MX2012004690A - Aparato y metodo para reduccion de tamaño. - Google Patents

Abstract

La presente invención provee un método de reducción de tamaño de un material que comprende los pasos de: alimentar un material por un conjunto de alimentación en una cámara de ciclón la cámara de ciclón posee un conjunto cilíndrico alargado que posee una sección frustocónica agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de acción y proveer un caudal del fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón la presente invención además provee un aparato para reducir el tamaño de un material. El aparato comprende: una cámara de ciclón (4) que posee un conducto cilíndrico alargado que posee una sección frustoconica (4a) un dispositivo (5) para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón (4) de manera tal que la sección frutostónica (4a) de la cámara de ciclón (4) en el extremo opuesto de la sección frustoconica (4ª); y un conjunto de alimentación para alimentar un material en la cámara de ciclón (4).

Description

APARATO Y METODO DE REDUCCION DE TAMAÑO Campo de la Invención La presente invención provee un aparato y método de reducción del tamaño de un material. El aparato y método además pueden reducir el contenido de humedad de un material.

Antecedentes de la Invención Existen varios aparatos para procesar materiales sin acción mecánica para reducir el tamaño de partícula del material. La mayoría de estos aparatos comprenden un tubo de entrada, una cámara de ciclón con un ventilador impulsor para arrastrar el aire y el material a procesar por el sistema. El caudal de aire a alta presión se usa para crear un vórtice en la cámara de ciclón que atrapa el material y lo retiene en una suspensión ciclónica en la cual el material es fraccionado .

Un ejemplo de este aparato está descrito en O 98/35756. WO 98/35756 describe una máquina con una cámara ciclónica de longitud ajustable para regular el aparato de modo que logre una onda estacionaria en una frecuencia armónica específica generada por un ventilador. Se establece en WO 00/24518 que el proceso de WO 98/35756 tiene ciertas desventajas, siendo la principal que el procesamiento físico en la cámara de ciclón no degrada todo el material al tamaño deseado y como resultado de ello, el material sin degradar REF: 230251 sale de la cámara e impacta contra el impulsor. La fuerza con la cual esto se produce hace que el ventilador no dure más de unas pocas horas, aún cuando esté construido con los materiales más fuertes conocidos por el hombre.

Sumario de la Invención La presente invención se refiere a los problemas precedentes, y en particular provee métodos y un aparato para reducir el tamaño de un material mejorado. La presente invención además provee un método y aparato para remover la humedad de un material .

De acuerdo a un aspecto, la presente invención provee un método de reducción de tamaño de un material, el método comprende los pasos de : alimentar un material por un conjunto de alimentación en una cámara de ciclón, la cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica ; agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón; y proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón.

De acuerdo a un aspecto específico, el caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón puede tener una viscosidad cinemática (v) de lxlO"8 m2/s V lxlO"1 m2/s.

De acuerdo a un aspecto específico, el agente modificador de la viscosidad puede ser un agente modificador de la viscosidad cinemático.

El paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón puede ejecutarse antes o después del paso de alimentar un material en la cámara de ciclón. Es posible agregar cualquier agente modificador de la viscosidad adecuado. Por ejemplo, el agente modificador de la viscosidad puede ser seleccionado del grupo integrado por: aire húmedo; agua; aire caliente; aire frío; oxígeno; nitrógeno; argón; dióxido de carbono; surfactantes a base de agua; sulfato de calcio; vidrio; óxido bórico; fluoruro de calcio; óxido de aluminio; y una combinación de los mismos.

Es posible agregar cualquier cantidad adecuada de agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón. En particular, el agente modificador de la viscosidad se agrega en la cámara de ciclón de manera tal que la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón es lxlO"8 m2/s < v < lxlCT1 m2/s.

De acuerdo a un aspecto específico, el caudal de fluido ciclónico es provisto por un dispositivo, el dispositivo está dispuesto en una abertura formada en la terminación de la sección frustocónica de la cámara de ciclón.

El método puede además comprender el paso de colectar el material cuyo tamaño ha sido reducido. En particular, el tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser de 5 nm - 150 µp?.

De acuerdo a un segundo aspecto, la presente invención provee un aparato para reducir el tamaño de material de acuerdo a un método de un primer aspecto de la presente invención. El aparato puede comprender: una cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica; un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, de manera tal que la sección frustocónica de la cámara de ciclón termina en una abertura que forma la entrada al dispositivo; un tubo de entrada de aire en conexión de fluido con la cámara de ciclón en el extremo opuesto de la sección frustocónica; y un conjunto de alimentación para alimentar un material en la cámara de ciclón.

El conjunto de alimentación puede además usarse para alimentar por lo menos un agente modificador de la viscosidad.

El aparato puede además comprender un sistema de control computarizado para controlar la cantidad de material, aire, y/o el agente modificador de la viscosidad alimentado por el conjunto de alimentación en la cámara de ciclón. El agente modificador de la viscosidad puede ser un agente modificador de la viscosidad cinemático. En particular, el sistema de control computarizado es capaz de monitorear la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón y en consecuencia, ajusta la cantidad de material, aire y/o agente modificador de la viscosidad alimentado por el conjunto de alimentación en la cámara de ciclón.

Un tercer aspecto de la presente invención es un método de reducción de tamaño de un material, el método comprende los pasos de: alimentar un material por un conjunto de alimentación en una cámara de ciclón, la cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica ; y proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, en el cual el caudal de fluido ciclónico posee una viscosidad cinemática (v) de lxlO"8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s.

El método puede además comprender el paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón. El por lo menos único agente modificador de la viscosidad puede ser un agente modificador de la viscosidad cinemático. En particular, el paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón puede ejecutarse antes o después el paso de alimentar un material en la cámara de ciclón. Es posible agregar cualquier agente modificador de la viscosidad adecuado. Por ejemplo, el agente modificador de la viscosidad puede ser seleccionado del grupo integrado por: aire húmedo; agua; aire caliente; aire frío; oxígeno; nitrógeno; argón; dióxido de carbono; surfactantes a base de agua; sulfato de calcio; vidrio; óxido bórico; fluoruro de calcio; óxido de aluminio; y una combinación de los mismos. Otros ejemplos de agentes modificadores de la viscosidad incluyen, entre otros, helio, dióxido de azufre, aceite de ricino, solución de almidón de maíz, glicerina y alquitrán. La solución de almidón de maíz puede ser solución de almidón de maíz Baume 22, solución de almidón de maíz Baume 24 o solución de almidón de maíz Baume 26.

Cualquier cantidad adecuada de agente modificador de la viscosidad puede agregarse en la cámara de ciclón. De acuerdo a un aspecto específico, el agente modificador de la viscosidad puede agregarse en la cámara de ciclón de manera tal que la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón es lxlO"8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s. En particular, el paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad se ejecuta cuando la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón está fuera del intervalo de lxlO"8 m2/s < V < lxlO"1 m2/s.

De acuerdo a un aspecto específico, el caudal de fluido ciclónico es provisto por un dispositivo, el dispositivo está dispuesto en una abertura formada en la terminación de la sección frustocónica de la cámara de ciclón.

El método puede además comprender el paso de colectar el material cuyo tamaño ha sido reducido. En particular, el tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser de 5 nm - 150 µp\. Más aún, el tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser de 8 nm - 100 µp\, 15 nm - 50 µp?, 25 nm - 25 µp?, 50 nm - 10 µp?, 75 nm - 5 µ?t?, 100 nm - 800 nm, 150 nm - 700 nm, 200 nm - 600 nm, 300 nm - 500 nm, 400 nm - 450 nm.

Otro aspecto de la presente invención es un aparato para reducir el tamaño de un material de acuerdo a un método de un tercer aspecto de la presente invención, el aparato comprende : una cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica; un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, de manera tal que la sección frustocónica de la cámara de ciclón termina en una abertura que forma la entrada al dispositivo; un tubo de entrada de aire en conexión de fluido con la cámara de ciclón en el extremo opuesto de la sección frustocónica ; un conjunto de alimentación para alimentar un material en la cámara de ciclón; y un sistema de control computarizado para monitorear la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico en la cámara de ciclón.

De acuerdo a un aspecto específico, el conjunto de alimentación puede además usarse para alimentar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón. El por lo menos único agente modificador de la viscosidad puede ser un agente modificador de la viscosidad cinemático. En particular, el sistema de control computarizado es capaz de monitorear la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón y en consecuencia, ajusta la cantidad de material, aire y/o agente modificador de la viscosidad alimentado por el conjunto de alimentación en la cámara de ciclón.

Otro aspecto de la presente invención es un aparato para reducir el tamaño de un material que comprende: una cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustoconica; un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, de manera tal que la sección frustoconica de la cámara de ciclón termina en una abertura que forma la entrada al dispositivo; un tubo de entrada de aire en conexión de fluido con la cámara de ciclón en el extremo opuesto de la sección frustocónica ; y un conjunto de alimentación para alimentar un material en la cámara de ciclón, en tanto la relación entre el diámetro del conjunto de alimentación y el diámetro del tubo de entrada de aire representa 0.3-0.5.

El aparato puede además comprender un sistema de control computarizado para controlar la alimentación del material y el caudal de fluido dentro de la cámara de ciclón.

De acuerdo a otro aspecto, la presente invención provee un método de reducción de tamaño de un material, el método comprende los pasos de : alimentar un material por un conjunto de alimentación en una cámara de ciclón, la cámara de ciclón posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica ; proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón; y controlar la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón, donde la relación es 40%.

Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 ilustra una vista en perspectiva de un aparato de acuerdo a una modalidad de la presente invención; La Figura 2 ilustra una curva de la viscosidad cinemática contra el número de Reynolds para una pérdida de carga de 87 m.

La Figura 3 ilustra una curva de la pérdida de carga contra la viscosidad cinemática para distintos valores de aspereza de caño (~) . a La Figura 4 ilustra la distribución de tamaño de partícula de Malvern de una muestra de carbón marrón cuyo tamaño se reduce de acuerdo al aparato de un aspecto de la presente invención (muestra A) ; La Figura 5 ilustra la distribución de tamaño de . partícula de Malvern de una muestra de carbón marrón cuyo tamaño se reduce por molienda (muestra B) ; y La Figura 6 ilustra la tasa de pérdida de peso contra temperatura para cada una de las muestras A y B.

Descripción Detallada de la Invención Las referencias bibliográficas mencionadas en la presente invención para una mayor comodidad se enumeran en forma de una lista y se agregan al final de los ejemplos. El contenido completo de las mismas queda incorporado a la presente como referencia.

En el arte previo se revelan diversos diseños de equipos y mecanismos operativos, cuyos ejemplos se han mencionado. En general, estos equipos comprenden una cámara de ciclón cónica con un ventilador impulsor para arrastrar el aire y el material a procesar por el sistema. El caudal de aire se emplea para crear un vórtice en una cámara de ciclón que atrapa el material, reteniéndolo en una suspensión ciclónica en la cual se procesa en cierto grado. Durante el procesamiento, el tamaño de partícula del material puede ser reducido .

