esta realización, la boquilla comprende un eductor 15, montado verticalmente de modo que un puerto de salida del mismo está dirigido hacia arriba, hacia la rejilla. El eductor 15 tiene un puerto de entrada que se conecta a una línea de alimentación de agua (no mostrada) a través de un acoplador 16. En esta realización, el acoplador 16 está dispuesto en una abertura en la base 17, conectada a la línea de alimentación debajo de la base. El eductor 15 está configurado para mezclar el agua de la línea de alimentación con una solución de la sustancia química ya formada en el alimentador, extrayendo la solución a través de puertos que crean un efecto Venturi. La solución química es conducida fuera de la cámara externa del alimentador a través de un puerto de salida 18 situado en la pared lateral exterior 11.
La pared interior 4 se muestra de forma aislada en la figura 2. En esta realización, una parte de la pared (normalmente aproximadamente 10° de arco), tiene su altura reducida por medio de un recorte 5, que permite que fluya fluido desde la cámara interna a la cámara externa por encima de la pared en la parte recortada. El arco del recorte 5 puede variar de 1° de arco a 360° de arco, en cuyo caso, toda la pared tiene reducida su altura para permitir que fluya fluido por encima de la pared en cualquier dirección. Como se muestra en la figura 2, la reducción de altura es normalmente una pequeña fracción de la altura de la pared; cuando la pared está instalada dentro del cuerpo envolvente 2, los bordes superiores 24, 25 tanto de la parte recortada como del resto de la pared están en la parte superior del interior del cuerpo envolvente 2. Durante el funcionamiento del alimentador, la solución química en la cámara interna 6 se desborda hacia la cámara externa 7 por encima de la parte de altura reducida de la pared, y después sale de la cámara externa a través del puerto de salida 18. El recorte 5 está orientado para estar opuesto de 180° al puerto 18 (véanse las figuras 1 y 5), para que el flujo de la cámara interna hacia la cámara externa esté en la dirección opuesta al flujo que sale del alimentador a través del puerto de salida 18.
La figura 3 es una vista de detalle de la parte del borde exterior de la rejilla 10; la rejilla 10 cubre la abertura en la placa superior 12 y está rodeada por la pared 13. En esta realización, la placa superior 12 tiene una muesca 32 formada en la misma, de modo que el grosor de la placa superior 12 está reducido en una parte 31 del borde interno. La rejilla 10 está montada en la parte superior y soportada por la parte 31 de borde. La profundidad de la muesca 32 puede seleccionarse para que la superficie superior 33 de la placa superior 12 y la superficie superior 35 de la rejilla 10 sean coplanarias. Además, como se muestra en la figura 3, el diámetro interno de la pared 13 puede hacerse coincidir con el diámetro de la rejilla 10 de modo que la superficie interna 23 de la pared 13 sea adyacente al borde exterior de la rejilla. Como se muestra en la figura 3, la rejilla 10 tiene generalmente un grosor uniforme menor que el de la placa superior 12; la rejilla 10 no se extiende por debajo del plano del lado inferior 34 de la placa superior 12.
La figura 4 ilustra detalles del eductor 15; el eductor 15 es, por ejemplo, un "Eductor de mezclado de depósito" de la firma Spraying Systems Co., Wheaton, Illinois. El eductor tiene un puerto de entrada 44 que está conectado a la línea de alimentación de agua 45, y un puerto de descarga 41. (El acoplador 16 se omite en la figura 4 para mostrar más claramente la entrada del eductor). El eductor también tiene puertos 42 de entrada de fluido que crean un efecto Venturi y, por lo tanto, hacen retroceder la solución química de nuevo al interior del eductor, según se muestra esquemáticamente mediante las flechas 43.
Durante el funcionamiento del alimentador (véase la figura 5), los fragmentos de material químico seco 80 (en forma de tabletas, briquetas, astillas, pastillas, gránulos o similares) en la cámara superior 8 descansan en la parte superior de la rejilla 10. El agua entra en el alimentador a través del eductor 15. La descarga 60 del eductor hace que la superficie del fluido 61 en la cámara interna 6 se eleve localmente en un área 62 de la superficie por encima del eductor. En esta realización, la cámara interna es un cilindro circular con el eductor 15 montado en una parte radialmente central del mismo; en consecuencia, la parte 62 localmente elevada de la superficie del fluido estará en la parte circular central de la rejilla.
