ES2966355T3 - Sistema y método de enfriamiento de agregado - Google Patents

Abstract

De acuerdo con una realización, se proporciona un método que incluye proporcionar un sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido configurado para enfriar un suministro de nitrógeno líquido a una temperatura por debajo del punto de vapor del nitrógeno líquido; acoplar un sistema de tuberías con el sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido para transportar una parte del suministro de nitrógeno líquido desde el sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido; acoplar el sistema de tuberías con una válvula de control de nitrógeno líquido configurada para controlar un flujo de nitrógeno líquido a al menos un cabezal dispensador de nitrógeno líquido; disponer al menos un cabezal dispensador de nitrógeno líquido encima de un dispositivo de transporte operable para transportar una corriente de agregado de una planta dosificadora de concreto durante su uso; y disponer al menos un cabezal dispensador de nitrógeno líquido en una posición para dispensar un flujo de salida de nitrógeno líquido sobre la corriente agregada de la planta dosificadora de concreto durante su uso. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema y método de enfriamiento de agregado

Campo de la descripción

Las realizaciones ilustrativas de la presente descripción están relacionadas con métodos y sistemas para enfriamiento. Las realizaciones son particularmente adecuadas para enfriar agregado, tal como agregado que vaya a usarse en hormigón.

Antecedentes

Cuando se adicionan los ingredientes que constituyen el hormigón, se produce una reacción exotérmica y, por lo tanto, se produce calor que calienta la mezcla de hormigón. La mezcla de hormigón no curará adecuadamente si hay demasiado calor. Este curado inadecuado puede causar problemas en los proyectos de construcción. Especialmente en zonas cálidas del mundo, tal como el sur de Estados Unidos, esto puede causar problemas importantes para los proyectos de construcción. Esto resulta especialmente cierto cuando los vertidos masivos de hormigón forman parte de un proyecto de construcción. Por ejemplo, cuando se vierten 1.529 m3 (2.000 yardas cúbicas) de hormigón en un bloque masivo, el calor generado por la mezcla de hormigón no se puede disipar y por lo tanto el hormigón no curará adecuadamente y será defectuoso.

El documento EP1.152.183 describe un sistema de enfriamiento adecuado para enfriar agregado según el preámbulo de la reivindicación 1, más en particular describe una instalación criogénica para congelar productos alimenticios dentro de una cámara usando un fluido criogénico.

El documento US5.477.691 describe un sistema de refrigeración para el compartimento de un congelador y proporciona un subenfriador para mejorar el caudal de nitrógeno líquido en los extremos de una barra rociadora en el congelador.

El documento FR2.281.815 describe un proceso para enfriar hormigón adicionando nitrógeno líquido durante la mezcla de agregado y cemento.

El documento DE3.941.262 describe un aparato para enfriar un material en polvo dejando caer el polvo sobre una placa deflectora y rociando líquido refrigerante sobre el flujo desviado.

El documento US5.100.239 describe un método para mover a un silo agregado de arena, para su uso en hormigón, mientras se rocía la arena con un líquido.

El documento US2012/0.055.592 describe un sistema para procesar piezas metálicas sinterizadas a través de una zona de enfriamiento.

Resumen

Según un primer aspecto de la presente invención se proporciona un sistema de enfriamiento de agregado como se define en la reivindicación 1 adjunta. Según un segundo aspecto de la presente invención se proporciona un método como se define en la reivindicación 13 adjunta.

En las reivindicaciones dependientes se enumera una selección de características opcionales.

Otras realizaciones resultarán evidentes para los expertos en la técnica al tener en cuenta la siguiente descripción tomada junto con los dibujos adjuntos, en donde se ilustran ciertos métodos, aparatos y artículos de fabricación. Este Sumario se proporciona para presentar una selección de conceptos en una forma simplificada que se describen en más detalle más adelante en la descripción. Este Sumario no pretende identificar las características clave o las características esenciales del objeto reivindicado, ni pretende usarse este Sumario para limitar el alcance del objeto reivindicado.

Breve descripción de los dibujos

Se puede comprender mejor la naturaleza y las ventajas de la presente tecnología haciendo referencia a las figuras, que se describen en la parte restante de la memoria descriptiva.

La FIG. 1 ilustra una realización de un sistema que se puede usar para enfriar agregado, por ejemplo, agregado a usar en una mezcla de hormigón.

La FIG. 2 es un diagrama de flujo que ilustra un método para enfriar agregado según una realización.

La FIG. 3 es un diagrama de flujo que ilustra un método para enfriar agregado según otra realización.

La FIG. 4 es un diagrama de flujo que ilustra un método para enfriar agregado según otra realización más.

La FIG. 5 es un diagrama de flujo que ilustra un método para formar una mezcla de hormigón a partir de agregado enfriado con nitrógeno líquido, según una realización que no forma parte de la invención reivindicada.

La FIG. 6 ilustra una realización de un sistema para suministrar nitrógeno líquido según una realización.

La FIG. 7 es un diagrama de flujo que ilustra un método que se puede usar para dispensar nitrógeno líquido subenfriado según una realización.

La FIG. 8 es un dispositivo de distribución de nitrógeno líquido según una realización.

La FIG. 9 ilustra un dispensador de nitrógeno líquido según una realización.

La FIG. 10 es un diagrama de flujo que ilustra un método para generar una cortina de nitrógeno líquido según una realización.

La FIG. 11 ilustra una realización de un sistema que se puede usar para dispensar nitrógeno líquido según una realización.

La FIG. 12 ilustra un sistema para dispensar nitrógeno líquido directamente sobre agregado transportado por un dispositivo de transporte, según una realización que no forma parte de la invención reivindicada.

La FIG. 13 ilustra un sistema para suministrar nitrógeno líquido según una realización.

La FIG. 14 es un diagrama de flujo que ilustra un método de configuración de un sistema para enfriar agregado según una realización.

La FIG. 15 es un diagrama de flujo que ilustra un método para configurar un dispensador de nitrógeno líquido según otra realización.

La FIG. 16 ilustra un diagrama en bloque de un sistema informático que se puede utilizar para implementar los dispositivos de tipo informático descritos en la presente descripción.

La FIG. 17 ilustra un diagrama de secuencia según una realización.

Descripción detallada

Las empresas que preparan hormigón han probado diversos enfoques a lo largo de los años para tratar de enfriar las mezclas de hormigón antes de su vertido. Por ejemplo, durante la dosificación de una mezcla de hormigón desde una planta dosificadora de hormigón y su disposición en una cámara de mezcla de hormigón, tal como la cámara de un camión mezclador, se han adicionado grandes cantidades de hielo a la mezcla de hormigón. La idea es que el hielo puede enfriar parcialmente la mezcla. Sin embargo, se requiere tiempo, mano de obra y el costo del hielo para llevar a cabo esta etapa adicional de adicionar hielo a la cámara de mezcla de hormigón. Además, cuando el hielo se derrite dentro de la cámara de mezcla, el agua resultante afecta la proporción de ingredientes utilizados para fabricar el hormigón. Existe un límite en la cantidad de hielo que se puede adicionar, ya que en algún momento el agua resultante diluirá la mezcla de hormigón más allá de los límites aceptables.

El hormigón puede ser una mezcla de agregado, cemento y agua, en porciones adecuadas. En esta industria, agregado se refiere a uno o más trozos de grava o a partículas de roca. El agregado puede tener diferentes tamaños, que incluyen arena. La arena puede tener distintos grados de rugosidad. En una realización, aproximadamente el ochenta por ciento del peso de una mezcla de hormigón proviene del componente de agregado. Para hormigón de alta resistencia, se puede mezclar el agregado con un quince por ciento en peso de cemento y un cinco por ciento en peso de agua. Para hormigón de menor resistencia, se puede mezclar el agregado con un diez por ciento en peso de cemento y un diez por ciento en peso de agua. Típicamente, el hormigón se prepara en una planta dosificadora de hormigón. Una planta dosificadora de hormigón almacena los constituyentes necesarios para fabricar el hormigón, es decir, agregado, cemento y agua. Cuando se prepara un lote de hormigón, se adiciona cada uno de estos constituyentes a una cámara de mezcla mediante equipos de la planta dosificadora. Por ejemplo, se puede utilizar un cargador frontal para mover una carga de grava a un dispositivo de transporte. El dispositivo de transporte se puede utilizar para transportar el agregado a la cámara de mezcla. De manera similar, se puede transportar el cemento a la cámara de mezcla. También se puede configurar un sistema de tubería para dispensar agua desde encima de la cámara de mezcla.