La dinámica de fluido de un sistema de procesamiento de materiales a base de vórtices es muy compleja y varía continuamente en todo el ciclo del proceso. Pueden surgir complicaciones debido al hecho que las partículas del material alimentado al sistema de procesamiento tienen inercia y se comportan de manera diferente del resto del fluido dentro del sistema de procesamiento, fundamentalmente y vapor de agua, bajo condiciones de flujo turbulento.

El cambio continuo de tamaño y concentración de las partículas del material cuyo tamaño ha de reducirse y que están suspendidas dentro del fluido, junto con los cambios concomitantes en el contenido de agua dentro del sistema de procesamiento, dan como resultado una situación dinámica en la cual las partículas son forzadas a ingresar y salir de la zona de procesamiento efectiva. En particular, cuando el material a procesar dentro del sistema de procesamiento se agrega al caudal de aire dentro del sistema de procesamiento, la dinámica del fluido del sistema cambia dramáticamente y cambia el número de Reynolds. Con el fin que el material sea efectivamente procesado dentro del sistema de procesamiento, las condiciones de flujo deben ser optimizadas para garantizar que las partículas sean sometidas a las fuerzas de corte del vórtice durante el mayor tiempo posible.

El número de Reynolds para un flujo de fluido en un caño o tubo es un número adimensional que provee la relación entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas. En general, un flujo con un número de Reynolds grande indica flujo turbulento, mientras un número de Reynolds chico es indicativo de un flujo donde las fuerzas de inercia son pequeñas con respecto a las fuerzas viscosas y son flujos típicamente laminares. A los efectos de la presente invención, el número de Reynolds puede en general definirse como : y es la velocidad de fluido promedio del flujo de fluido por el caño (m/s) ; D es el diámetro del caño (m) ; µ es la viscosidad dinámica del fluido (Pa.s o N. s/m2) ; v es la viscosidad cinemática del fluido (es decir v = ü) (m2/s); P p es la densidad del fluido (kg/m3) ; Q es la tasa de flujo volumétrico del fluido dentro del caño (m3/s) ; y A es el área en sección transversal del caño (m2) .

El experto en el arte advertirá que un número de Reynolds de inferior a 2300 es indicativo de flujo laminar, un número de Reynolds de entre 2300 y 4000 es indicativo de flujo transitorio y un número de Reynolds de mayor a 4000 es indicativo de flujo turbulento.

En consecuencia, se desea un mejor control sobre el número de Reynolds del flujo durante el procesamiento del material en el sistema de procesamiento. De acuerdo a un primer aspecto de la presente invención, se provee un método de reducción de tamaño de un material, el método comprende los pasos de: alimentar un material por un conjunto de alimentación en una cámara de ciclón, la cámara de ciclón posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica ,- agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón; y proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón.

La viscosidad es la resistencia interna de un fluido al flujo. Cuanto mayor es la viscosidad de un fluido, el fluido presentará una mayor resistencia al flujo. Recíprocamente, cuanto menor es la viscosidad de un fluido, menor es la resistencia del fluido al flujo. A los efectos de la presente invención, un agente modificador de la viscosidad se define como un agente que cuando se agrega a un sistema, es capaz de cambiar la viscosidad del flujo de fluido dentro del sistema. En particular, el agente modificador de la viscosidad puede ser capaz de cambiar la viscosidad cinemática del flujo de fluido dentro del sistema. La viscosidad cinemática del flujo de fluido es la relación de la viscosidad dinámica del flujo de fluido y la densidad del fluido.

El agente modificador de la viscosidad puede encontrarse en estado sólido, líquido o gaseoso. El agente modificador de la viscosidad puede ser un agente modificador de la viscosidad cinemático. La expresión "agente modificador de la viscosidad" comprende los estimuladores de flujo. Los ejemplos de agentes modificadores de la viscosidad y estimuladores de flujo incluyen, entre otros, aire húmedo; agua; aire caliente; aire frío; oxígeno; nitrógeno; argón; dióxido de carbono; surfactantes a base de agua; sulfato de calcio; vidrio; óxido bórico; fluoruro de calcio; óxido de aluminio; o una combinación de los mismos. Otros ejemplos de agentes modificadores de la viscosidad incluyen, entre otros, helio, dióxido de azufre, aceite de ricino, solución de almidón de maíz, glicerina y alquitrán. La solución de almidón de maíz puede ser una solución de almidón de maíz Baume 22, solución de almidón de maíz Baume 24 o solución de almidón de maíz Baume 26. A los efectos de la presente invención, aire húmedo se define como aire con un mayor contenido de humedad respecto del aire ambiente. A los efectos de la presente invención, aire caliente se define como aire que posee una temperatura mayor que la temperatura del aire ambiente. A los efectos de la presente invención, aire frío se define como aire que posee una temperatura menor que la temperatura del aire ambiente.

El paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón puede ejecutarse antes o después el paso de alimentar un material por un conjunto de alimentación en la cámara de ciclón. El paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón puede ejecutarse luego del paso de proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón. El paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón puede ser repetido más de una vez. En particular, el paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad puede ser repetido durante el método de reducción de tamaño del material alimentado a través del conjunto de alimentación en la cámara de ciclón.

De acuerdo a un aspecto específico, el caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón puede tener una viscosidad cinemática (v) de lxlO"8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s. El caudal de fluido ciclónico puede comprender el material alimentado a la cámara de ciclón por el conjunto de alimentación. En consecuencia, la referencia al caudal de fluido ciclónico que posee una viscosidad cinemática específica puede ser una medida de la viscosidad cinemática del caudal de aire que comprende el material dentro de la cámara de ciclón. Cuando el caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón posee una viscosidad cinemática (v) de lxlO"8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s, las condiciones de flujo son optimizadas y el tamaño del material puede ser reducido de manera eficiente. Sin embargo, cuando el material cuyo tamaño ha de reducirse se agrega en la cámara de ciclón, la dinámica del fluido puede cambiar y en consecuencia, la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico puede cambiar.

En consecuencia, la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico puede ser modificada por la adición de por lo menos un agente modificador de la viscosidad. Por ejemplo, cuando se agrega por lo menos un agente modificador de la viscosidad, la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón puede cambiar de manera tal que la viscosidad cinemática (v) sea lxlO"8 m2/s < V < lxlO"1 m2/s.

De acuerdo a un aspecto específico, el caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón puede tener un número de Reynolds de 4xl03 - lxlO8.

La adición del por lo menos único agente modificador de la viscosidad puede ser una adición controlada del por lo menos único agente modificador de la viscosidad. La adición del por lo menos único agente modificador de la viscosidad puede resultar en un mejor control sobre la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, mejorando así las propiedades de flujo, estabilidad y sustentabilidad del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón. Cualquier cantidad adecuada de agente modificador de la viscosidad puede agregarse. En particular, la cantidad de agente modificador de la viscosidad agregada puede depender de la viscosidad cinemática (v) . Más aún, la cantidad del por lo menos único agente modificador de la viscosidad agregada puede depender de la cantidad necesaria para llevar la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico a lxlO"8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s. La cantidad del por lo menos único agente modificador de la viscosidad agregada puede depender de la cantidad necesaria para llevar el número de Reynolds del caudal de fluido ciclónico a 4xl03 - lxlO8.

De acuerdo a un aspecto específico, la cantidad de agente modificador de la viscosidad agregada puede depender del material cuyo tamaño ha de reducirse. Por ejemplo, si el material es muy grande y/o muy húmedo, la cantidad de agente modificador de la viscosidad agregada en la cámara de ciclón se incrementa. La adición del agente modificador de la viscosidad puede mejorar el procesamiento del material.

Es posible usar cualquier agente modificador de la viscosidad adecuado a los fines de la presente invención. Por ejemplo, el agente modificador de la viscosidad puede ser seleccionado del grupo integrado por: aire húmedo; agua; aire caliente; aire frío; oxígeno; nitrógeno; argón; dióxido de carbono; surfactantes a base de agua sulfato de calcio; vidrio; óxido bórico; fluoruro de calcio; óxido de aluminio; y una combinación de los mismos. En particular, el agente modificador de la viscosidad es agua y/o aire húmedo. Otros ejemplos de agentes modificadores de la viscosidad incluyen, entre otros, helio, dióxido de azufre, aceite de ricino, solución de almidón de maíz, glicerina y alquitrán. La solución de almidón de maíz puede ser una solución de almidón de maíz Baume 22, solución de almidón de maíz Baume 24 o solución de almidón de maíz Baume 26.

De acuerdo a un aspecto específico, el material cuyo tamaño ha de reducirse puede también puede utilizarse luego del procesamiento como un co-aditivo con por lo menos un agente modificador de la viscosidad. En particular, el material cuyo tamaño ya ha sido reducido puede agregarse junto con el por lo menos único agente modificador de la viscosidad. Por ejemplo, si se ha procesado carbón marrón y se ha reducido a un tamaño de 5 nm - 100 µt?, luego parte de este material puede agregarse cuando el carbón crudo se está procesando para alterar la viscosidad.

El caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón se provee mediante un dispositivo. El caudal ciclónico de fluido de acuerdo a la presente invención hace referencia a un ciclón creado en un caudal de fluido que pasa por un conducto, preferentemente de sección transversal circular. En un caudal de fluido ciclónico, las fuerzas centrípetas creadas por el movimiento del caudal de fluido arrastran el material particulado atrapado en el caudal de fluido desde las paredes del conducto y hacia su región central. Si se crea un intervalo amplio de frecuencias sónicas dentro del conducto, se genera un patrón de vórtices poderosos en el caudal de fluido. Las energías son liberadas por la conversión de la energía potencial en energía cinética en razón de los esfuerzos creados dentro del ciclón que genera una explosión pequeña. Los vórtices del ciclón adoptan la forma de implosiones que son capaces de romper el material en partículas más pequeñas.

Los vórtices creados en el caudal de fluido ciclónico llevan además frecuencias armónicas generadas por el aparato especialmente diseñado. Este fija un pulso a partir de la configuración de onda estacionaria dentro del sistema, y se generan bolsillos de fluido dentro de la onda estacionaria para lograr una velocidad por debajo del intervalo sónico. Esto puede ser ajustado al tipo específico de material lo cual mejora la capacidad de los vórtices creados para romper materiales muy duros y blandos como piedra y reducir el contenido de humedad de los mismos .

El dispositivo usado en el paso de proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón puede ser cualquier dispositivo adecuado capaz de proveer un caudal de fluido ciclónico. De acuerdo a un aspecto específico, el dispositivo puede disponerse en una abertura formada en la terminación de la sección frustocónica de la cámara de ciclón Un ejemplo de un dispositivo capaz de proveer un caudal de fluido ciclónico incluye un ventilador. El experto en el arte advertirá que otros dispositivos capaces de proveer un caudal de fluido ciclónico también caen dentro del alcance de la presente invención.