La superficie del fluido en esta área 62 se eleva por encima de la rejilla, de modo que entra en contacto con los fragmentos de contacto 81 de la sustancia química seca que descansa sobre la parte central de la rejilla. De este modo se disuelven los fragmentos 81 de la sustancia química seca, cayendo la sustancia química disuelta a través de la rejilla a la cámara interna 6 y dando como resultado la formación de una solución química en la cámara interna 6. Como se ha indicado anteriormente, la solución de sustancia química se hace retroceder de nuevo al eductor (flechas 43) a través de los puertos 42 de entrada del eductor, y se descarga de nuevo a través del puerto de salida 41. La solución química se desborda hacia la cámara externa 7, derramándose sobre la pared 4 en el área del recorte 5; a continuación, la solución sale del alimentador a través del puerto de salida 18.
La figura 6 ilustra otra realización de la invención, en la que el alimentador 51 tiene una cámara superior 58 con un diámetro mayor que el de la cámara superior 8 en el alimentador 1. Por lo tanto, el alimentador 51 puede contener una cantidad mayor de sustancias químicas secas; esto es una ventaja en aplicaciones en las que el alimentador debe funcionar de un modo no atendido durante periodos prolongados. El extremo inferior de la pared lateral 57 está separado del borde exterior de la rejilla 10. Para dirigir los fragmentos de sustancia química seca hacia el interior de la rejilla 10 y evitar que los fragmentos de sustancia química seca caigan sobre la placa 12 en vez de sobre la rejilla 10, la cámara 58 tiene un inserto 52 en forma de cono montado en la misma.
El cono 52 se muestra por separado en la figura 7. Como se muestra en la figura 7, el cono 52 tiene un extremo abierto inferior pequeño y un extremo abierto superior grande. El borde exterior 53 del extremo superior está en contacto con la superficie interior de la pared lateral del cuerpo envolvente superior, y el extremo inferior tiene un borde interno 54 con una circunferencia que coincide aproximadamente con la de la rejilla, de modo que el borde interno 54 está próximo al borde exterior de la rejilla.
En otra realización, ilustrada en la figura 8, la conexión de la línea de alimentación de agua es a través de la pared lateral 11 en lugar de a través de la base 17. El eductor 15 está conectado por medio de un acoplador 16 y un codo 73 a 90° a una línea 71 de alimentación de agua sustancialmente horizontal. La línea 71 de alimentación de agua se extiende a través de una abertura en la pared 4 y se conecta al puerto de entrada 72.
La figura 9 muestra concentraciones de FAC en la solución producidas por un alimentador que representa la invención a diversos caudales. Los caudales estaban dentro de un intervalo de 9,1 a 27,3 l/min (de 2 a 6 galones por minuto (GPM), correspondientes a una presión de agua en el intervalo de 51,7 a 372 kPa (de 7,5 a 54 psi). El puerto de entrada del eductor tenía un diámetro de aproximadamente 3/8 de pulgada, y la salida del eductor estaba situada a 3-3/4 pulgada por debajo de la rejilla. Las concentraciones de FAC se obtuvieron en el intervalo de 1250 a 3010 ppm, variando de manera casi lineal con el caudal. Se comprenderá que estas concentraciones de FAC son sustancialmente mayores que las obtenidas de los alimentadores habituales de sustancias químicas.

Claims (17)

REIVINDICACIONES
1. Aparato (1) para la preparación de una solución química, que comprende:
un cuerpo envolvente inferior (2) que tiene una base (17), una placa superior (12) y una pared lateral (11), extendiéndose la pared lateral hacia arriba desde la base hasta la placa superior, teniendo la placa superior una abertura central en la misma de modo que la placa superior tiene una forma anular;
un cuerpo envolvente superior (3) que tiene una pared lateral (13), estando un extremo inferior de dicha pared lateral conectado a la placa superior;
una rejilla (10) montada sobre la placa superior y que cubre la abertura central, formando la rejilla al menos una parte de un límite inferior de una cámara superior dentro del cuerpo envolvente superior;
una pared (4) en el interior del cuerpo envolvente inferior, estando dicha pared interior conectada a la base y extendiéndose hacia una parte superior del cuerpo envolvente inferior, dividiendo la pared interior de este modo el interior del cuerpo envolvente inferior en una cámara (6) central interna y una cámara (7) anular externa, teniendo al menos una parte (5) de dicha pared interior una altura reducida para permitir que el fluido fluya desde la cámara interna a la cámara externa;
una boquilla (15) dispuesta en la cámara interna para descargar fluido (60) dentro de la cámara interna hacia la rejilla, para hacer que la superficie del fluido (61) en la cámara interna se eleve localmente en una parte (62) de dicha superficie; y
un puerto de salida (18) en la pared lateral del cuerpo envolvente inferior para conducir la solución química fuera de la cámara externa;
en el que la cámara interna es sustancialmente cilíndrica y dicha boquilla está dispuesta verticalmente en una parte central de la cámara interna, de modo que dicha parte localmente elevada de dicha superficie está por encima de la parte central de la rejilla;
caracterizado por que dicha boquilla comprende un eductor orientado de manera que descarga fluido verticalmente hacia arriba hacia la rejilla; y teniendo el eductor puertos (42) de entrada de fluido efectivos para crear un efecto Venturi y de este modo extraer fluido de la cámara interna hacia el eductor.
2. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dicha parte (62) localmente elevada de dicha superficie (61) está por encima de la rejilla (10).
3. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dicha pared interior tiene una altura sustancialmente igual a la altura interior de la pared lateral del cuerpo envolvente inferior.
4. Aparato, según la reivindicación 1, en el que la placa superior tiene una muesca (32) en la misma, adyacente a la abertura central, formando de este modo una parte (31) con un grosor reducido de la placa superior, y la rejilla está montada encima de dicha parte con el grosor reducido.
5. Aparato, según la reivindicación 4, en el que la rejilla tiene un grosor y la muesca tiene una profundidad con respecto a una superficie superior de la placa superior, siendo dicha profundidad aproximadamente igual al grosor de la rejilla por lo que la superficie superior de la rejilla y la superficie superior de la placa superior son aproximadamente coplanarias.
6. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dicha pared interior tiene una altura uniforme que permite que fluya fluido de la cámara interna a la cámara externa.
7. Aparato, según la reivindicación 1, en el que dicha pared interior es un cilindro sustancialmente circular, dicha altura reducida es uniforme en dicha parte de dicha pared interior, y dicha parte es al menos de 1° de arco.
8. Aparato, según la reivindicación 7, en el que dicha parte es aproximadamente de 10° de arco.
9. Aparato, según la reivindicación 1, en el que la rejilla tiene un diámetro, y la pared lateral (57) del cuerpo envolvente superior tiene un diámetro interior mayor que el diámetro de la rejilla, de modo que el extremo inferior de dicha pared lateral está separado del borde exterior de la rejilla.
10. Aparato, según la reivindicación 9, que comprende además un inserto (52) en forma de cono dispuesto en la cámara superior y tiene un extremo inferior abierto y un extremo superior abierto, siendo el extremo superior más grande que el extremo inferior, teniendo el extremo superior un borde exterior (53) que está en contacto con la superficie interior de la pared lateral del cuerpo envolvente superior y teniendo el extremo inferior un diámetro interno aproximadamente igual al de la rejilla, de modo que el borde interno (54) del extremo inferior está próximo al borde exterior de la rejilla.
11. Aparato, según la reivindicación 1, en el que la base tiene una abertura para conectarse a una línea externa de alimentación de agua, y la boquilla se conecta a la línea de alimentación de agua a través de dicha abertura.
12. Aparato, según la reivindicación 11, en el que la boquilla está montada verticalmente en la cámara interna, y comprende además una línea (71) interna de alimentación de agua que conecta dicha abertura con la boquilla.
13. Aparato, según la reivindicación 12, en el que la línea interna de alimentación de agua incluye además un codo en un extremo de la misma próximo a la boquilla.
14. Aparato, según la reivindicación 1, en el que la parte de la pared interior que tiene una altura reducida está orientada a 180°, opuesta al puerto de salida, por lo que la dirección del flujo desde la cámara interna hacia la cámara externa es opuesta a la dirección del flujo fuera de la cámara externa a través del puerto de salida.
15. Procedimiento para preparar una solución química, que comprende:
disponer un aparato según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
descargar fluido desde la boquilla para hacer que la superficie del fluido (61) en el alimentador de sustancias químicas esté elevada localmente en un área (62) de dicha superficie por encima de la boquilla, de modo que la superficie en dicha área esté elevada por encima de la rejilla;
disolver el material químico (81) dispuesto en la parte superior de la rejilla, de acuerdo con el fluido que asciende por encima de la rejilla y que de este modo entra en contacto con el material químico; y
conducir una mezcla de fluido que incluye el material disuelto fuera del cuerpo envolvente inferior.
16. Procedimiento, según la reivindicación 15, en el que
el cuerpo envolvente inferior tiene una pared (4) en el interior del mismo, estando conectada dicha pared interior a una base del cuerpo envolvente inferior y se extiende dentro de una parte superior del cuerpo envolvente inferior, dividiendo de este modo dicha pared interior el interior del cuerpo envolvente inferior en una cámara (6) central interna y una cámara (7) anular externa, teniendo al menos una parte (5) de dicha pared interior una altura reducida para permitir que fluya fluido desde la cámara interna a la cámara externa, y además comprende
recoger el material disuelto en la cámara interna, mezclando el material disuelto con fluido en la cámara interna para formar dicha solución química;
y en el que dicha etapa de conducción se realiza después de fluir la solución química desde la cámara interna a la cámara externa.
17. Procedimiento, según la reivindicación 16, en el que el material químico comprende una o varias tabletas, briquetas, astillas, gránulos, o una combinación de los mismos.
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