Otra técnica que se ha utilizado en el pasado para enfriar una mezcla de hormigón implica el uso de una varilla para rociar gas nitrógeno sobre el contenido de una mezcla de hormigón, dentro de un camión hormigonera, después adicionar la mezcla de hormigón a la cámara de mezcla del camión hormigonera. Es decir, primero se dirige el camión hormigonera a una primera estación o posición de carga en un patio de carga. En este punto se pueden cargar agregado y otros constituyentes del hormigón en la cámara de mezcla del camión hormigonera. Una vez que se han adicionado todos los constituyentes del hormigón a la cámara de mezcla del camión hormigonera, se dirige el camión a una segunda estación en el patio de carga. En esta segunda estación, un operario inserta manualmente una varilla larga en la cámara de mezcla del camión hormigonera. El operario utiliza la varilla para rociar gas nitrógeno sobre los constituyentes de la mezcla de hormigón. El gas nitrógeno tiene una temperatura mucho más baja que el hielo; sin embargo, el gas frío rociado termina cayendo también sobre la superficie interna de la cámara de mezcla del camión. El gas frío congela el metal de la cámara de mezcla del camión y provoca un rápido deterioro del metal en la cámara de mezcla. Por lo tanto, aunque el sistema de varilla puede enfriar la mezcla de hormigón a una temperatura más baja en relación con el proceso en donde simplemente se adiciona hielo a la mezcla de hormigón, cuando se utiliza el sistema de varilla se provocan daños en las cámaras de mezcla de los camiones hormigonera. Además, la segunda estación requerida para que un operario use manualmente una varilla sobre la mezcla de hormigón adiciona tiempo adicional al proceso de carga y requiere mano de obra adicional. Esto es similar al tiempo y mano de obra necesarios para descongelar un avión antes del despegue en un aeropuerto durante una noche lluviosa de invierno. Después de cargar a los pasajeros, el avión deberá alejarse de la puerta de embarque hacia una segunda estación para ser sometido a un procedimiento de deshielo. Ambos procesos requieren mucha mano de obra y mucho tiempo.

La FIG. 1 ilustra una realización de un sistema que se puede usar para enfriar agregado, por ejemplo, agregado a usar en una mezcla de hormigón. Según esta realización, el agregado se puede enfriar aplicando nitrógeno líquido al mismo antes de que entre en una cámara de mezcla. Al enfriar el agregado con nitrógeno líquido antes de adicionarlo a la cámara de mezcla, se puede lograr un enfriamiento significativo del agregado sin tener que preocuparse por causar daños excesivos a los constituyentes metálicos de la cámara de mezcla. Además, se puede utilizar nitrógeno líquido, que tiene una mayor capacidad de enfriamiento que el nitrógeno gaseoso. Esto se debe a que, después de entrar en contacto con el agregado, el nitrógeno líquido permanece más frío durante más tiempo que el nitrógeno gaseoso.

El nitrógeno líquido es nitrógeno en estado líquido a una temperatura extremadamente baja. Es un líquido transparente incoloro con una densidad de 0,807 g/ml en su punto de ebullición (-195,79 °C (77 K; -320 °F)) y una constante dieléctrica de 1,43. Se produce industrialmente mediante destilación fraccionada de aire líquido. Para denominar al nitrógeno líquido frecuentemente se usan la abreviatura LN2 o “ LIN” o “ LN” y el número ONU 1977. El nitrógeno líquido es un líquido diatómico, lo que significa que tras la licuefacción se conserva el carácter diatómico del enlace covalente de N en el gas N2.

En la FIG. 1 se muestra una realización de un sistema de enfriamiento de agregado. En el sistema 100 de la FIG. 1 se utiliza un dispositivo de transporte de agregado para transportar el agregado. El dispositivo de transporte incluye una cinta transportadora. En la FIG. 1, una cinta transportadora 104 puede transportar agregado 108 o una mezcla de agregado y cemento.

En la presente descripción, el agregado que se desplaza sobre el dispositivo de transporte se denomina corriente de agregado. El transportador transporta el contenido de la cinta transportadora a una velocidad suficiente para que el contenido tenga una trayectoria que proyecte el contenido desde el extremo 110 del transportador hasta el orificio 118 de entrada de una tolva 120 de procesamiento. A continuación, se transporta el agregado o la mezcla de agregado y cemento a través de la tolva y fuera del orificio 119 de salida de la tolva, y al interior de una cámara de mezcla de un dispositivo mezclador de hormigón, por ejemplo, la cámara 124 de mezcla de un camión hormigonera 128 situado en un área 160 de carga designada. También se pueden adicionar a la cámara de mezcla otros constituyentes, tales como agua y cemento, y mezclarlos para formar una mezcla de hormigón.

En la FIG. 1, hay una cortina 112 de nitrógeno líquido dispuesta en el recorrido del agregado o de la combinación de agregado y cemento. Por cortina de nitrógeno líquido se entiende una lámina predominantemente continua de nitrógeno líquido que tiene un ancho, una altura y una profundidad, por ejemplo, como una cascada. No se pretende que la cortina forme una lámina completamente sólida de fluido; sin embargo, se prevé que se obtendrán mejores resultados si se interrumpe el flujo de nitrógeno líquido generado lo menos posible. La cortina de nitrógeno líquido es preferiblemente una lámina de fluido a baja presión, por ejemplo, una que caiga por gravedad como una cascada pero sin presión hidráulica alguna. Para los fines de este documento, una pulverización de nitrógeno líquido producida desde un cabezal rociador o desde una boquilla no se considera una cortina de nitrógeno líquido. En la FIG. 1, la cortina de nitrógeno líquido está dispuesta de manera que entre en contacto con el agregado (o con el agregado y el cemento) durante su recorrido desde el extremo del transportador hasta el orificio de entrada de la tolva. En este ejemplo, la cortina de nitrógeno líquido está dispuesta de manera que no entre en contacto con partes metálicas sensibles de la maquinaria asociada al proceso de dosificación de hormigón. El nitrógeno líquido tiene una temperatura de aproximadamente -195 °C (-320 grados Fahrenheit) a presión atmosférica. A medida que el nitrógeno líquido gana calor por su exposición a la temperatura ambiente, el nitrógeno líquido se calienta y sufre un cambio de fase a nitrógeno gaseoso. Por lo tanto, la cortina de nitrógeno líquido mostrada en la FIG. 1 no alcanza el suelo sino que el nitrógeno líquido se transforma en nitrógeno gaseoso antes de que pueda llegar al suelo. Si bien el gas nitrógeno está bastante frío, se puede lograr un mayor enfriamiento del agregado (o del agregado y el cemento) haciendo fluir el uno o más materiales a través de nitrógeno líquido, en lugar de hacerlo a través de gas nitrógeno. Debido a que el nitrógeno líquido está extremadamente frío, puede dañar los constituyentes del equipo de procesamiento por lotes, tales como las piezas metálicas o de caucho de un sistema de cinta transportadora o un sistema de tolva metálica. Por lo tanto, preferiblemente se dispone un dispositivo transportador en una ubicación y se hace funcionar de manera que se dirija el contenido transportado por el dispositivo transportador a través de la cortina de nitrógeno líquido, al tiempo que se mantiene la cortina de nitrógeno líquido alejada del dispositivo transportador, de modo que el nitrógeno líquido no entre sustancialmente en contacto con el dispositivo transportador de manera que este sufra daños.

En la FIG. 1 se muestra el agregado enfriado por el nitrógeno líquido como material 116. Debido a que el nitrógeno líquido está tan frío, tiene un efecto de enfriamiento sustancial sobre el agregado que pasa a través de la cortina 112 de nitrógeno líquido. Además, el agregado transporta parte del nitrógeno líquido hacia la mezcla de hormigón en la cámara de mezcla para lograr un mayor efecto de enfriamiento. Al llevar el nitrógeno líquido a la cámara de mezcla, el nitrógeno líquido puede continuar enfriando el agregado. A diferencia de los sistemas anteriores, que rociaban gas nitrógeno sobre la superficie de toda una mezcla de hormigón, el sistema que se muestra en la FIG. 1 permite llevar nitrógeno líquido a la cámara de mezcla para que se mezcle en todo el volumen de la mezcla de hormigón en la cámara de mezcla, no solo en la superficie exterior de la mezcla de hormigón. Por lo tanto, usar nitrógeno líquido de esta manera proporciona un enfriamiento más completo de la mezcla de hormigón en la cámara de mezcla. Además, debido a que el nitrógeno líquido se dispone sobre el agregado, es menos probable que toque la superficie metálica de la cámara de mezcla en comparación con el método de varilla descrito anteriormente.

En la FIG. 1, un tanque 140 de almacenamiento de nitrógeno líquido suministra nitrógeno líquido a presión a un dispositivo convertidor 132, a través de una tubería 136. Se puede usar una válvula 134 para controlar el flujo de nitrógeno líquido al dispositivo convertidor. El dispositivo convertidor convierte la entrada presurizada de nitrógeno líquido en un flujo de nitrógeno líquido no presurizado. Un orificio de salida del convertidor emite nitrógeno líquido no presurizado, como una cortina de nitrógeno líquido. Por lo tanto, el dispositivo convertidor puede servir como dispensador de nitrógeno líquido. El agregado puede fluir a través de la cortina de nitrógeno líquido.

La FIG. 2 es un diagrama de flujo que ilustra un método 200 según una realización. En el bloque de operación 204, se proporciona una cortina de nitrógeno líquido. Y, en el bloque de operación 208, se hace fluir agregado hacia la cortina de nitrógeno líquido.