De acuerdo a un aspecto específico, el dispositivo puede ser un ventilador impulsor. En particular, el ventilador impulsor puede comprender una pluralidad de álabes que se extienden radialmente y un centro de manera tal que cada uno de la serie de álabes esté equiespaciado sobre el centro. El ventilador impulsor puede además comprender un interruptor dispuesto dentro del centro para desviar el caudal de fluido por delante del centro.

De acuerdo a un aspecto específico, la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón puede ser < 40%. Si el volumen del material alimentado al conjunto de alimentación excede 40% del volumen de aire dentro de la cámara de ciclón, el vórtice creado dentro del caudal de fluido ciclónico puede colapsar y perder su capacidad de procesamiento .

El método puede además comprender el paso de colectar el material cuyo tamaño ha sido reducido. El tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser 5 nm - 150 µp?. En particular, el tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser 8 nm - 100 µt? , 15 nm - 50 µp?, 25 nm - 25 µp?, 30 nm - 20 µp?, 50 nm - 10 µp?, 75 nm - 5 µp?, 100 nm - 800 nm, 150 nm - 700 nm, 200 nm - 600 nm, 300 nm - 500 nm, 400 nm - 450 nm.

Más aún, el tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido es 20-100 µ??. El experto en el arte entenderá que el tamaño de partícula promedio depende de la aplicación en la cual el material cuyo tamaño ha sido reducido ha de usarse y el destino final del material cuyo tamaño ha sido reducido. Por ejemplo, para el carbón, el tamaño de partícula promedio de carbón luego del método de reducción de tamaño de la presente invención puede ser 50 -100 µ??. Para el óxido de zinc a usar en la preparación de cosméticos, el tamaño de partícula promedio del óxido de zinc luego del método de reducción de tamaño de la presente invención puede ser 20 - 40 nm.

A los efectos de la presente invención, el tamaño de partícula promedio de un material hace referencia al tamaño de partícula promedio de un material sobre una masa base. El tamaño de partícula de un material puede ser definido por su dimensión mayor. Es posible usar cualquier método común adecuado para determinar el tamaño de partícula. Por ejemplo, el analizador de tamaño de partícula Mastersizer 2000 (Malvern Instruments Limited) puede ser usado para determinar el tamaño de partícula. La distribución del tamaño de partícula puede ser determinada mediante cualquier método adecuado. Por ejemplo, el método descrito en ASTM C136 o ASTM C117 puede ser usado para determinar la distribución del tamaño de partícula de agregados finos y gruesos por cribado. Por ejemplo, una muestra a granel que comprende material cuyo tamaño ha sido reducido es cribada por un conjunto de tamices de distintos tamaños. Los tamices pueden ser tamices comunes. La muestra a granel es tamizada por la pila de tamices para determinar la distribución del tamaño de partícula tomando el peso del material que permanece en cada tamiz.

Un segundo aspecto de la presente invención es un aparato para reducir el tamaño de un material de acuerdo al método antes descrito. El aparato comprende: una cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica; un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, de manera tal que la sección frustocónica de la cámara de ciclón termina en una abertura que forma la entrada al dispositivo; un tubo de entrada de aire en conexión de fluido con la cámara de ciclón en el extremo opuesto de la sección frustocónica; y un conjunto de alimentación para alimentar un material en la cámara de ciclón.

El dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón puede ser cualquier dispositivo adecuado. Un ejemplo de un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico incluye un ventilador.

De acuerdo a un aspecto específico, el dispositivo puede ser un ventilador impulsor. En particular, el ventilador impulsor puede comprender una pluralidad de álabes que se extienden radialmente y un centro de manera tal que cada uno de la serie de álabes esté equiespaciado sobre el centro. El ventilador impulsor puede además comprender un interruptor dispuesto dentro del centro para desviar el caudal de fluido ciclónico por delante del centro.

El aparato puede además comprender un sistema de control computarizado para controlar la cantidad a alimentar de un material suministrado por el conjunto de alimentación en la cámara de ciclón. El sistema de control computarizado puede además controlar la cantidad de fluido dentro de la cámara de ciclón. El sistema de control computarizado puede además controlar la cantidad del por lo menos único agente modificador de la viscosidad agregado en la cámara de ciclón. En particular, el sistema de control computarizado es capaz de monitorear la pérdida de carga y la velocidad de aire ciclónico (fluido) que son una medida directa de la viscosidad cinemática del material alimentado en la cámara de ciclón a través del conjunto de alimentación para cualquier geometría de sistema específica.

Según se ha mencionado, la adición del por lo menos único agente modificador de la viscosidad puede ser una adición controlada del por lo menos único agente modificador de la viscosidad. La adición del por lo menos único agente modificador de la viscosidad puede ser controlada por un sistema de control computarizado. Por ejemplo, el sistema de control computarizado puede detectar un cambio en la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón de manera tal que la viscosidad cinemática (v) esté fuera de un intervalo predeterminado. El sistema de control computarizado puede detectar un cambio en el número de Reynolds del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón de manera tal que el número de Reynolds esté fuera de un intervalo predeterminado. El sistema de control computarizado en consecuencia solicitará la adición controlada de por lo menos un agente modificador de la viscosidad con el fin de volver la viscosidad cinemática (v) a su intervalo predeterminado. En consecuencia, el sistema de control computarizado puede ayudar a mejorar las propiedades de flujo, estabilidad y sustentabilidad del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón.

A continuación se describirán con mayor detalle las diferentes partes del aparato.

De acuerdo a un tercer aspecto, la presente invención provee un método de reducción de tamaño de un material, el método comprende los pasos de : alimentar un material por un conjunto de alimentación en una cámara de ciclón, la cámara de ciclón posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica; y proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, donde el caudal de fluido ciclónico posee una viscosidad cinemática (v) de lxlO"8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s.

De acuerdo a un aspecto específico, el número de Reynolds del caudal de fluido ciclónico puede ser 4xl03 -lxlO8.

El método puede además comprender el paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón. Cualquier agente modificador de la viscosidad adecuado puede ser usado a los fines de la presente invención, según lo descrito. El paso de agregar el por lo menos un agente modificador de la viscosidad puede ejecutarse antes o después del paso de alimentar un material por un conjunto de alimentación en la cámara de ciclón. El paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón puede ejecutarse luego del paso de proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón. El paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón puede ser repetido más de una vez. En particular, el paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad puede ser repetido durante el método de reducción de tamaño del material alimentado a través del conjunto de alimentación en la cámara de ciclón.

De acuerdo a un aspecto específico, cuando el caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón posee una viscosidad cinemática (v) de lxlCf8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s, las condiciones de flujo son optimizadas y el tamaño del material puede ser reducido de manera eficiente. Sin embargo, cuando el material cuyo tamaño ha de ser reducido se agrega en la cámara de ciclón, la dinámica del fluido puede cambiar y en consecuencia, la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico puede cambiar.

En consecuencia, la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico puede ser modificada por la adición de por lo menos un agente modificador de la viscosidad. Por ejemplo, cuando se agrega por lo menos un agente modificador de la viscosidad, la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón puede cambiar de manera tal que la viscosidad cinemática (v) sea de lxlO"8 m2/s < V < lxlO"1 m2/s.

La adición del por lo menos único agente modificador de la viscosidad puede ser una adición controlada del por lo menos único agente modificador de la viscosidad. La adición del por lo menos único agente modificador de la viscosidad puede resultar en un mejor control de la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, mejorando así las propiedades de flujo, estabilidad y sustentabilidad del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón. Cualquier cantidad adecuada de agente modificador de la viscosidad puede agregarse. En particular, la cantidad de agente modificador de la viscosidad agregada puede depender de la viscosidad cinemática (v) . Más aún, la cantidad del por lo menos único agente modificador de la viscosidad agregada puede depender de la cantidad necesaria para llevar la viscosidad cinemática (V) del caudal de fluido ciclónico a lxlO"8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s. De acuerdo a un aspecto específico, la cantidad de agente modificador de la viscosidad agregada puede depender del material cuyo tamaño ha de reducirse. Por ejemplo, si el material es muy grande y/o muy húmedo, la cantidad de agente modificador de la viscosidad agregada en la cámara de ciclón aumenta. La adición del agente modificador de la viscosidad puede mejorar el procesamiento del material.

De acuerdo a un aspecto específico, la cantidad del por lo menos único agente modificador de la viscosidad agregada puede depender de la cantidad necesaria para llevar el número de Reynolds del caudal de fluido ciclónico a 4xl03 - lxlO8.

De acuerdo a un aspecto específico, el material cuyo tamaño ha de reducirse puede también puede utilizarse luego del procesamiento como un co-aditivo con por lo menos un agente modificador de la viscosidad. En particular, el material cuyo tamaño ya ha sido reducido puede agregarse junto con el por lo menos único agente modificador de la viscosidad. Por ejemplo, si se ha procesado carbón marrón y ha sido reducido a un tamaño de 5 nm - 100 µp?, luego parte de este material puede agregarse cuando al procesarse carbón crudo para alterar la viscosidad.

El dispositivo usado en el paso de proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón puede ser cualquier dispositivo adecuado capaz de proveer un caudal de fluido ciclónico. De acuerdo a un aspecto específico, el dispositivo puede estar localizado en una abertura formada en la terminación de la sección frustocónica de la cámara de ciclón. Los ejemplos de dispositivos capaces de proveer un caudal de fluido ciclónico ya han sido indicados.

De acuerdo a un aspecto específico, el dispositivo puede ser un ventilador impulsor. En particular, el ventilador impulsor puede comprender una pluralidad de álabes que se extienden radialmente y un centro de manera tal que cada uno de la serie de álabes esté equiespaciado sobre el centro. El ventilador impulsor puede además comprender un interruptor dispuesto dentro del centro para desviar el caudal de fluido ciclónico por delante del centro.

De acuerdo a un aspecto específico, la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón puede ser < 40%. Si el volumen del material alimentado al conjunto de alimentación excede 40% del volumen de aire dentro de la cámara de ciclón, el vórtice creado dentro del caudal de aire ciclónico puede colapsar y perder su capacidad de procesamiento .

El método puede además comprender el paso de colectar el material cuyo tamaño ha sido reducido. El tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser 5 nm - 150 µt?. En particular, el tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser 8 nm - 100 µt?, 15 nm - 50 µ?, 25 nm - 25 µp?, 30 nm - 20 µ??, 50 nm - 10 µp?, 75 nm - 5 µt?, 100 nm - 800 nm, 150 nm - 700 nm, 200 nm - 600 nm, 300 nm - 500 nm, 400 nm - 450 nm. Más aún, el tamaño de partícula promedio del material luego que el material ha sido sometido a una reducción de tamaño es de 20 - 100 µp\. El experto en el arte entenderá que el tamaño de partícula promedio depende de la aplicación en la cual el material cuyo tamaño ha sido reducido ha de usarse y el destino final del material cuyo tamaño ha sido reducido. Por ejemplo, para el carbón, el tamaño de partícula promedio de carbón luego del método de reducción de tamaño de la presente invención puede ser 50 - 100 µ??. Para el óxido de zinc a usar en la preparación de cosméticos, el tamaño de partícula promedio de óxido de zinc luego del método de reducción de tamaño de la presente invención puede ser 20 - 40 nm.

La presente invención además provee un aparato para reducir el tamaño de un material de acuerdo al método del tercer aspecto de la presente invención antes descrito. El aparato comprende : una cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustoconica; un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, de manera tal que la sección frustoconica de la cámara de ciclón termina en una abertura que forma la entrada al dispositivo; un tubo de entrada de aire en conexión de fluido con la cámara de ciclón en el extremo opuesto de la sección frustocónica; un conjunto de alimentación para alimentar un material en la cámara de ciclón; y a sistema de control computarizado para monitorear la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico en la cámara de ciclón.

El dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón puede ser cualquier dispositivo adecuado. Un ejemplo de un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico incluye un ventilador.

De acuerdo a un aspecto específico, el dispositivo puede ser un ventilador impulsor. En particular, el ventilador impulsor puede comprender una pluralidad de álabes que se extienden radialmente y un centro de manera tal que cada uno de la serie de álabes esté equiespaciado sobre el centro. El ventilador impulsor puede además comprender un interruptor dispuesto dentro del centro para desviar el caudal de fluido por delante del centro.

De acuerdo a un aspecto específico, el sistema de control computarizado para monitorear la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico en la cámara de ciclón es de manera tal que el sistema de control computarizado pueda detectar si la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico esté fuera de un intervalo predeterminado. El intervalo predeterminado puede ser lxlO"8 m2/s = v < lxlO"1 m2/s. El sistema de control computarizado puede detectar si el número de Reynolds del caudal de fluido ciclónico esté fuera de un intervalo predeterminado.

El sistema de control computarizado puede ser capaz de monitorear la pérdida de carga y velocidad de aire ciclónico (fluido) que son una medida directa de la viscosidad cinemática del material alimentado en la cámara de ciclón a través del conjunto de alimentación para cualquier geometría de sistema específica. En particular, cuando la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico está fuera del intervalo predeterminado, el sistema de control computarizado puede solicitar la alteración de las condiciones de flujo dentro de la cámara de ciclón. En particular, el sistema de control computarizado puede generar la adición de por lo menos un agente modificador de la viscosidad con el fin de volver la viscosidad cinemática (v) y/o número de Reynolds del caudal de fluido ciclónico al intervalo predeterminado. En consecuencia, el sistema de control computarizado puede ayudar a mejorar las propiedades de flujo, estabilidad y sustentabilidad del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón. La adición de por lo menos un agente modificador de la viscosidad puede ser según lo descrito.

A continuación se describen con mayor detalle las distintas partes del aparato.

Un aspecto adicional de la presente invención es un aparato para reducir el tamaño de un material que comprende: una cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección f ustocónica; un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, de manera tal que la sección frustocónica de la cámara de ciclón termina en una abertura que forma la entrada al dispositivo; un tubo de entrada de aire en conexión de fluido con la cámara de ciclón en el extremo opuesto de la sección frustocónica; y un conjunto de alimentación para alimentar un material en la cámara de ciclón, donde la relación entre el diámetro del conjunto de alimentación y el diámetro del tubo de entrada de aire representa 0.3-0.5.

En particular, la relación del diámetro del conjunto de alimentación al diámetro del tubo de entrada de aire representa 0.5. Esta relación puede proveer una relación de volumen de aire a volumen de material máxima de 60:40. Cuando el material cuyo tamaño ha de ser reducido es una pasta, la relación del diámetro del conjunto de alimentación al diámetro del tubo de entrada de aire representa 0.35.

El aparato puede además comprender un sistema de control computarizado para controlar la cantidad de material alimentado por el conjunto de alimentación en la cámara de ciclón y la cantidad de fluido dentro de la cámara de ciclón.

A continuación se describen con mayor detalle las distintas partes del aparato.

Además se provee un método de reducción de tamaño de un material en el aparato antes descrito, el método comprende el paso de controlar la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón en < 40%. en particular, la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón es < 35%, < 30%, < 25%, < 20%.

De acuerdo a un aspecto específico, el paso de controlar la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón puede ejecutarse mediante un sistema de control computarizado. Es posible usar cualquier sistema de control computarizado adecuado. Por ejemplo, el sistema de control computarizado puede controlar la relación controlando la cantidad de material alimentado por el conjunto de alimentación en la cámara de ciclón y la cantidad de aire dentro de la cámara de ciclón.

El método puede además comprender el paso de colectar el material cuyo tamaño ha sido reducido. El tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser 5 nm - 150 µp?. En particular, el tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser 8 nm - 100 µ??, 15 nm - 50 µp?, 25 nm - 25 µp\, 30 nm - 20 µp?, 50 nm - 10 µt?, 75 nm - 5 µp?, 100 nm - 800 nm, 150 nm - 700 nm, 200 nm - 600 nm, 300 nm - 500 nm, 400 nm - 450 nm. Más aún, el tamaño de partícula promedio del material luego que el material ha sido sometido a una reducción de tamaño es de 20 - 100 µt?. El experto en el arte entenderá que el tamaño de partícula promedio depende de la aplicación en la cual el material cuyo tamaño ha sido reducido ha de usarse y el destino final del material cuyo tamaño ha sido reducido. Por ejemplo, para el carbón, el tamaño de partícula promedio de carbón luego del método de reducción de tamaño de la presente invención puede ser 50 - 100 µp?. Para el óxido de zinc a usar en la preparación de cosméticos, el tamaño de partícula promedio de óxido de zinc luego del método de reducción de tamaño de la presente invención puede ser 20 - 40 nm.

Otro aspecto de la presente invención es un método de reducción de tamaño de un material, el método comprende los pasos de : alimentar un material por un conjunto de alimentación en una cámara de ciclón, la cámara de ciclón posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica ; proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón; y controlar la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón, donde la relación es < 40%.

En particular, la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón es < 35%, < 30%, < 25%, < 20%.

El dispositivo usado en el paso de proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón puede ser cualquier dispositivo adecuado capaz de proveer un caudal de fluido ciclónico. De acuerdo a un aspecto específico, el dispositivo puede estar localizado en una abertura formada en la terminación de la sección frustocónica de la cámara de ciclón. Los ejemplos de dispositivos capaces de proveer un caudal de fluido ciclónico ya han sido descritos.

De acuerdo a un aspecto específico, el dispositivo puede ser un ventilador impulsor. En particular, el ventilador impulsor puede comprender una pluralidad de álabes que se extienden radialmente y un centro de manera tal que cada uno de la serie de álabes esté equiespaciado sobre el centro. El ventilador impulsor puede además comprender un interruptor dispuesto dentro del centro para desviar el caudal de fluido ciclónico por delante del centro.

El método puede además comprender el paso de colectar el material cuyo tamaño ha sido reducido. El tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser 5 nm - 150 µp?. En particular, el tamaño de partícula promedio del material cuyo tamaño ha sido reducido puede ser 8 nm - 100 µt?, 15 nm - 50 µp?, 25 nm - 25 µ??, 30 nm - 20 µ??, 50 nm - 10 µp\, 75 nm - 5 µp?, 100 nm - 800 nm, 150 nm - 700 nm, 200 nm - 600 nm, 300 nm - 500 nm, 400 nm - 450 nm. Más aún, el tamaño de partícula promedio del material luego que el material ha sido sometido a una reducción de tamaño es de 20 - 100 µ??. El experto en el arte entenderá que el tamaño de partícula promedio depende de la aplicación en la cual el material cuyo tamaño ha sido reducido ha de usarse y el destino final del material cuyo tamaño ha sido reducido. Por ejemplo, para el carbón, el tamaño de partícula promedio de carbón luego del método de reducción de tamaño de la presente invención puede ser 50 - 100 µp?. Para el óxido de zinc a usar en la preparación de cosméticos, el tamaño de partícula promedio de óxido de zinc luego del método de reducción de tamaño de la presente invención puede ser 20 - 40 nm.

Cuando las condiciones de dinámica de fluido del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón son optimizadas en vista de los métodos de acuerdo a cualquier aspecto de la presente invención, es posible crear un vórtice inverso dentro del vórtice externo dentro del caudal de fluido ciclónico de manera tal que se produzca un caudal de fluido ciclónico sustentable . La intersección de los vórtices interno y externo genera una capa límite turbulenta. La interrupción intensa causada por la interacción entre las partículas de material dentro de la cámara de ciclón en la capa límite rompe el material en partículas de distintos tamaños. El vórtice principal opera en una dirección y lleva la mayor parte de las partículas más gruesas y el vórtice interno opera en la dirección opuesta y lleva partículas más finas.

Además, toda el agua que puede encontrarse en las partículas del material puede evaporarse rápidamente a medida que se desplazan a una zona de presión inferior. Esta evaporación puede ser suficientemente rápida como para romper adicionalmente las partículas. A medida que las partículas se rompen, queda más superficie expuesta y esto facilita la evaporación adicional.

Las partículas suspendidas del material no se mueven en un espiral uniforme alrededor del caudal de fluido ciclónico. En particular, las partículas grandes y pequeñas colisionan entre si y desarrollan cargas eléctricas opuestas debido a los procesos triboeléctricos . Las partículas más grandes se cargan positivamente y las partículas más pequeñas se cargan negativamente .

En algún punto, especialmente en áreas de baja presión dentro de la cámara de ciclón, las partículas de carga opuesta estarán lo suficientemente cerca para que el campo electrostático sea de influencia suficiente para ionizar el aire entre ellas. Dependiendo de la presión, este puede resultar en la formación de plasmas corona o de descarga luminiscente .

A presión atmosférica, la tensión del rompimiento en aire seco es 30KV/cm. Esto se reduce significativamente a presiones más bajas y niveles más altos de humedad. Además, debido a que la intensidad de campo eléctrico es inversamente proporcional al radio de partícula, la tensión es menor para las partículas más pequeñas. En consecuencia, a medida que las partículas continúan reduciéndose en tamaño, el proceso de ionización se torna más probable y más frecuente.

En consecuencia se producen descargas electroestáticas y transmiten ondas de radio de alta frecuencia que podrían emplearse para monitorear el método de reducción de tamaño y a los fines del control de retroalimentación .

Una modalidad del aparato de acuerdo a la presente invención se ilustra en la Figura 1. El aparato 100 comprende un ventilador de succión impulsor 5 y una cámara de ciclón 4. La cámara de ciclón 4 es en general cilindrica y se dispone de manera tal que su eje longitudinal se coloque a lo largo del eje de rotación del ventilador de succión impulsor 5. El ventilador de succión impulsor 5 está montado con capacidad de rotación dentro de una carcasa 6. El ventilador de succión impulsor 5 produce la rotación y succión del aire.