En la FIG. 3 se muestra un diagrama de flujo más detallado, que ilustra un método según una realización. La FIG. 3 ilustra un método 300 de enfriamiento de agregado para su uso como parte de una mezcla de hormigón. En el bloque de operación 304, se colocan próximos entre sí un dispensador en forma de generador de cortina de nitrógeno líquido y un dispositivo de transporte. En el bloque de operación 308, se carga agregado sobre el dispositivo de transporte. En el bloque de operación 312, el dispositivo de transporte mueve el agregado. Y, en el bloque de operación 316, se inicia un flujo de una cortina de nitrógeno líquido a modo de salida del generador de cortina de nitrógeno líquido. En el bloque de operación 320, el dispositivo de transporte proyecta al menos una porción del agregado hacia la cortina de nitrógeno líquido, desde el extremo del dispositivo de transporte. Esto hace que el nitrógeno líquido enfríe el agregado, formando por lo tanto un agregado enfriado con nitrógeno líquido. Y, en el bloque de operación 324, se dispensa a una cámara el agregado enfriado con nitrógeno líquido. La cámara puede ser parte de un dispositivo mezclador, tal como un camión hormigonera. O bien, la cámara podría ser parte de un dispositivo de almacenamiento temporal.

La FIG. 4 muestra un diagrama de flujo que ilustra un método 400 alternativo. En el bloque de operación 404, se colocan próximos entre sí un generador de cortina de nitrógeno líquido y un dispositivo de transporte. En el bloque de operación 408, el dispositivo de transporte está configurado para proyectar agregado desde el extremo del transportador hacia una cortina de nitrógeno líquido. El agregado se enfría mediante la cortina de nitrógeno líquido, para convertirse en agregado enfriado por nitrógeno líquido. En el bloque de operación, 412, se designa como área de carga de vehículos un área de carga en las proximidades del generador de cortina de nitrógeno líquido. Y un vehículo colocado en el área de carga de vehículos puede recibir el agregado enfriado con nitrógeno líquido. Alternativamente, se puede colocar un dispositivo de almacenamiento temporal en el área de carga de vehículos y el dispositivo de almacenamiento temporal puede recibir el agregado enfriado con nitrógeno líquido.

Como se señaló anteriormente, el hormigón está formado por diferentes constituyentes, tal como agregado, cemento y agua. El agregado es responsable de la mayor parte de la masa del hormigón. Por lo tanto, se cree que el enfriamiento del agregado es el factor que más contribuye al enfriamiento de la mezcla de hormigón. En un momento durante el proceso de mezcla, la mezcla de hormigón comprende agregado enfriado por el nitrógeno líquido, cemento, agua y, en algunos casos, nitrógeno líquido transportado por el agregado a la mezcla durante la adición del agregado. La FIG. 5 es un diagrama de flujo que ilustra un método para formar una mezcla de hormigón a partir de agregado enfriado con nitrógeno líquido, que no es un método según la invención reivindicada.

En el bloque de operación 504, se adiciona agregado a una cámara de mezcla, por ejemplo, una cámara de mezcla de un vehículo mezclador. En el bloque de operación 508, se adiciona agua a la cámara de mezcla. En el bloque de operación 512, se adiciona cemento a la cámara de mezcla. En el bloque de operación 516, se forma una mezcla de material en la cámara de mezcla. En el bloque de operación 520, se adiciona nitrógeno líquido directamente a la mezcla de material al mismo tiempo que se adiciona el agregado a la cámara de mezcla. De hecho, el agregado puede transportar el nitrógeno líquido a la cámara de mezcla. Y, en el bloque de operación 524, se mezcla al menos una porción del nitrógeno líquido con la mezcla de material.

La FIG. 6 ilustra una realización de un sistema para suministrar nitrógeno líquido. En el sistema 600, se almacena el nitrógeno líquido en un tanque 604 de almacenamiento. Un sistema de tubería, fabricada con tubo de cobre aislado, conecta el tanque de almacenamiento con un dispensador 628 de nitrógeno líquido. Una válvula 608 de aislamiento permite liberar nitrógeno líquido desde el tanque hacia el interior del tubo de cobre aislado. El tubo se dirige de manera que pueda ganar altura hacia un respiradero criogénico 616. Si se produce un calentamiento suficiente del nitrógeno líquido, el nitrógeno líquido puede sufrir un cambio de fase a nitrógeno gaseoso. Por lo tanto, el recorrido ascendente del tubo de cobre permite desplazar hacia arriba el gas de dicho cambio de fase hasta el respiradero criogénico para su liberación a la atmósfera. De cara al código de seguridad también está presente un respiradero 620 “ abastonado” para permitir ventilar el gas que se acumule en el sistema de tubería. Una válvula solenoide 624 adicional está presente en el dispensador 628 de nitrógeno líquido. Esta válvula solenoide adicional permite suministrar nitrógeno líquido al dispensador de nitrógeno líquido cuando la válvula solenoide está en una posición abierta.

Es preferible subenfriar el nitrógeno líquido en el tanque de nitrógeno líquido de modo que el nitrógeno líquido no cambie de fase a nitrógeno gaseoso en el sistema de tubería antes de ser dispensado por el dispensador 628 de nitrógeno líquido. El nitrógeno líquido puede ganar calor debido al tubo de cobre aislado y perderá presión a medida que se desplaza a través del tubo. Además, el nitrógeno líquido no siempre fluye constantemente por el tubo de cobre. Un operario podría dispensar un primer volumen de nitrógeno líquido, mientras carga un primer camión hormigonera, y luego cerrar las válvulas mientras se retira el primer camión hormigonera de la posición de carga y se mueve un segundo camión hormigonera a la posición de carga. Durante ese período de tiempo, el nitrógeno líquido permanece en la tubería entre la válvula 608 y la válvula 624. Si el período de tiempo es prolongado, es posible que el nitrógeno líquido experimente una ganancia de calor suficiente en esa extensión de tubería como para hacer que parte del nitrógeno líquido cambie de fase a nitrógeno gaseoso. Esto reduciría significativamente el efecto de enfriamiento del sistema, ya que existe una diferencia sustancial entre el efecto de enfriamiento del nitrógeno líquido y el efecto de enfriamiento del gas nitrógeno, es decir, el efecto de enfriamiento del nitrógeno líquido es mucho mayor que el efecto de enfriamiento del gas nitrógeno.

Además, cuando el nitrógeno líquido cambia de fase de líquido a gas, se expande. Por ejemplo, el gas nitrógeno se expande en una proporción de 694 veces el volumen original del nitrógeno líquido, a 20 °C (68 grados Fahrenheit). Por lo tanto, cuando el nitrógeno líquido cambia de fase en el tubo 612, puede tener el efecto de crear una contrapresión en el tanque de almacenamiento de nitrógeno líquido, cerrando efectivamente o al menos reduciendo el flujo de nitrógeno líquido desde el tanque de almacenamiento. Cuando esto ocurre, puede resultar difícil que el nitrógeno líquido llegue a la válvula 624. Como se indicó anteriormente, una solución a este problema es subenfriar el nitrógeno líquido. El subenfriamiento del nitrógeno líquido ayuda a reducir la posibilidad de que el nitrógeno líquido gane suficiente calor o pierda suficiente presión entre el tanque de almacenamiento y la válvula 624 para cambiar de fase a nitrógeno gaseoso. Es decir, al subenfriar el nitrógeno líquido unos pocos grados Fahrenheit, se puede reducir la posibilidad de que el nitrógeno líquido cambie de fase en su recorrido hacia el dispensador de nitrógeno líquido. Para facilitar el subenfriamiento, el sistema generador de presión se apaga cerrando la válvula 652 y abriendo la válvula 656 de ventilación. Esto permite que parte del nitrógeno líquido en el tanque hierva, ya que se ve expuesto a la presión atmosférica y, por lo tanto, enfría el nitrógeno líquido restante en el tanque.

Una vez que se haya logrado un grafo seleccionado de enfriamiento, se cierra la válvula 656 de ventilación y se abre el circuito del generador de presión abriendo la válvula 652. En una realización, se puede instalar un controlador de presión máxima con la válvula 656 de ventilación para gestionar con precisión el flujo de líquido al orificio de entrada del dispensador de nitrógeno líquido.

El circuito 650 generador de presión permite mantener la presión en el tanque de almacenamiento para mover nitrógeno líquido a un dispositivo de distribución. Cuando se abre la válvula 652, el nitrógeno líquido puede moverse hacia arriba a través de la tubería hasta el dispositivo 654 de expansión. El dispositivo de expansión permite convertir una porción del nitrógeno líquido en nitrógeno gaseoso. El gas nitrógeno tiene un volumen mucho mayor que el nitrógeno líquido. Por ejemplo, el gas nitrógeno se expande en una proporción de 694 veces el volumen original del nitrógeno líquido, a 20 °C (68 grados Fahrenheit). Por lo tanto, la adición de gas nitrógeno al sistema de recipiente cerrado aumenta la presión interna sobre el nitrógeno líquido almacenado en el tanque de almacenamiento. El sensor 658 de presión y el sensor 660 de temperatura pueden proporcionar retroalimentación al dispositivo informático 670 mediante una señal eléctrica y mediante comunicación inalámbrica o cableada. Y un sistema de control informatizado, por ejemplo, el sistema 670 de control de nitrógeno líquido implementado por ordenador, puede indicarle a la válvula 652 que se abra y cierre según sea necesario para alcanzar la presión de funcionamiento apropiada en el tanque de almacenamiento, nuevamente a través de una señal eléctrica y a través de comunicación inalámbrica o cableada.