El ventilador de succión impulsor 5 está montado a un extremo de un eje de accionamiento (no se ilustra) soportado por un cojinete de apoyo 9 montado sobre la parte posterior de la carcasa 6. Un tren de transmisión 10 se fija al otro extremo del eje. El tren de transmisión 10 provee potencia al aparato 100. En operación, el tren de transmisión 10 es accionado por un motor de velocidad variable, un motor de combustión interna o cualquier accionador mecánico 12. El ventilador de succión impulsor es operado a velocidades típicas de 90-250 m/s. Sin embargo, el experto en el arte advertirá que es posible usar cualquier velocidad adecuada a los fines de la presente invención. En particular, la velocidad del ventilador de succión impulsor puede depender de la viscosidad cinemática del material procesado. La velocidad del ventilador de succión impulsor puede cambiar en respuesta al grado de trituración del material. El tren de transmisión 10 se fija a un banco 11. El banco 11 puede ser acolchado.

Un extremo de la cámara de ciclón 4 posee un tubo de entrada de aire 3 acoplado. El otro extremo de la cámara de ciclón 4 termina en una sección frustocónica 4a que posee una abertura (no se ilustra) .

La cámara de ciclón 4 se fija, por ejemplo por soldadura, de manera que la abertura de la carcasa 6 y la boca de la sección frustocónica 4a sea coincidente. Así la entrada del ventilador de succión impulsor 5 se extiende parcialmente en la sección frustocónica 4a de la cámara de ciclón 4. En particular, el ancho interno de la carcasa 6 sería aproximadamente 5 cm mayor que el ancho del ventilador de succión impulsor 5.

Un conjunto de alimentación 2 para recibir el material cuyo tamaño ha de reducirse se monta sobre el tubo de entrada de aire 3 adyacente a un extremo abierto 3a del mismo y se extiende parcialmente en el tubo de entrada de aire 3. Es posible emplear cualquier conjunto de alimentación adecuado a los fines de la presente invención. El material a reducir es alimentado por el conjunto de alimentación 2 luego ingresa al tubo de entrada de aire 3. El aire y el material pasan por el tubo de entrada de aire 3 antes de ingresar a la cámara de ciclón 4. El tubo de entrada de aire 3 además está conectado a un estator 1 en el extremo abierto 3a del tubo de entrada de aire 3. El estator 1 es un punto focal en forma oval que enfoca la cola del vórtice creado en el caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón 4.

El conjunto de alimentación 2 regula la relación del volumen de material alimentado por el conjunto de alimentación 2 al volumen de fluido dentro de la cámara de ciclón 4 durante la operación del aparato 100. Esto puede ser controlado por el diámetro del conjunto de alimentación 2 en relación con el diámetro del tubo de entrada de aire 3.

El aparato 100 además comprende un conducto de escape 8. El aire y el material pasan por el conducto de escape 8 una vez que atraviesan la cámara de ciclón 4. El aire y material que pasan por el conducto de escape 8 pueden ser dirigidos a un área de recolección y expedición.

El ventilador de succión impulsor 5 comprende una pluralidad de álabes que se extienden radialmente 5a. Preferentemente, el número de álabes 5a oscila entre ocho y doce, de acuerdo al tipo de material a granular. Es posible lograr una mayor reducción del tamaño de partícula promedio del material que sale del conducto de escape 8 con un mayor número de álabes 5a, mientras que un material más seco sale del conducto de escape con un menor número de álabes 5a. Los álabes 5a pueden estar hechos y recubiertos con una capa de material altamente resistente a la abrasión para protegerlos contra la contaminación metálica así como para proveer amortiguación a fin de proteger las partículas frágiles como diamantes liberados de un metal como kimberlita permitiendo que los diamantes grandes que de otro modo serían aplastados emerjan intactos.

Cada uno de los álabes 5a está desplazado del radio del impulsor por un ángulo que oscila entre 3-10°. Cuanto mayor es el ángulo, mejor se adaptará el aparato 100 a aplicaciones que exigen una mayor reducción de la humedad del material alimentado a través del conjunto de alimentación 2. Un ángulo menor es más adecuado a aplicaciones que exigen una mayor reducción de tamaño del material alimentado a través del conjunto de alimentación 2. Los álabes 5a están equiespaciados sobre un centro (no se ilustra) . El centro recibe los álabes 5a y se fija al eje de accionamiento. Cada álabe 5a es en general cóncavo, la concavidad de cada álabe 5a está orientada hacia la dirección de rotación del ventilador de succión impulsor 5.

Un interruptor 13 puede ser colocado en un alma central de la cara anterior del centro orientado hacia la entrada del ventilador de succión impulsor 5. El interruptor 13 es una contratuerca de forma discordante que fija el ventilador de succión impulsor 5 sobre el eje de accionamiento. El interruptor 13 puede comprender un disco montado sobre una columna central . La columna puede ser roscada de modo que el interruptor 13 pueda enroscarse al alma central del centro. El interruptor 13 altera el fluido estacionario directamente por delante del centro. El interruptor 13 posee un diámetro aproximadamente igual al diámetro del centro. En particular, el diámetro central del interruptor 13 puede ser aproximadamente igual al diámetro del centro.

La orientación y diseño de los álabes del impulsor 5a además pueden ser optimizados por diseño asistido por computadora y ajustados dinámicamente para compensar todo desgaste en los mismos. En particular, el grado de curvatura de los álabes puede ajustarse por patrones de desgaste por análisis de la dinámica de fluidos creados por un producto dado los cuales podrán rediseñarse a fin de lograr una resistencia óptima contra la abrasión.

El aparato 100 además comprende una voluta 7 que es un cuerpo en espiral de múltiples ángulos dentro de la carcasa que determina el volumen de aire contenido y expulsado por el aparato 100 en combinación con el tubo de entrada de aire 3. De acuerdo a una modalidad específica, la carcasa 6 contiene una voluta 7 con cierto volumen total en proporción al diámetro del ventilador de succión impulsor 5, de manera tal que cada 300 mm de diámetro del ventilador de succión impulsor 5, el volumen de la voluta 7 debe ser de 0.120-0.177 m3. En particular, el volumen de la voluta 7 puede ser 0.150 m3 cada 300 mm de diámetro del ventilador de succión impulsor 5.

La voluta 7 puede extenderse desde la pared interna del conducto de escape 8 a la pared exterior del conducto de escape 8 en espiral para generar la capacidad de volumen de aire total 100.

De acuerdo a una modalidad específica, el área de descarga del conducto de escape 8 puede ser aproximadamente 35% del volumen de la voluta 7. El conducto de escape 8 se fija a la carcasa 6 donde la voluta 7 termina.

La granulación y secado de un material puede ser además mejorada introduciendo una frecuencia generada externamente al caudal de fluido ciclónico por medio de un parlante o alimentación eléctrica, por ejemplo. Las frecuencias típicas pueden ser de 25 a 28 Hz, 57.6 Hz , 576 Hz para un ventilador que corre a 5760 rpm. La disociación del agua puede mejorarse con la introducción de una frecuencia de aproximadamente 42.7 Hz .

El aparato 100 puede además comprender un sistema de control computarizado (no se ilustra) . El sistema de control computarizado puede mantener y/o monitorear la operación del aparato 100. En particular, el sistema de control computarizado puede mantener y/o monitorear la constancia operativa cuando el material cuyo tamaño ha de reducirse es alimentado al aparato 100. Más aún, el sistema de control computarizado puede monitorear la viscosidad cinemática (v) y/o el número de Reynolds del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón 4 y/o la relación del volumen del material alimentado al el conjunto de alimentación al volumen del fluido dentro de la cámara de ciclón 4.

De acuerdo a una modalidad específica, la longitud del tubo de entrada de aire 3 representa 200-240% del diámetro del ventilador de succión impulsor 5. Más aún, la longitud del tubo de entrada de aire 3 representa aproximadamente 220% del diámetro del ventilador de succión impulsor 5.

De acuerdo a otra modalidad específica, el ancho del tubo de entrada de aire 3 representa aproximadamente 33% del diámetro del ventilador de succión impulsor 5.

Otra modalidad específica dispone que el tamaño del estator 1 pueda ser modificado para producir diferentes resultados de procesamiento con el mismo material de entrada alimentado por el conjunto de alimentación 2. Por ejemplo, cuando se usa un estator más pequeño 1, el tamaño de partícula promedio final del material que pasa por el conducto de escape 8 será mayor que cuando se use un estator 1 más grande. En particular, el diámetro del estator no debe exceder el 50% del diámetro del tubo de entrada de aire.

De acuerdo a una modalidad específica, la longitud de la cámara de ciclón 4 oscila entre 65-85%, 70-80%, 75-78% de la longitud del tubo de entrada de aire 3. Más aún, la longitud de la cámara de ciclón 4 representa el 70% de la longitud del tubo de entrada de aire 3.

De acuerdo a otra modalidad específica, el ancho de la cámara de ciclón 4 se reduce en su longitud a partir del ancho del ventilador de succión impulsor 5 al ancho del tubo de entrada de aire 3.

De acuerdo a una modalidad específica, el diámetro del ventilador de succión impulsor 5 puede ser tres veces el ancho del tubo de entrada de aire 3a. Los álabes 5a del ventilador de succión impulsor 5 pueden disponerse desde el centro del ventilador de succión impulsor 5 con respecto a un anillo de fijación a un ángulo de 45° con relación al eje de rotación del ventilador de succión impulsor 5. Además, el ancho del ventilador de succión impulsor 5 puede ser un tercio del diámetro del ventilador de succión impulsor 5.

El aparato 100 puede ser llevado a cualquier tamaño en la medida en que la proporción de los componentes se mantenga a escala y se garantice una potencia suficiente durante operación del aparato 100.

En operación, el motor 12 es acelerado hasta lograr la velocidad en la que se logran las condiciones óptimas de granulación de un material específico regulando el aparato a la frecuencia de resonancia natural del material. El tren de transmisión 10 y su control son de significativa importancia. Debe proveer suficiente potencia para la formación de un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón 4. El motor 12 puede además incrementar su potencia una vez que el material cuyo tamaño ha de reducirse es alimentado por el conjunto de alimentación 2 en la cámara de ciclón 4 de manera que los vórtices formados dentro del caudal de fluido ciclónico en la cámara de ciclón 4 no colapsen.

Los tipos de materiales que pueden ser granulados por el aparato de acuerdo a cualquier aspecto de la presente invención son minerales metálicos, vidrio, plástico, carbón, lignita (carbón marrón) , coque de petróleo, mezotrace, esquisto bituminoso, yeso, ceniza, estiércol, barro cloacal, cristal de sal, arena con minerales y mena, fertilizantes, materia prima de cemento, arena negra, granos como sojas, maíz, avenas, cebada, mijo y arroz.

El aparato de acuerdo a cualquier aspecto de la presente invención puede ser utilizado para reducir el contenido de humedad de numerosos materiales como arcilla húmeda, pulpa de papel, carbón marrón, fosfatos, sulfatos, espinas y huesos con el fin de producir un polvo seco fino. Además resulta de utilidad para secar pasta de pigmentación que contiene hasta 50% de agua. Las pastas de minería pueden secarse en forma de polvo o deshidratadas lo suficiente para un tratamiento químico destinado a la extracción de metales.