La FIG. 7 es un diagrama de flujo que ilustra una realización de un método 700 que puede usarse para dispensar nitrógeno líquido subenfriado. En el bloque de operación 704, se almacena nitrógeno líquido en un recipiente. En el bloque de operación 708, se acopla una tubería entre el recipiente de almacenamiento y un dispositivo de distribución de nitrógeno líquido, tal como el dispositivo 900 de la FIG. 9 o el sistema 1200 de la FIG. 12. En el bloque de operación 712, se subenfría una porción del nitrógeno líquido en el recipiente de almacenamiento. En el bloque de operación 716, se dispensa el nitrógeno líquido subenfriado a la tubería para conducirlo al dispositivo de distribución de nitrógeno líquido de enfriamiento de agregado.

La FIG. 8 ilustra una realización de un dispositivo de distribución de nitrógeno líquido que se puede utilizar en el sistema mostrado en la FIG. 1. El dispositivo 800 mostrado en la FIG. 8 tiene orificios de suministro de nitrógeno líquido redundantes. La tubería de suministro procedente de un tanque de almacenamiento de nitrógeno líquido se puede conectar a cualquier orificio de entrada del dispositivo 800. Si la tubería se conecta al orificio 804 de entrada, entonces la válvula 825 permanece en una posición cerrada y no se utiliza el respiradero abastonado 821. La válvula 824 se puede abrir para permitir que el nitrógeno líquido fluya al dispensador 828 de nitrógeno líquido y el respiradero abastonado 820 puede funcionar normalmente.

De manera similar, si la tubería se acopla al orificio 806 de entrada, entonces la válvula 824 permanece en una posición cerrada y no se usa el respiradero abastonado 820. La válvula 825 se puede abrir para permitir que el nitrógeno líquido fluya al dispensador 828 de nitrógeno líquido y el respiradero abastonado 821 puede funcionar normalmente.

En una realización, la tubería de suministro puede conectarse a ambos orificios de entrada. En esta configuración, un operario puede elegir qué orificio de entrada abrir para permitir un suministro de nitrógeno líquido. Además, en una realización el operario podría incluso optar por utilizar ambos orificios de entrada para suministrar nitrógeno líquido al mismo tiempo.

La FIG. 9 ilustra una realización de un dispensador 900 de nitrógeno líquido. Un orificio 902 de entrada proporciona un punto de entrada para introducir nitrógeno líquido en el dispensador de nitrógeno líquido. Un primer deflector 908 está dispuesto en la cámara receptora, que tiene forma general de caja, del dispensador de nitrógeno líquido. El primer deflector 908 tiene una configuración generalmente en forma de U y recibe el nitrógeno líquido entrante. El primer deflector puede extenderse desde la superficie superior de la cámara receptora hasta la superficie inferior de la cámara receptora. El primer deflector con forma general de U actúa a modo de deflector y redirige o desvía el flujo de nitrógeno líquido entrante hacia la porción posterior de la cámara receptora del dispensador de nitrógeno líquido, e inicialmente en sentido opuesto a un orificio 912 de salida del dispensador de nitrógeno líquido ubicado en la parte frontal del dispensador de nitrógeno líquido. La FIG. 9 muestra unas proyecciones 904 y 906 de pared o “ alas” a cada lado del primer deflector, que se extienden desde el deflector 908 hasta las paredes laterales de la cámara receptora en forma de caja. Las alas no se extienden por toda la altura del primer deflector. En la realización mostrada en la FIG. 9, las alas se extienden hasta la mitad de la altura del primer deflector. La combinación del primer deflector y las alas divide aproximadamente el gran espacio volumétrico de la cámara receptora en una porción trasera y una porción delantera. El gran espacio volumétrico de la cámara receptora permite despresurizar el nitrógeno líquido. Por ejemplo, si el nitrógeno líquido que entra en la cámara receptora está a una presión hidráulica de aproximadamente 1,38 bar (20 psi), esta presión hidráulica se puede reducir a cero psi exponiendo el nitrógeno líquido al gran espacio volumétrico de la cámara receptora a presión atmosférica y temperatura ambiente, por ejemplo, 20 °C (68 grados Fahrenheit). Además, el primer deflector y las alas a ambos lados del primer deflector evitan que el flujo entrante de nitrógeno líquido quede inmediatamente expuesto al orificio de salida del dispensador de nitrógeno líquido. El primer deflector también ayuda a ralentizar el nitrógeno líquido entrante. Por ejemplo, si el nitrógeno líquido entra en la cámara a una primera velocidad, el primer deflector puede dispersarlo hacia la cámara receptora. Además, la combinación de alas laterales y primer deflector retienen el nitrógeno líquido en la porción trasera de la cámara receptora hasta que el nivel de nitrógeno líquido en la cámara receptora se eleva por encima de la altura de las alas 904 y 906.

Se proporciona un ligero ángulo de descenso en la parte inferior del dispensador de nitrógeno líquido para ayudar a que el flujo de nitrógeno líquido fluya hacia el orificio de salida bajo la fuerza de la gravedad. En una realización, el orificio 912 de salida del dispensador de nitrógeno líquido es una abertura en forma de ranura en la cámara receptora. En el ejemplo mostrado en la FIG. 9, el deflector frontal 910 se extiende desde la parte inferior del dispensador de nitrógeno líquido hasta aproximadamente 1,27 cm (1/2 pulgadas) 2. de la parte superior del dispensador de nitrógeno líquido. A medida que aumenta el volumen de nitrógeno líquido en la parte delantera de la cámara tipo caja, aumentará el nivel de nitrógeno líquido. Una vez que el nivel de nitrógeno líquido en la cámara alcanza la altura de la abertura en forma de ranura, el nitrógeno líquido saldrá por la abertura en forma de ranura. La abertura en forma de ranura permite que el nitrógeno líquido caiga como una cascada sobre el borde del deflector frontal 910. La abertura en forma de ranura puede tener una longitud predeterminada para controlar la forma de la cortina de nitrógeno líquido. Debido a que se ha eliminado la presión hidráulica sobre el nitrógeno líquido, el nitrógeno líquido fluye como una cascada fuera del dispensador de nitrógeno líquido y crea un flujo de nitrógeno líquido en forma de cortina. Además, debido a que se ha eliminado la presión hidráulica del nitrógeno líquido, no se rocía el nitrógeno líquido a través del dispensador de nitrógeno líquido. En una realización, las dimensiones de la cortina de nitrógeno líquido pueden ser de 20 cm (8 pulgadas) de alto por 30,5 cm (12 pulgadas) de ancho por 1,27 cm (0,5 pulgadas) de espesor.

En otras realizaciones, podría usarse una serie diferente de deflectores. Sin embargo, según una realización, es preferible usar una disposición deflectora que reduzca la presión hidráulica del nitrógeno líquido de entrada y produzca un flujo de nitrógeno líquido en forma de cortina a través del dispensador de nitrógeno líquido.

En otra realización, la ranura podría formarse creando una brecha entre la superficie inferior del dispensador de nitrógeno líquido y el deflector frontal 910.

Los constituyentes del dispensador de nitrógeno líquido están fabricados preferiblemente con cobre, latón y/o acero inoxidable. Estos materiales son resistentes a los daños causados por las temperaturas extremadamente frías del nitrógeno líquido.

La FIG. 10 ilustra otro ejemplo de un método 1.000 para generar una cortina de nitrógeno líquido. En el bloque de operación 1.004, se recibe a través de un orificio de entrada una entrada de nitrógeno líquido que está a una primera presión, tal como una presión elevada. El nitrógeno líquido a presión se recibe con una primera velocidad. En el bloque de operación 1.008, se expone el nitrógeno líquido recibido en la cámara receptora a una segunda presión, tal como la presión atmosférica. La segunda presión es menor que la primera presión. En el bloque de operación 1.012, se reduce la magnitud de la velocidad del nitrógeno líquido recibido. Por ejemplo, se puede utilizar un deflector o desviador y una cámara receptora para reducir la velocidad. Y, en el bloque de operación 1.016, puede darse salida al nitrógeno líquido recibido haciendo fluir el nitrógeno líquido sobre el borde de un orificio de salida que tenga una longitud y un ancho predeterminados para formar una cortina de nitrógeno líquido.