El material a reducir el tamaño es alimentado al conjunto de alimentación 2 e ingresa al tubo de entrada de aire 3. El material luego pasa por el tubo de entrada de aire 3 e ingresa a la trayectoria del caudal de fluido ciclónico creado por el ventilador de succión impulsor 5 dentro de la cámara de ciclón 4. El material es fragmentado dentro de la cámara de ciclón 4 antes de ingresar al ventilador de succión impulsor 5 debido a la harmónica regulada de los vórtices dentro del caudal de fluido ciclónico y es arrastrado por el caudal de fluido ciclónico a la entrada del ventilador de succión impulsor 5.

El material luego ingresa al conducto de escape 8 y sale del aparato 100 a un área de recolección y expedición. El tamaño del conducto de escape 8 puede variarse para ajustar el flujo de fluido a través del aparato 100.

Los materiales que salen del aparato 100 por el conducto de escape 8 son clasificados de acuerdo al tamaño de partícula promedio mediante cualquier método adecuado conocido en el arte. Los materiales con un tamaño de partícula promedio mayor al deseado pueden ser retroalimentados al aparato 100 a través del conjunto de alimentación 2 a la cámara de ciclón 4 para su reprocesamiento .

Según se ha descrito, puede instalarse un sistema de control computarizado . Durante la operación normal, virtualmente no hay carga, particularmente si se usa un motor de torsión constante a CC para accionar el ventilador de succión impulsor 5. En consecuencia, es posible proveer sensores para detectar todo incremento en la carga, por ejemplo debido al impacto de partículas grandes contra el ventilador de succión impulsor 5, con el fin de activar un conmutador de corte y freno.

Los sensores pueden alternativamente detectar partículas particularmente grandes en tránsito como diamantes y ejecutar la misma función. Los sensores pueden además utilizarse para detectar partículas grandes en el conducto de escape 8 e incrementar la velocidad del ventilador de succión impulsor 5 con el fin de garantizar que el material sea finamente granulado.

El sistema de control computarizado puede además detectar cambios en la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón 4. De acuerdo a una modalidad específica, si la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón 4 cae fuera de un intervalo predeterminado, el sistema de control computarizado puede solicitar la alteración de las condiciones de flujo dentro de la cámara de ciclón 4. En particular, el sistema de control computarizado puede provocar la adición de por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón 4 con el fin de volver la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico en la cámara de ciclón 4 al intervalo predeterminado. Cualquier agente modificador de la viscosidad adecuado entre los descritos puede ser usado a los fines de la presente invención.

El sistema de control computarizado puede además detectar cambios en la relación del volumen de material alimentado por el conjunto de alimentación 2 al volumen del fluido dentro de la cámara de ciclón 4. Si la relación excede un valor predeterminado, el sistema de control computarizado ajusta la cantidad de fluido presente en la cámara de ciclón 4 alterando la velocidad del ventilador de succión impulsor 5 y/o la cantidad de material alimentado por el conjunto de alimentación 2 en la cámara de ciclón 4. En particular, si el volumen de material alimentado por el conjunto de alimentación 2 en la cámara de ciclón excede 40% del volumen de aire dentro de la cámara de ciclón 4, los vórtices dentro del caudal de fluido ciclónico en la cámara de ciclón 4 pueden colapsar. De acuerdo a una modalidad específica, la relación del volumen de material alimentado por el conjunto de alimentación 2 en la cámara de ciclón 4 al volumen de aire en la cámara de ciclón 4 es < 40%.

A la luz de esta revelación, los expertos en el arte advertirán la posibilidad de introducir modificaciones a la modalidad descripta, así como otras modalidades, todo ello en el marco del alcance de las reivindicaciones que se acompañan. La disposición de las distintas partes del aparato de acuerdo a cualquier aspecto de la presente invención corresponde al aparato descrito en el arte previo como en WO 98/35756, US 7,500,830, WO 03/006166, que se incorporan a la presente como referencia, y otros documentos .

Habiendo descrito en general la invención, la misma será entendida de una mejor manera a través de los siguientes ejemplos ilustrativos, que no limitan su alcance.

Ej emplos Ejemplo 1 El siguiente ejemplo se refiere a la determinación de un intervalo adecuado de viscosidad cinemática (v) dentro del cual se ejecuta el método de acuerdo a cualquier aspecto de la presente invención.

El Diagrama de Moody puede ser representado por la ecuación de Colebrook White: Ecuación (1) donde : f es el factor de fricción (con frecuencia denominado ? en el Diagrama de Moody donde ? = 4f ) ; k —-representa la aspereza relativa del caño; y d Re representa el número de Reynolds.

La ecuación 1 puede solucionarse i era ivamente donde : u es el la velocidad del flujo de aire (fluido) por el cano; d es el diámetro del caño v es la viscosidad cinemática del material procesado.

Ecuación donde : 5 µ es la viscosidad dinámica p es la densidad.

La caída de presión en el caño está representada por la Ecuación (4) que sigue: AP = hfpg Ecuación (4) donde : hf es la pérdida de carga en el caño y g es la aceleración por gravedad.

La ecuación de Darcy - Weisbach para el flujo turbulento en un caño con sección transversal circular representa hf : Ecuación L es la longitud del caño.

En este análisis se han usado valores experimentales típicos para algunos parámetros. En particular, d = 0.305 m, L = 1.610 m, y u = 166 m/s.

En el análisis dinámico de fluidos del flujo de fluido en caño, se toma como una medida de la aspereza del d interior del caño. A los efectos del presente análisis, sin embargo, se toma como una medida de cualquier parámetro que altera el nivel de turbulencia durante el procesamiento como el tamaño de partícula, forma etc.

Un diagrama de Moody ilustra dos regiones de distinta turbulencia que pueden usarse para los materiales que procesan regiones de turbulencia transitoria y completa. Puede observarse que estas dos regiones poseen •características de procesamiento completamente distintas.

El control se ejerce sobre el proceso de la presente invención cambiando la velocidad del flujo de aire (fluido) (es decir, cambiando la velocidad del impulsor) con el fin de mantener la caída de presión óptima y por lo tanto, la pérdida de carga para las propiedades del material procesado. Estas propiedades del material se caracterizan por la viscosidad cinemática, V, del material que determina sus características de flujo.

Puede observarse a partir de la Figura 2 que dentro de la región de turbulencia transitoria, es decir i= i x io-6 que representa un caño caras lisas, un d material con alta v se procesa a Números de Reynolds bajos y el material con baja v se procesa a altos Números de Reynolds . La Figura 2 fue obtenida manipulando matemáticamente las ecuaciones 1 a 5. La Figura 2 ilustra cómo el sistema manipula material de distinta (o cambiante) viscosidad cinemática en la región de turbulencia transitoria. Controlando la pérdida de carga a un valor específico, por ejemplo, 87m, cambiando la velocidad del flujo de aire (fluido) es posible procesar un material con un intervalo de viscosidad cinemática en un intervalo de más de tres órdenes de magnitud. Los materiales con distintas viscosidades cinemáticas se procesan con distintos valores de número de Reynolds, de acuerdo a la velocidad necesaria con el fin de mantener la pérdida de carga .

En particular, los materiales en este ejemplo son procesados a una pérdida de carga de aproximadamente 87 m y la velocidad del flujo de aire (fluido) , u, oscila entre 100 y 200 m/s con el fin de mantener este valor hf sobre el intervalo de viscosidad cinemática de los materiales (tres órdenes de magnitud) .

Para cualquier material dado es posible cambiar su viscosidad cinemática para permitir un mejor procesamiento bajo las- condiciones operativas del sistema que pueden restringirse en términos de la velocidad de flujo de fluido o la caída de presión. Los cambios en la v pueden realizarse de muchas formas, como agregando un agente modificador de la viscosidad dado que ello alterará la viscosidad dinámica, µ, del material. La densidad, p, depende de la densidad del material procesado, la densidad del gas/líquido y además del tamaño y forma del material bajo procesamiento. En particular, la densidad del material bajo procesamiento puede modificarse cambiando el tamaño de las partículas/gránulos y su tendencia a aglomerarse por la adición de surfactantes .

Los cambios en la viscosidad dinámica, µ, y la densidad, p, de los materiales bajo procesamiento cambiarán su viscosidad cinemática, V, y sus características de flujo en las regiones de turbulencia.

La Figura 3 representa un sistema de procesamiento que opera a una velocidad de flujo de fluido de aproximadamente 163 m/s . La Figura 3 ilustra una curva de pérdida de carga contra viscosidad cinemática para distintos valores de aspereza de caño. La aspereza de caño considera el contenido de sólidos en el caudal de fluido y los efectos por fricción y de la turbulencia causada por sus movimientos. La Figura 3 fue obtenida manipulando matemáticamente las ecuaciones 1 a 5. La línea que determina el límite entre la turbulencia transitoria y la turbulencia completa es el sitio de los puntos en los cuales la pérdida de carga ya no varía con la viscosidad cinemática .

Puede observarse que cambiando la viscosidad cinemática del material bajo procesamiento descrito anteriormente solamente tiene efecto en la región de turbulencia transitoria. En la región de turbulencia completa, los cambios en la viscosidad cinemática no proveen control sobre el nivel de pérdida de carga del sistema. Para una capacidad de procesamiento óptima, independientemente del grado de trituración (es decir el factor de fricción) , la viscosidad cinemática debe ubicarse dentro de cierto intervalo para garantizar que el procesamiento se produzca en el régimen de turbulencia transitoria, según se observa en la Figura 3. En este régimen, el método de reducción de tamaño del material bajo procesamiento puede controlarse controlando la pérdida de carga alterando la velocidad del caudal de fluido ciclónico. Por ejemplo, esto puede lograrse cambiando la velocidad del ventilador impulsor. En la región de turbulencia completa, este control no es posible. En consecuencia, el uso de agentes modificadores de la viscosidad ayuda a garantizar el control del método.

Ej emplo 2 Una muestra de carbón marrón de Victoria, Australia, se divide en dos . Un lote fue preparado usando el aparato antes descrito (el lote en adelante se denomina "Muestra A" ) . El segundo lote (en adelante denominado "Muestra B") fue secado y molido usando un método de molienda para la preparación de carbón convencional en la industria descrito en ASTM D2013-07 (Práctica estándar para preparar muestras de carbón para análisis) .

Las muestras de carbón fueron sometidas al siguiente análisis : a) Análisis Próximo y Último - que mide la humedad, ceniza, materia volátil, azufre, cloro, valor Calorífico Bruto, valor Calorífico Neto; b) Análisis de tamaño; c) Reactividad intrínseca; y d) Microscopía electrónica de barrido Espectromet ía de Energía Dispersiva (SEM-EDX) .