Según una realización, el proceso de suministro de nitrógeno líquido puede automatizarse. Por ejemplo, en el sistema de la FIG. 6 , se puede proporcionar un sistema de control informatizado, tal como un sistema 670 de control de nitrógeno líquido implementado por ordenador, que se acopla comunicativamente con las válvulas 656 y 652 y el sensor 658 de presión de tanque de almacenamiento y el sensor 660 de temperatura de nitrógeno líquido. El sistema de control de nitrógeno líquido, las válvulas y los sensores implementados por ordenador se pueden acoplar comunicativamente mediante señales eléctricas que se transmiten mediante comunicación inalámbrica o cableada. El sistema de control de nitrógeno líquido implementado por ordenador puede recibir señales de entrada desde los sensores y controlar el subenfriamiento del contenido del tanque de almacenamiento haciendo funcionar las válvulas 652 y 656, como se explicó anteriormente. Alternativamente, el sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido podría tener su propio sistema de control dedicado que controle la operación de subenfriamiento. En ese caso, el sistema de control dedicado podría recibir una señal desde el sistema de control de nitrógeno líquido que indique el subenfriamiento deseado para el sistema de almacenamiento.

De manera similar, el sistema de control de nitrógeno líquido implementado por ordenador puede controlar la dispensación de nitrógeno líquido al dispensador de nitrógeno líquido. Esto podría lograrse, según una realización, configurando las válvulas 608 y 624 de modo que se acoplen eléctricamente con el sistema 670 de control de nitrógeno líquido implementado por ordenador. El sistema de control de nitrógeno líquido implementado por ordenador puede abrir ambas válvulas para dispensar nitrógeno líquido y cerrar ambas válvulas cuando no se requiera nitrógeno líquido. Además, el sistema de control de nitrógeno líquido implementado por ordenador se puede acoplar eléctricamente con un controlador de planta dosificadora. La dispensación de nitrógeno líquido puede coordinarse mediante el sistema de control de nitrógeno líquido implementado por ordenador para que coincida con el suministro de una carga de agregado desde el dispositivo de transporte. Por ejemplo, el inicio de la dispensación de nitrógeno líquido puede llevarse a cabo de manera que se establezca una cortina de nitrógeno líquido justo antes de proyectar el agregado desde el dispositivo de transporte hacia una cámara receptora, tal como la cámara de mezcla de un camión hormigonera.

Si bien las realizaciones analizadas hasta ahora han estado dirigidas a crear una cortina que se dirige al flujo de material entre el dispositivo de transporte y la tolva de entrada (es decir, donde la cortina de nitrógeno líquido no está dispuesta directamente encima del transportador), cabe señalar que, en algunas realizaciones, un operario podría optar por colocar la cortina directamente encima del dispositivo de transporte. Se prevé la elección de esta implementación si el dispositivo de transporte está fabricado con materiales que no se dañen debido a la temperatura del nitrógeno líquido. De manera similar, se podría usar el sistema para distribuir nitrógeno líquido sobre una pila de agregado antes de cargar el agregado en un dispositivo de transporte, en una realización que no forma parte de la invención reivindicada.

La FIG. 11 ilustra otra realización para dispensar nitrógeno líquido sobre agregado. Un sistema de este tipo se puede utilizar, por ejemplo, en el proceso de mezcla de hormigón. En el sistema 1.100, un recipiente 1.104 de almacenamiento de nitrógeno líquido almacena un suministro de nitrógeno líquido. Una porción del nitrógeno líquido almacenado se puede transportar a través de un sistema 1.108 de tubería hasta un sistema 1.112 de ventilación de gas nitrógeno. Según una realización, se puede utilizar el sistema de ventilación de gas nitrógeno Cryocomp #K2041 fabricado por Cryocomp, Inc. de Kenilworth, Nueva Jersey.

El sistema de tubería conecta varios componentes del sistema. El sistema de ventilación de gas nitrógeno elimina al menos una porción de cualquier gas nitrógeno recibido desde el sistema de tubería y ventila ese gas nitrógeno del sistema de tubería. En algunos casos, el nitrógeno líquido ganará calor a medida que se canaliza el nitrógeno líquido desde el recipiente 1.104 de almacenamiento. Si el nitrógeno líquido gana suficiente calor, el nitrógeno líquido se vaporizará hasta convertirse en gas nitrógeno en el sistema de tubería. Preferiblemente, ese gas nitrógeno se ventila del sistema de tubería para eliminar la contrapresión en el recipiente de almacenamiento de nitrógeno líquido así como para permitir un flujo constante de nitrógeno líquido al dispensador 1.120 de nitrógeno líquido. Se muestra una válvula 1.116 para controlar el flujo de salida de nitrógeno líquido al dispensador. Cuando se abre la válvula, un flujo de nitrógeno líquido puede salir desde la válvula hasta el dispensador 1.120.

En la realización mostrada en la FIG. 11, el dispensador se muestra en una posición directamente encima del dispositivo 1.122 de transporte, por ejemplo, directamente encima de una cinta transportadora. El dispositivo de transporte se muestra portando el agregado 1.123. El dispensador emite nitrógeno líquido sobre la superficie del agregado mientras el agregado todavía está en el dispositivo de transporte. El agregado se enfría con nitrógeno líquido. El agregado 1.130 enfriado con nitrógeno líquido mostrado está siendo dirigido desde el extremo del dispositivo de transporte hacia una tolva 1.132. La tolva 1.132 dirige el agregado enfriado a una cámara 1.134, tal como la cámara de mezcla de un camión hormigonera.

El nitrógeno líquido almacenado en el recipiente 1.104 de almacenamiento se puede enfriar a una temperatura predeterminada. Por ejemplo, la temperatura del nitrógeno líquido se puede subenfriar a una temperatura que impida la vaporización del líquido una vez que se haya transportado el nitrógeno líquido al sistema de ventilación de gas nitrógeno. Al reducir la temperatura del nitrógeno líquido en una cantidad predeterminada, el nitrógeno líquido no podrá ganar suficiente calor en el sistema de tubería para vaporizarse antes de llegar al sistema de ventilación de gas nitrógeno. Por ejemplo, el nitrógeno líquido tiene un punto de vapor de -183 °C (-297 grados Fahrenheit) a una presión de 3,6 bar (52 psi). Subenfriando el nitrógeno líquido almacenado a -189 °C (-308 grados Fahrenheit), a 2,1 bar (30 psi), puede reducirse la posibilidad de vaporización dentro del sistema de tubería cuando se distribuye una porción del nitrógeno líquido a través del sistema de tubería.

Si, por alguna razón, entrara vapor de nitrógeno en el sistema 1.108 de tubería, el sistema de ventilación de gas nitrógeno puede eliminar el vapor de nitrógeno ventilando el vapor de nitrógeno a la atmósfera.

El sistema mostrado en la FIG. 11 se puede controlar automáticamente. Por ejemplo, un sistema de control informatizado, tal como un sistema 1.124 de control de nitrógeno líquido implementado por ordenador, puede acoplarse comunicativamente con un sistema 1.104 de almacenamiento de nitrógeno líquido, un sistema 1.112 de ventilación de gas nitrógeno, una válvula 1.116, un controlador 1.128 de planta dosificadora implementado por ordenador, y/o uno o más sensores del dispositivo 1.136 de transporte. Sin embargo, no son necesarios todos los acoplamientos comunicativos.

Al acoplar el sistema de control de nitrógeno líquido con el controlador de planta dosificadora, el controlador de planta dosificadora puede enviar una señal de entrada al sistema de control de nitrógeno líquido para indicar cuándo iniciar y cesar la dosificación de nitrógeno líquido; cuánto nitrógeno líquido dispensar; y cómo de frío debe estar el nitrógeno líquido, por ejemplo. Alternativamente, podría programarse el sistema de control de nitrógeno líquido para controlar estas características independientemente del controlador de planta dosificadora.

Al acoplar comunicativamente el sistema 1.116 de control de nitrógeno líquido a la válvula, el sistema de control de nitrógeno líquido puede controlar la dispensación de nitrógeno líquido. Esto permite que el sistema de control de nitrógeno líquido controle cuándo y durante cuánto tiempo transportar una porción del nitrógeno líquido al uno o más cabezales dispensadores y cuándo y durante cuánto tiempo dispensar la misma sobre el agregado, es decir, que controle el inicio y el cese. El sistema de control de nitrógeno líquido también puede controlar la cantidad de nitrógeno líquido dispensado cada vez (por ejemplo, la velocidad de dispensación) y la presión a la que dispensar el nitrógeno líquido controlando el grado de apertura de la válvula.

Al acoplar comunicativamente el sistema de control de nitrógeno líquido con los sensores del sistema de transporte, el sistema de control de nitrógeno líquido puede determinar cuándo iniciar y cesar la dispensación de nitrógeno líquido. Por ejemplo, si un sensor detecta el movimiento de agregado sobre el sistema de transporte, el sistema de control de nitrógeno líquido podría iniciar la dispensación de nitrógeno líquido. De manera similar, cuando el sensor detecta (1) que no hay más agregado sobre el sistema de transporte; (2 ) que hay una cantidad insuficiente de agregado sobre el sistema de transporte; o (3) que el sistema de transporte ha dejado de mover el agregado, entonces el sistema de control de nitrógeno líquido puede indicar que debe terminar el suministro de nitrógeno líquido.