Cada uno de los análisis precedentes y sus resultados serán descritos en detalle a continuación, a) Análisis próximo y último El análisis próximo fue ejecutado usando la metodología de la norma ASTM (American Society for Testing and Materials) D3172 y el análisis último fue ejecutado usando ASTM D3176. Los resultados del análisis próximo y el análisis último de las Muestras A y B se ilustran en la Tabla 1 a continuación. Los resultados son típicos de un carbón de bajo intervalo (marrón) conteniendo la muestra cruda un alto contenido de humedad y bajo calor calórico. La Muestra A fue significativamente más seca que la Muestra B. El contenido de ceniza fue significativamente menor para la Muestra A y se verificó un porcentaje mayor de materia volátil que es beneficioso. La Muestra A demostró un valor calórico bruto y neto significativamente mayor que conduce a una combustión más eficiente, una mayor eficacia y menos emisiones de gases de efecto invernadero a partir de la combustión del carbón marrón.

Los resultados del análisis próximo y análisis último se proveen en la Tabla 1.

Tabla 1: Resultados del análisis próximo y último b) Análisis del tamaño de partícula El análisis del tamaño de partícula fue ejecutado usando un analizador de tamaño de partículas Mastersizer 2000 (Malvern Instruments Limited) . El método usado para el análisis fue el modelo de análisis general descrito en la Guía del Usuario de Malvern Instruments.

La distribución del tamaño de partícula para las dos muestras es marcadamente distinta. La Muestra A fue significativamente más finas con menos partículas superiores a 50 µp?. Ambas muestras contenían morfologías de partícula similares, con algunas partículas alargadas, pero la mayoría tenía una relación de aspecto inferior a 2. El tamaño de partícula para la muestra A y muestra B se obtuvo usando un analizador de tamaño de partículas por difracción láser Malvern (Malvern Instruments GmbH) , siendo los resultados indicados en las Figuras 4 y 5, respectivamente .

La diferencia en los tamaños de partículas es inmediatamente evidente a partir de los distintos perfiles, la muestra A muestra una distribución única y uniforme sobre un diámetro de partícula promedio de aproximadamente 10 µt? según se observa a través de la línea "A" en la Figura 4. La Muestra B mostró una distribución de tamaño bi-modal con picos a aproximadamente 10 µp? y 70 µp\ según se observa a través de la línea "A" en la Figura 5. La línea "B" en cada una de las Figuras 4 y 5 hacen referencia al porcentaje acumulado de material de manera que puede observarse cuánto material se encuentra en un tamaño específico.

Los valores d50, di0 y d90 se ilustran en la Tabla 2 a continuación. d50 se define como el tamaño de partícula medio promedio, mientras que el tamaño de partícula di0 es el diámetro donde 10% de las partículas poseen un diámetro menor (y en consecuencia el 90% restante es más grande) . La definición de d90 es en consecuencia el tamaño de partícula donde 90% de las partículas poseen un diámetro menor y el 10% restante es más grande .

Tabla 2: Valores d50, di0 y d90 de las muestras A y B.

A partir de los resultados obtenidos en la Tabla 2, puede observarse que la muestra A genera una distribución de tamaño de partícula mucho menor que la muestra B. Además, el tamaño de partícula promedio de la muestra A fue menor que el de la muestra B, lo cual indica un mejor procesamiento de la muestra . c) Reactividad intrínseca La reactividad intrínseca es una medida de cuan fácil el carbón se quema mediante una reacción con oxígeno para formar dióxido de carbono, C02. A los efectos del presente ejemplo, esto se midió por un Análisis Gravimétrico Térmico (TGA) . En este ensayo, se calentó una muestra de carbón previamente pesada en aire a una tasa fija (10°C por minuto) y se determinó la tasa de pérdida de peso, generándose una curva. Los perfiles TGA para las Muestras A y B se ilustran en la Figura 6.

La Muestra A se quemó más rápido que la Muestra B y generó un pico inusual en el perfil a aproximadamente 400°C.

La temperatura pico y la temperatura de combustión de la muestra B es marcadamente mayor que aquella de la muestra A. La temperatura pico es la temperatura a la cual ocurre la tasa máxima de pérdida de peso. La temperatura de combustión es la temperatura a la cual la combustión se considera virtualmente completa y se define por la tasa de pérdida de peso < 0.1%/min. La temperatura pico y la temperatura de combustión aumentará a medida que baje la reactividad.

En base a la Figura 6, puede observarse que la muestra A arroja mejores resultados que la muestra B. Es preferible tener menores temperaturas pico y de combustión lo cual demuestra que el carbón es más reactivo. Además, las menores temperaturas pico generan menores emisiones de N0X de la combustión del carbón y además se reduce el contenido de ceniza del mismo. d) Análisis SE -EDX La relación de carbón a oxígeno se determinó usando el análisis SEM-EDX. SEM/EDX provee una representación pictórica de la superficie con la composición elemental del área seleccionada. La técnica detecta elementos a aproximadamente 0.1 % en peso y puede sondear profundidades de entre 0.2 y 8 mm de acuerdo a la energía del haz de electrones usado y el número atómico promedio de la muestra. A los efectos del presente ejemplo, el protocolo seguido para el análisis SEM-EDX está descrito en MJ Walzak et al, The Use of XPS, FTIR, SEM/EDX, Contact Angle, and AFM in the Characterization of Coatings, Journal of Materials Engineering and Performance, 7 (3) :317-323, 1998.

Los resultados obtenidos se ilustran en la Tabla 3 a continuación.

Tabla 3: Resultados del análisis SEM-EDX El % en peso se basa en la masa base y el % en peso atómico se basa en el peso atómico.

A partir del análisis SEM-EDX, surge una diferencia en las relaciones de carbón a oxígeno entre las dos muestras lo cual conducirá a una combustión más completa debido a la mayor relación de oxígeno.

Ejemplo 3 Se obtuvo una muestra de material Bauxita de Queensland, Australia con un contenido de humedad de 16%. El efecto de la adición de agente modificador de la viscosidad sobre la muestra fue testeado. Los agentes modificadores de la viscosidad elegidos fueron calentados con aire con una temperatura de aproximadamente 50 °C y un espray de agua. Los valores de temperatura ambiente y humedad fueron de 26 °C y 30%, respectivamente.

Luego se condujeron los ensayos sumando calor y luego repetidos agregando humedad. 1. Ensayo de rutina, sin agua o calor agregado: La humedad de la muestra fue reducida a 7%. 2, Aire caliente agregado a la entrada de aire: La humedad de la muestra fue reducida a 9%. 3. Espray agregado a la entrada de aire: La humedad de la muestra fue reducida a 4%.

Ejemplo 4 La lignita está fundamentalmente compuesta de anillos aromáticos dispuestos para formar una micro estructura entramada compleja, rígida con huecos que atrapan moléculas grandes. La lignita posee un área de superficie alta y una alta porosidad que absorbe con facilidad los materiales orgánicos. Además tiene cierto contenido alifático, por ejemplo, la superficie comprende ceras de parafina y especies orgánicas químicamente reactivas.

Los humatos, que incluyen al ácido húmico, ocurren naturalmente en la lignita, otros carbones, musgos, suelos, etc. Se trata de ácidos orgánicos concentrados, complejos que rompen materiales a base de hidrocarburos, incluyendo aceites de hidrocarburos, en moléculas orgánicas más pequeñas como los ácidos grasos, aminoácidos y azúcares a través de una combinación de acción química directa y actividad microbiana catalítica. Además exhiben propiedades biológicas y farmacológicas una vez que ingresan a la cadena alimenticia. Estas moléculas más pequeñas representan el alimento de las bacterias que digieren el petróleo autóctonas presentes en la lignita y el petróleo. Las bacterias normalmente se multiplican, sin embargo, la reproducción mejora en gran medida con la presencia de humatos y nitrógeno.

Las bacterias eventualmente consumen todos los materiales a base de hidrocarburos presentes. Sin embargo, este proceso es sumamente mejorado por la mayor actividad de humatos. El proceso además puede ser acelerado con la adición de grandes cantidades de bacterias de degradación de petróleo específicas (como Enterobactor Sakazakii) al medio de absorción.

Se sabe que algunas bacterias son beneficiosas para la eliminación del petróleo. Sin embargo, son más efectivas para derrames en tierra que en derrames de petróleo marinos, debido a su aversión por el agua salada. Dado que los medios de absorción de petróleo, como la lignita y musgos, naturalmente contienen cantidades abundantes de humato, no es necesario contar con bacterias adicionales.

Se reconoce que los humatos pueden mejorar la eliminación de la contaminación por petróleo a través del proceso de absorción de hidrocarburos y la mejor biodegradación y descomposición. Los humatos son un componente del ciclo del carbono orgánico natural, se consideran ambientalmente benignos. Inician y mejoran la bioeliminación estimulando y catalizando el crecimiento microbiano autóctono que consume el hidrocarburo y lo convierte en nutrientes acuáticos o térreos beneficiosos. Dado que los humatos se producen naturalmente en el ambiente, la eliminación a base de humatos tiene beneficios significativos .

Normalmente, los microbios que consumen petróleo usan el oxígeno del agua para sobrevivir, lo cual conduce a la creación de "zonas muertas" (las zonas muertas se generan por las altas concentraciones de nitrógeno y ausencia de oxígeno) . Sin embargo, los humatos florecen en presencia de nitrógeno, haciendo que el oxígeno se produzca durante la descomposición de los hidrocarburos que luego se libera al agua. El oxígeno continuará siendo liberado durante la fase de descomposición, lo cual en última instancia convierte el petróleo en azúcares, ácidos grasos y aminoácidos. Estas sustancias son nutrientes para las plantas y son el resultado final de la descomposición. A menudo son reabsorbidos en el ecosistema por la flora y la fauna.

El humato es extremadamente químicamente reactivo con los hidrocarburos dado que los ácidos orgánicos cumplen la función de romper la pared celular dura los materiales adhesivos. Estos compuestos naturales se originan en la naturaleza a partir del fluido interno de la célula viva. Cuando la célula se queda sin oxígeno y muere, el fluido interno se transforma en ácidos orgánicos. El humato es una forma concentrada de estos ácidos que no puede diferenciar entre un hidrocarburo o la estructura celular dentro de una planta. Cuando estas sustancias se ponen en contacto entre si, los ácidos comienzan el proceso de descomposición .

Los experimentos fueron en consecuencia realizados con el fin de examinar la eficacia de la 1 ígnita como material absorbente para remover petróleo del agua y convertirlo en nutrientes. Además se realizaron experimentos para evaluar las propiedades del material y su toxicidad.

Una muestra de lignita de Victoria, Australia, se divide en dos. Un lote fue preparado siguiendo el método de la presente invención descrito anteriormente (este lote en adelante se denomina "lote A") . El segundo lote de lignita (en adelante denominado "lote B" ) fue secado y molido usando un método de molienda para la preparación de carbón convencional en la industria descrito en ASTM D2013-07 (Práctica estándar para preparar muestras de carbón para análisis) .

Cada uno de los experimentos (a) a (f) fue ejecutado a temperatura ambiente y presión atmosférica normal. (a) Comparación de la solubilidad en agua de lignita 20 gramos de lignita del lote A y el lote B fueron respectivamente agregados a recipientes separados conteniendo 300 mL de agua de mar. La mezcla luego fue agitada.