Al acoplar comunicativamente el sistema de control de nitrógeno líquido con el sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido, el sistema de control de nitrógeno líquido puede indicar una presión o temperatura apropiada a la que se debe mantener un tanque de almacenamiento de nitrógeno líquido para un subenfriamiento efectivo del nitrógeno líquido, p. ej., una temperatura seleccionada por debajo de la temperatura de vaporización del nitrógeno líquido a una presión seleccionada. Además, el sistema de control de nitrógeno líquido puede controlar la salida de una porción del nitrógeno líquido almacenado al sistema 1.108 de tubería.

El sistema de control de nitrógeno líquido también puede controlar el sistema 1.112 de ventilación de gas nitrógeno. Por ejemplo, en una realización, si los sensores del sistema de tubería detectan que se está ejerciendo contrapresión sobre el nitrógeno líquido en el sistema de tubería, el sistema de control de nitrógeno líquido podría invocar el sistema de ventilación de gas nitrógeno para que ventile el gas nitrógeno.

La FIG. 12 ilustra un sistema 1.200 para dispensar nitrógeno líquido sobre agregado transportado por un dispositivo de transporte, según una realización que no forma parte de la invención reivindicada. La FIG. 12 muestra un dispositivo de transporte en forma de cinta transportadora. La cinta transportadora transporta agregado debajo de un dispensador 1.212 de nitrógeno líquido.

El dispensador 1.212 puede ser, por ejemplo, un colector con uno o más cabezales dispensadores (por ejemplo, boquillas) que estén colocados para dirigir sus respectivas corrientes de salida sobre el agregado. Preferiblemente, los cabezales dispensadores están configurados para dirigir sus respectivas corrientes de salida de manera que haya un contacto mínimo entre cualquier pieza metálica o pieza de caucho y el nitrógeno líquido dispensado. Esto reducirá el daño a tales piezas. Por ejemplo, la realización mostrada en la FIG. 12 muestra un dispensador que tiene seis cabezales dispensadores. Los cabezales dispensadores están dispuestos en dos filas con tres cabezales dispensadores por fila. Los cabezales dispensadores podrían configurarse para producir diferentes tipos de salida, por ejemplo, un flujo cónico o un flujo generalmente plano. Si se usa un flujo de salida generalmente plano para todas las boquillas, se podría disponer cada cabezal en una de las filas de modo que tenga un ángulo de incidencia diferente con respecto a la superficie generalmente plana del dispositivo transportador, por ejemplo, con respecto a un plano de superficie de una cinta transportadora. Esto permitiría que los cabezales dispensadores más externos dirijan su flujo de salida en ángulos de incidencia, con respecto a la superficie de la superficie generalmente plana del dispositivo de transporte, que preferiblemente no entren en contacto con ninguna superficie de metal o caucho del dispositivo de transporte. El cabezal dispensador medio podría dirigir su flujo de salida perpendicular al plano de la superficie del dispositivo transportador, ya que sería menos preocupante el contacto de piezas de metal o de caucho en el medio de la corriente de agregado. Permitir diferentes ángulos de incidencia con respecto a la superficie de la corriente de agregado permite la implementación en plantas dosificadoras de hormigón de diversas configuraciones e implementaciones.

Durante el funcionamiento, también se pueden colocar los cabezales dosificadores lo más cerca posible de la parte superior de la corriente de agregado transportada por el dispositivo de transporte. Al colocar los cabezales dispensadores de esta manera, hay menos oportunidades de que el nitrógeno líquido dispensado se convierta en nitrógeno gaseoso antes de la incidencia sobre el agregado.

Además, la dispensación desde los cabezales dispensadores puede llevarse a cabo a presiones muy bajas.

Según una realización, que no es según la invención reivindicada, el nitrógeno líquido se puede dispensar a una presión inferior a 5,5 bar (80 psi) pero superior a 0 bar (0 psi). Según otra realización más, que no es según la invención reivindicada, el nitrógeno líquido se puede dispensar a una presión inferior a aproximadamente 2,1 bar (30 psi) pero superior a 0 bar (0 psi). Según otra realización más, que no es según la invención reivindicada, el nitrógeno líquido se puede dispensar a una presión inferior a 1 bar (15 psi) pero superior a 0 bar (0 psi).

El uso de una presión baja ayudará a evitar que el nitrógeno líquido cambie de fase a nitrógeno gaseoso mientras se dispensa desde el uno o más cabezales dispensadores. El nitrógeno líquido proporciona un mayor efecto de enfriamiento que el nitrógeno gaseoso debido a la capacidad del nitrógeno líquido para mantener su temperatura fría mientras entra en contacto con el agregado. Dispensar nitrógeno líquido a más de 0 bar (0 psi) ayuda a alterar la capa superior de agregado en una corriente de agregado. Al perturbar la una o más capas superiores de agregado se apartan la una o más capas superiores para que las capas subyacentes de agregado también puedan quedar expuestas al nitrógeno líquido. Por lo tanto, puede ser útil dispensar nitrógeno líquido a presiones apropiadas para perturbar la una o más capas superiores de agregado. Según una realización, que no es según la invención reivindicada, el nitrógeno líquido se puede dispensar a una presión de entre aproximadamente 5,5 bar (80 psi) y aproximadamente 0,2 bar (3 psi). Según otra realización, que no es según la invención reivindicada, el nitrógeno líquido se puede dispensar a una presión de entre aproximadamente 2,1 bar (30 psi) y aproximadamente 0,2 bar (3 psi). Según aún otra realización, que no es según la invención reivindicada, el nitrógeno líquido se puede dispensar a una presión de entre aproximadamente 1 bar (15 psi) y aproximadamente 0,2 bar (3 psi).

La Fig. 12 también muestra cómo un sistema 1.202 de tubería suministra nitrógeno líquido desde un recipiente de almacenamiento de nitrógeno líquido (no mostrado). Opcionalmente, puede utilizarse un sistema 1.204 de ventilación de gas nitrógeno para eliminar cualquier gas nitrógeno que se haya vaporizado en el sistema de tubería. Un ventilador de gas nitrógeno ventila el gas nitrógeno del sistema de tubería y permite que el nitrógeno líquido pase corriente abajo. También se puede incorporar un respiradero de seguridad como parte del sistema de ventilación de gas nitrógeno. La FIG. 12 también muestra una válvula 1.208. La válvula recibe una entrada de nitrógeno líquido. Cuando se abre la válvula, el nitrógeno líquido sale al dispensador 1.212.

La FIG. 13 muestra una vista lateral de un sistema de ventilación de gas nitrógeno y una válvula. Se muestra una brida 1.302 para recibir la tubería de suministro de nitrógeno líquido. Se muestra una conexión 1.303 en T que permite que el gas nitrógeno presente en el sistema de tubería se mueva hacia arriba hasta el ventilador 1.304 de gas nitrógeno. El ventilador de gas nitrógeno se puede abrir para permitir ventilar el gas nitrógeno a la atmósfera. Se puede enrutar un cable de control desde un sistema de control, tal como el sistema de control de nitrógeno líquido descrito anteriormente, hasta el ventilador de gas nitrógeno a través de una caja 1.330 de conexiones. Por lo tanto, en una realización, el sistema de control puede controlar cuándo se debe ventilar el gas nitrógeno. En otra realización, el ventilador puede actuar de forma independiente.

También se muestra un ventilador 1.308 de seguridad conectado a la tubería que conecta la tubería de suministro de entrada con la válvula 1.320. Si la presión excede un límite de seguridad predeterminado, el ventilador de seguridad permitirá expulsar el gas nitrógeno o el nitrógeno líquido desde el sistema a la atmósfera. Opcionalmente, un manómetro 1.350 permite al operario ver la presión en el sistema.

La tubería que va desde la brida 1.302 hasta la válvula 1.320 transporta la entrada de nitrógeno líquido. La válvula 1.320 se puede hacer funcionar de forma manual o automática. Si se hace funcionar de forma automática, se puede enviar una señal de control a la válvula 1.320 desde el sistema de control, a través de la caja 1.330 de conexiones. En una realización, una señal, tal como una luz señalizadora 1.340, puede indicar cuando la válvula está en una posición abierta. Una manguera u otra tubería puede conectar el orificio de salida de la válvula con un dispensador de nitrógeno líquido, a través de la brida 1.360. Esto permite montar el dispensador de forma remota desde la válvula y el sistema de ventilación de gas nitrógeno.

La FIG. 14 es un diagrama de flujo 1.400 que ilustra un método de configuración de un sistema para enfriar agregado según una realización. En el bloque de operación 1.404, se suministra un sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido. El sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido está configurado para enfriar un suministro de nitrógeno líquido a una temperatura por debajo del punto de vapor del nitrógeno líquido. En el bloque de operación 1.408, se acopla mecánicamente un sistema de tubería con el sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido para transportar una porción del suministro de nitrógeno líquido fuera del sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido. En el bloque de operación 1.412, se acopla mecánicamente también el sistema de tubería con una válvula de control de nitrógeno líquido. La válvula de control de nitrógeno líquido está configurada para controlar un flujo de salida de nitrógeno líquido a al menos un cabezal dispensador de nitrógeno líquido. En el bloque de operación 1.416, se disponen el uno o más cabezales dispensadores encima de un dispositivo de transporte. Durante su uso, el dispositivo de transporte puede transportar una corriente de agregado como parte de una planta dosificadora de hormigón. En el bloque de operación 1.420, se disponen el uno o más cabezales dispensadores en una posición adecuada para dispensar un flujo de salida de nitrógeno líquido sobre la corriente agregada de la planta dosificadora de hormigón, durante el uso.

La FIG. 15 es un diagrama de flujo 1.500 que ilustra un método de configuración de un dispensador de nitrógeno líquido para su uso en una planta dosificadora de hormigón, según otra realización. En el bloque de operación 1.504, se proporciona un dispensador de nitrógeno líquido. En el bloque de operación 1.508, se configura el dispensador de nitrógeno líquido de modo que quede dispuesto encima de un dispositivo de transporte. El dispositivo de transporte puede transportar una corriente de agregado de una planta dosificadora de hormigón, durante el uso.

En el bloque de operación 1.512, se configura también el dispensador de nitrógeno líquido para dispensar un flujo de salida de nitrógeno líquido sobre la corriente de agregado transportada por el dispositivo de transporte de la planta dosificadora de hormigón, durante el uso.

En las realizaciones descritas anteriormente, se puede lograr el enfriamiento de agregado. El uso de una mayor cantidad de nitrógeno líquido puede producir un mayor efecto refrescante sobre el agregado. Por tanto, un operario puede controlar la cantidad de enfriamiento que se implementa controlando la cantidad de nitrógeno líquido que se aplica al agregado. En una realización, se cree que dispensar el flujo de salida de nitrógeno líquido a una velocidad suficiente para reducir en al menos 3 °C (3 °F) la temperatura superficial promedio inicial del agregado en la corriente de agregado proporcionará un enfriamiento útil de la mezcla de hormigón.

La FIG. 17 ilustra un ejemplo de una secuencia de operaciones para controlar un proceso de enfriamiento. En la FIG.

17, un sistema de control de nitrógeno líquido está acoplado comunicativamente con un controlador de planta dosificadora, un sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido, uno o más sensores y una válvula dispensadora. En este ejemplo, el controlador de planta dosificadora envía una señal al sistema de control de nitrógeno líquido para comenzar a enfriar el agregado. El sistema de control de nitrógeno líquido recibe la señal y envía una señal al sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido para enfriar el nitrógeno líquido a los parámetros deseados. Una vez que se completa el subenfriamiento, el sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido envía una señal al sistema de control de nitrógeno líquido indicando que se ha completado el subenfriamiento. Independientemente de una señal del sistema de control de nitrógeno líquido, o en respuesta a la misma, el controlador de la planta dosificadora puede iniciar el sistema de transporte para comenzar a transportar agregado. Uno o más sensores pueden detectar el agregado en el sistema de transporte y enviar una señal al sistema de control de nitrógeno líquido de que se ha detectado el agregado, o de que el agregado está debajo de un cabezal dispensador de nitrógeno líquido. El sistema de control de nitrógeno líquido puede enviar una señal a la válvula que controla la dispensación de nitrógeno líquido, para que se abra. Además, el sistema de control de nitrógeno líquido puede enviar una señal que indique hasta qué punto debe abrirse la válvula. Esto permite que el sistema de control de nitrógeno líquido controle la cantidad de enfriamiento a implementar: una mayor cantidad de nitrógeno líquido dispensado produce un mayor efecto de enfriamiento en el agregado. Cuando los sensores detectan que no queda agregado sobre el sistema de transporte, los sensores pueden enviar una señal al sistema de control de nitrógeno líquido, indicando este hecho. El sistema de control de nitrógeno líquido puede entonces enviar una señal a la válvula para que se cierre y, por lo tanto, deje de dispensar nitrógeno líquido. Una vez que el sistema de control de nitrógeno líquido deja de dispensar nitrógeno líquido, el sistema de control de nitrógeno líquido puede enviar una señal al controlador de la planta dosificadora, indicando que se ha completado el enfriamiento. Mientras que el ejemplo de la FIG. 17 se ha descrito como un caso en donde el controlador del proceso de dosificación inicia el proceso, cabe señalar que también es posible hacer funcionar el sistema de control de nitrógeno líquido independientemente de un controlador de proceso de dosificación.

La FIG. 16 describe un diagrama en bloque de un sistema informático 1.600 adecuado para implementar aspectos de al menos una realización de un dispositivo informatizado. Como se muestra en la FIG. 16, el sistema 1.600 incluye un bus 1.602 que interconecta subsistemas principales tales como un procesador 1.604, una memoria interna 1.606 (tal como una RAM y/o una ROM), un controlador 1.608 de entrada/salida (E/S), una memoria extraíble 1622 (tal como un tarjeta de memoria), un dispositivo externo tal como una pantalla 1.610 de visualización a través de un adaptador 1.612 de visualización, un dispositivo 1.614 de entrada de tipo rodillo, una palanca 1.616 de mando, un teclado numérico 1.618, un teclado alfanumérico 1.620, un dispositivo 1.630 de aceptación de tarjeta inteligente para tarjeta inteligente 1.634, una interfaz inalámbrica 1.626 y un suministro 1.628 de energía. Pueden conectarse muchos otros dispositivos. La interfaz inalámbrica 1.626 puede usarse, junto con una interfaz de red cableada (no mostrada), para interactuar con una red de área local o amplia (tal como Internet) usando cualquier sistema de interfaz de red conocido por los expertos en la técnica.

Pueden conectarse muchos otros dispositivos o subsistemas (no mostrados) de manera similar. Además, no es necesario que todos los dispositivos mostrados en la FIG. 16 estén presentes para poner en práctica una realización. Además, los dispositivos y subsistemas pueden interconectarse de diferentes modos a los que se muestran en la FIG.

16. El código para implementar una realización puede disponerse funcionalmente en la memoria interna 1.606 o almacenarse en medios de almacenamiento, tales como la memoria extraíble 1.622, un disquete, una memoria USB, un dispositivo de almacenamiento CompactFlash®, un DVD-R (“ disco versátil digital” o “ disco de vídeo digital” grabable), un DVD-ROM (“ disco versátil digital” o “ disco de vídeo digital” con memoria de solo lectura), un CD-R (disco compacto grabable) o un CD-ROM (disco compacto memoria de solo lectura). Por ejemplo, en una realización del sistema informático 1.600, puede almacenarse el código para implementar el sistema de enfriamiento en la memoria interna 1.606 y configurarse para ser ejecutado por el procesador 1.604.

En la anterior descripción, se han establecido numerosos detalles específicos con fines explicativos para proporcionar una comprensión completa de las realizaciones descritas. Sin embargo, será evidente para los expertos en la técnica que estas realizaciones pueden ponerse en práctica sin algunos de estos detalles específicos. Por ejemplo, si bien se atribuyen diversas características a realizaciones particulares, cabe señalar que las características descritas con respecto a una realización también pueden incorporarse a otras realizaciones.

En aras de la claridad, no se muestran y describen necesariamente todas las funciones rutinarias de las realizaciones descritas en la presente descripción. Por supuesto, se apreciará que en el desarrollo de cualquier realización real de este tipo, se deben tomar numerosas decisiones específicas de implementación para lograr los objetivos específicos del desarrollador, tales como el cumplimiento de las restricciones relacionadas con la aplicación y/o el negocio, y que esos objetivos específicos variarán de una realización a otra y de un desarrollador a otro.

Según una realización, los componentes, etapas de proceso y/o estructuras de datos descritos en la presente descripción se pueden implementar utilizando diversos tipos de sistemas operativos (OS), plataformas informáticas, firmware, programas informáticos, lenguajes informáticos y/o máquinas de uso general. El método se puede ejecutar como un proceso programado que se ejecute en un sistema de circuitos de procesamiento. El sistema de circuitos de procesamiento puede adoptar la forma de numerosas combinaciones de procesadores y sistemas operativos, conexiones y redes, almacenes de datos, o de un dispositivo independiente. El proceso puede implementarse como instrucciones ejecutadas mediante dicho hardware, mediante dicho hardware solo o mediante cualquier combinación de hardware y software. El software puede almacenarse en un dispositivo de almacenamiento de programas legible por una máquina.

Según una realización, las operaciones de control llevadas a cabo por cada sistema de control descrito en la presente descripción podrían implementarse mediante un controlador lógico programable (PLC). Según una realización, los componentes, procesos y/o estructuras de datos pueden implementarse usando lenguaje de máquina, ensambladores, PHP, C o C++, Java y/u otros programas de lenguaje de alto nivel que se ejecuten en un ordenador de procesamiento de datos tal como un ordenador personal, ordenador de estación de trabajo, ordenador central o servidor de alto rendimiento que ejecute un sistema operativo tal como Windows 10, Windows 8 , Windows 7, Windows Vista™, Windows NT®, Windows XP PRO, y Windows® 2.000, comercializados por Microsoft Corporation de Redmond, Washington, sistemas con Apple OS X, comercializados por Apple Inc. de Cupertino, California, o varias versiones del sistema operativo Unix, tal como Linux, comercializados por varios proveedores. El método también puede implementarse en un sistema de múltiples procesadores, o en un entorno informático que incluya varios periféricos tales como dispositivos de entrada, dispositivos de salida, pantallas, dispositivos señaladores, memorias, dispositivos de almacenamiento, interfaces de medios para transferir datos hacia y desde el uno o más procesadores, y similares. Además, dicho sistema informático o entorno informático puede estar conectado en red localmente o a través de Internet u otras redes. Se pueden utilizar diferentes implementaciones y pueden incluir otros tipos de sistemas operativos, plataformas informáticas, programas informáticos, firmware, lenguajes informáticos y/o máquinas de uso general. Además, los expertos en la técnica reconocerán que también se pueden utilizar dispositivos de naturaleza menos general, tales como dispositivos cableados, conjuntos de puertas programares en campo (FPGA), circuitos integrados de aplicación específica (ASIC), o similares, sin abandonar el ámbito de los conceptos de la invención descritos en la presente descripción.

Debe entenderse que las operaciones enumeradas en las reivindicaciones no se limitan a un orden particular, a menos que se indique explícitamente lo contrario o que el lenguaje de la reivindicación requiera inherentemente un orden específico.

Muchas de las realizaciones descritas en la presente descripción se han descrito utilizando nitrógeno líquido como agente de enfriamiento. En algunas aplicaciones, se puede optar por utilizar nitrógeno supercongelado. El nitrógeno supercongelado se compone de nitrógeno sólido y nitrógeno líquido. El nitrógeno supercongelado tiene un mayor efecto de enfriamiento que el nitrógeno líquido. También se puede utilizar nitrógeno supercongelado para evitar el efecto Leidenfrost.

La memoria descriptiva, los ejemplos y los datos anteriores proporcionan una descripción completa de la estructura y el uso de realizaciones ilustrativas de la invención. Además, las características estructurales de las diferentes implementaciones se pueden combinar en otra implementación más sin apartarse de las reivindicaciones citadas.

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   i.Un sistema (100, 1.100) de enfriamiento de agregado, para enfriar agregado para su uso en una mezcla de hormigón cuando los ingredientes de la mezcla de hormigón se dosifican desde una planta dosificadora de hormigón, comprendiendo el sistema:

   un dispositivo (104, 1.122) de transporte que incluye una cinta transportadora, estando configurado el dispositivo (104, 1.122) de transporte para transportar una corriente (108, 1.123) de agregado de la planta dosificadora de hormigón hacia el interior de una cámara (124, 1.134) de mezcla de un dispositivo de mezcla de hormigón;

   un sistema (140, 1.104) de almacenamiento de nitrógeno líquido configurado para enfriar un suministro de nitrógeno líquido a una temperatura por debajo del punto de vapor del nitrógeno líquido;

   un sistema (136, 1.108) de tubería acoplado con el sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido y configurado para transportar una porción del suministro de nitrógeno líquido desde el sistema (140, 1.104) de almacenamiento de nitrógeno líquido;

   un dispensador (132, 1.120) de nitrógeno líquido dispuesto encima del dispositivo de transporte y configurado para recibir la porción de nitrógeno líquido a través del sistema (136, 1.108) de tubería; y

   una válvula (134, 1.116) de control de nitrógeno líquido configurada para controlar un flujo de nitrógeno líquido al dispensador (132, 1.120);

   en donde el dispensador (132, 1.120) de nitrógeno líquido está configurado para dispensar un flujo de salida de nitrógeno líquido sobre la superficie de la corriente (108, 1.123) de agregado transportada por la cinta transportadora a la cámara de mezcla del dispositivo de mezcla de hormigón;

   caracterizado por queel dispensador (132, 1.120) de nitrógeno líquido está configurado para convertir una entrada presurizada de nitrógeno líquido en un flujo no presurizado de nitrógeno líquido.
2. 2. El sistema (1.100) de la reivindicación 1 en donde la temperatura por debajo del punto de vapor del nitrógeno líquido es una temperatura que evita que la porción de nitrógeno líquido se vaporice mientras se transporta la porción de nitrógeno líquido al dispensador (1.120) de nitrógeno líquido desde el sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido.
3. 3. El sistema (1.100) de la reivindicación 1 o 2 y que comprende además:

   un sistema (1.124) de control informatizado acoplado comunicativamente con el sistema (1.104) de almacenamiento de nitrógeno líquido, en donde el sistema (1.124) de control informatizado está configurado para controlar el enfriamiento del suministro de nitrógeno líquido a una temperatura seleccionada por debajo de la temperatura de vaporización del nitrógeno líquido.
4. 4. El sistema (1.100) de la reivindicación 1 o 2 y que comprende además:

   un controlador (1.128) de planta dosificadora de hormigón; y

   un sistema (1.124) de control informatizado acoplado comunicativamente con el controlador (1.128) de planta dosificadora de hormigón, en donde el sistema (1.124) de control informatizado está configurado para hacer que la porción de nitrógeno líquido se dispense desde el dispensador de nitrógeno líquido en respuesta a una señal recibida desde el controlador (1.128) de planta dosificadora de hormigón.
5. 5. El sistema (1.100) de la reivindicación 1 o 2 y que comprende además:

   un sistema (1.124) de control informatizado acoplado comunicativamente con el sistema (1.104) de almacenamiento de nitrógeno líquido, en donde el sistema (1.124) de control informatizado está configurado para controlar el transporte de la porción de nitrógeno líquido al dispensador (1.120) de nitrógeno líquido.
6. 6. El sistema (1.100) de cualquier reivindicación anterior y que comprende además:

   un dispositivo de eliminación de vapor de nitrógeno configurado para eliminar el vapor de nitrógeno del sistema de tubería.
7. 7.El sistema (1.100) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 , en donde el dispensador (1.120) de nitrógeno líquido está configurado para dispensar el flujo de salida de nitrógeno líquido a una velocidad suficiente para reducir en al menos 1,67 grados Celsius (tres grados Fahrenheit) la temperatura superficial promedio inicial del agregado en la corriente de agregado.
8. 8. El sistema (1.100) de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde el dispensador (1.120) de nitrógeno líquido comprende un generador de cortina de nitrógeno líquido.
9. 9. El sistema (1.100) de la reivindicación 8 , en donde el generador de cortina de nitrógeno líquido está configurado para generar una cortina de nitrógeno líquido, siendo la cortina de nitrógeno líquido una lámina de nitrógeno líquido que tiene un ancho, una altura y una profundidad.
10. 10. El sistema (1.100) de la reivindicación 8 o 9, en donde el generador de cortina de nitrógeno líquido comprende:

    un orificio (902) de entrada configurado para recibir un flujo de entrada de nitrógeno líquido, estando el nitrógeno líquido a una primera presión y teniendo una primera velocidad durante el uso;

    una cámara a una segunda presión, siendo la segunda presión inferior a la primera presión;

    un deflector ubicado dentro de la cámara, funcionando el deflector durante el uso para desviar el flujo de entrada de nitrógeno líquido;

    un orificio (912) de salida que tiene un borde de longitud predeterminada para facilitar un flujo de salida de nitrógeno líquido;

    en donde, durante el uso, el flujo de salida de nitrógeno líquido que fluye sobre el borde forma una cortina de nitrógeno líquido.
11. 11. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende además el dispositivo mezclador de hormigón.
12. 12. Una planta dosificadora de hormigón que comprende el sistema (1100) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11.
13. 13. Un método que comprende:

    proporcionar un dispositivo (104, 1.122) de transporte que incluye una cinta transportadora, estando configurado el dispositivo (104, 1.122) de transporte para transportar una corriente (108, 1.123) de agregado de una planta dosificadora de hormigón hacia el interior de una cámara (124, 1.134) de mezcla de un dispositivo de mezcla de hormigón;

    proporcionar un sistema (140, 1.104) de almacenamiento de nitrógeno líquido configurado para enfriar un suministro de nitrógeno líquido a una temperatura por debajo del punto de vapor del nitrógeno líquido; acoplar un sistema (136, 1.108) de tubería con el sistema de almacenamiento de nitrógeno líquido para transportar una porción del suministro de nitrógeno líquido desde el sistema (140, 1.104) de almacenamiento de nitrógeno líquido;

    acoplar el sistema (1108) de tubería con una válvula (134, 1.116) de control de nitrógeno líquido configurada para controlar un flujo de nitrógeno líquido a un dispensador (132, 1.120) de nitrógeno líquido; disponer el dispensador (132, 1.120) de nitrógeno líquido encima de la cinta transportadora; y controlar el dispensador (132, 1.120) de nitrógeno líquido para dispensar un flujo de nitrógeno líquido sobre la superficie de la corriente de agregado transportada por la cinta transportadora a la cámara de mezcla del dispositivo de mezcla de hormigón,

    caracterizado por queel dispensador (132, 1.120) de nitrógeno líquido está controlado para convertir una entrada presurizada de nitrógeno líquido en un flujo no presurizado de nitrógeno líquido.