Se observó que la lignita del lote A no pudo humedecerse antes y después de la agitación. Además, las partículas de lignita flotaron en la superficie del agua. Por otra parte, la lignita del lote B absorbió agua y se humedeció y las partículas se flocularon y hundieron en la base del recipiente.

Puede en consecuencia concluirse que la lignita procesada usando el aparato de la presente invención se volvió hidrófoba por oposición a la lignita secada y molida usando los métodos de molienda para la preparación de carbón tradicionales que permaneció hidrofílica.

Estas propiedades modificadas de la lignita del lote A podrían ser de utilidad para otras aplicaciones. Por ejemplo, la naturaleza hidrófoba y modificada de las superficies de las partículas de lignita (que exhiben cargas de superficie significativamente mayores) del lote A puede eficazmente remover la ceniza de la lignita. Las partículas de ceniza finas exhiben distintas cargas de superficie respecto de las partículas de lignita finas y pueden ser efectivamente removidas usando precipitadores electroestáticos o separadores magnéticos, conforme lo advertirá el experto en el arte.

La distribución uniforme del tamaño de partícula y las propiedades hidrófobas de las partículas de lignita además conduce a una eliminación efectiva de la ceniza usando métodos de flotación en espuma convencionales que emplean ensioact ivos . Debido a la naturaleza hidrófoba única de las partículas de lignita, se necesitan concentraciones muy pequeñas de surfactantes para separar las partículas de ceniza de la lignita usando métodos de flotación en espuma. Estos métodos son muy conocidos por los expertos en el arte. Además es posible usar fuerzas centrífugas para separar la ceniza y lignita de la mezcla que contiene agua y surfactantes. La naturaleza altamente hidrófoba de la lignita y la distribución de tamaño uniforme así como el tamaño de partícula pequeño mejoran las tasas de remoción de ceniza y cantidades recuperables de lignita usando estos métodos conocidos por los expertos en el arte.

Un ejemplo adicional de separación de ceniza sería mezclar la lignita hidrófoba en una mezcla de agua en un agitador de alta velocidad. Se agrega una pequeña cantidad de petróleo y se separará la lignita en la fase de aceite, dejando la ceniza en la fase de agua. La lignita luego puede ser filtrada. (b) Comparación de lignita como absorbente cuando se mezcla con agua de mar y aceite de hidrocarburo 10 g de aceite de hidrocarburo crudo de Australia fueron agregados a dos recipientes separados conteniendo 300 mL de agua de mar. 5 g de lignita del lote A fueron agregados a un recipiente y 5 g de lignita del lote B fueron agregados al otro recipiente. La mezcla en cada uno de los recipientes fue agitada.

Se observó que dentro de minutos, la lignita del lote A adoptó un aspecto aceitoso y se transformó en una sustancia pastosa. La lignita del lote A comenzó a absorber el petróleo. Luego de aproximadamente 40 minutos, la lignita del lote A ya no pudo se distinguida de la nueva sustancia formada. Además, la lignita se homogeneizó con el petróleo. Luego de unas pocas horas, la sustancia formó formas esféricas que comenzaron a separarse de la matriz del petróleo, y las formas esféricas luego se hundieron en la base del recipiente. Dentro de las 72 horas, el agua en el recipiente se tornó clara sin advertirse la presencia de petróleo. El petróleo quedó encapsulado dentro de las formas esféricas en la base del recipiente. Cuando la mezcla del recipiente fue filtrada, las formas esféricas resultaron firmas al contacto. Las formas esféricas no lixiviaron petróleo bajo presión.

Por otra parte, la lignita del lote B absorbió poco o nada de petróleo aún luego de varias horas de agitación. Algunas de las partículas se flocularon y hundieron en la base. El petróleo siguió siendo visible en la superficie del agua de mar. Cuando la mezcla del recipiente fue removida y filtrada, las partículas de lignita del lote B no contenían petróleo. Además, cuando las partículas de lignita fueron secadas, la mayor parte de las mismas se encontraba en forma de polvo como al momento de ser agregadas al recipiente, mientras que algunas de ellas se aglomeraron.

Puede en consecuencia concluirse que la lignita del lote A es un absorbente efectivo. Removió el petróleo del agua de mar por absorción y quimio-absorción . El petróleo quedó dentro de las partículas del lote A químicamente unido a la superficie de las mismas. (c) Comparación de la lignita como absorbente al mezclarse con agua de mar y un dispersante tóxico 250 mL de agua de mar fueron agregados a dos recipientes separados y se mezclaron con 20 mL de petróleo crudo dulce liviano (West Texas Intermedíate Oil) para obtener una concentración de 80000 ppm. 1 mL de Corexit EC9527A (Nalco) fue agregado a la mezcla de agua de mar y petróleo. Los recipientes luego fueron agitados. A continuación, se agregaron 15 g dé lignita del lote A a un recipiente, y 15 g de lignita del lote B al otro recipiente. Los recipientes luego fueron agitados nuevamente.

Transcurridas 96 horas, las mezclas en ambos recipientes fueron filtradas usando un tratamiento de extracción con solvente para extraer todo el petróleo remanente del agua. La concentración de petróleo luego fue determinada usando Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) .

Se agregó Corexit EC9527A al agua para replicar las condiciones de un derrame oceánico. Este dispersante contiene propilen glicol, 2 -butoxietanol y dioctil sodio sulfosuccinato . Se identificó al 2 -butoxietanol como un agente causal de los problemas de salud experimentados por los trabajadores que intervinieron en la limpieza del derrame de petróleo del Exxon Valdez de 1989.

Se observó que la lignita del lote A comenzó a hincharse y absorber la mezcla dentro de minutos. El color de la mezcla conteniendo lignita del lote A se oscureció, y luego adoptó un aspecto de petróleo. Luego comenzaron a formarse sustancias tipo pastosas. Luego de aproximadamente 40 minutos, la lignita del lote A ya no pudo distinguirse de la sustancia recientemente formada y se homogeneizó con la mezcla. En el término de horas, la sustancia recién formada generó formas esféricas que comenzaron a separarse de la matriz de petróleo. Estas formas se hundieron en la base del recipiente. Dentro de las 96 horas, el agua en el recipiente se aclaró sin evidenciarse la presencia de petróleo. El petróleo se encapsuló dentro de las formas que se habían hundido en la base del recipiente. El análisis FTIR indicó que la concentración de petróleo en la mezcla es inferior a 500 ppm .

Por otra parte, la lignita del lote B no absorbió petróleo aún luego de varias horas de agitación. La lignita se floculó y hundió en la base del recipiente y se observó petróleo en la superficie del agua. El análisis FTIR mostró que la concentración de petróleo de la muestra es de 75000 ppm.

Puede en consecuencia concluirse que el dispersante Corexit no inhibe la eliminación de petróleo de agua de mar contaminada con petróleo usando lignita del lote A. (d) Lignita como absorbente cuando se mezcla con agua de mar y un dispersante tóxico 250 mL de agua de mar fueron agregados a un recipiente y se mezclaron con 20 mL de petróleo crudo dulce liviano (West Texas Intermedíate Oil) para obtener una concentración de 10000 ppm. 1 mL de Corexit EC9527A (Nalco) fue agregado a la mezcla de agua de mar y petróleo. El recipiente luego fue agitado. A continuación, la mezcla fue pasada por una columna de filtración alimentada por gravedad conteniendo lignita del lote A. La mezcla luego fue recolectada y analizada usando Espectroscopia Infrarroja por Transformada de Fourier (FTIR) .

Se observó que la lignita del lote A comenzó a hincharse y absorber la mezcla dentro de minutos. Luego comenzaron a formarse sustancias pastosas. Transcurridos aproximadamente 40 minutos, la lignita del lote A ya no pudo se distinguida de la sustancia recién formada y se homogeneizó con la mezcla. Dentro de horas, la sustancia recién formada generó formas esféricas que comenzaron a separarse de la matriz de petróleo. Estas formas se hundieron en la base del recipiente. Dentro de las 96 horas, el agua en el recipiente se aclaró sin evidenciarse la presencia de petróleo. El petróleo se encapsuló dentro de las formas que se habían hundido en la base del recipiente. El análisis FTIR indicó que la concentración de petróleo de la mezcla es inferior a 2 ppm.

Este experimento confirmó el descubrimiento previo en el sentido que el dispersante Corexit pudo ser removido junto con el petróleo del agua de mar contaminada con petróleo usando la lignita procesada del aparato y/o método de la presente invención. (e) Evaluación de las características de superficie y poros de la lignita para absorber los compuestos orgánicos volátiles (VOCs) que se encuentran en el petróleo crudo Una preocupación fundamental para los trabajadores que están cerca de áreas con derrames de petróleo es la exposición a VOCs. El petróleo crudo contiene VOCs como benceno, xileno y tolueno. Estos VOCs se evaporan con facilidad. Sin embargo, la exposición a ellos puede generar disminuciones en el recuento glóbulos rojos y blancos, dolores de cabeza, náuseas, enfermedades oftálmicas, y efectos colaterales neurológicos . Existe una relación comprobada entre la exposición al benceno y la leucemia. El petróleo crudo puede contener entre 0.3% y 1% de benceno.

La lignita del lote A y el lote B fue agregada a frascos separados conteniendo agua de mar, Corexit EC9527A (Nalco) y un petróleo crudo dulce liviano (West Texas Intermedíate Oil) . La mezcla en cada frasco luego fue mezclada usando un agitador magnético. Luego se introdujo aire en las mezclas para liberar los VOCs del petróleo. Los VOCs luego se dejaron en un tubo de muestra de carbón conteniendo carbón de coque y se analizó por cromatografía de gases. Ambos tubos fueron luego desabsorbidos usando hexano y analizados por cromatografía de gases. La concentración de VOC fue calculada usando las áreas picos bajo normas de laboratorio.

Se observó que dentro de 90 minutos, el nivel de benceno en la mezcla que comprende lignita del lote A demostró una reducción repetible de VOCs en el intervalo de 93-95% sobre la mezcla que comprende lignita del lote B. (f) Efecto de los humatos contenidos en lignita sobre aceite de hidrocarburo ante la absorción La lignita del lote A y el lote B fue agregada a frascos separados conteniendo agua de mar, y un petróleo crudo dulce liviano (West Texas Intermedíate Oil) . La mezcla en cada frasco luego fue agitada durante 3 minutos . La pasta resultante luego fue agregada a sedimento de fondo marino. Cada pasta luego fue analizada en cuanto al contenido de hidrocarburo para determinar la cantidad total de petróleo recuperable usando un método turbidimétrico calibrado con una norma de calibración simple. El contenido de hidrocarburo en ambas pastas se determinó en 2000 ppm. Las pastas luego se dejaron reposar durante 35 días antes de ser analizadas nuevamente .

Se observó que la cantidad total de contaminación con hidrocarburo recuperable en la pasta conteniendo lignita del lote A fue de 183 ppm, mientras que en el caso de la pasta con lignita del lote B de 1150 ppm.

Puede en consecuencia concluirse que la lignita del lote A demuestra una capacidad inesperada para reducir las fracciones de hidrocarburos por acción química directa, estimulación microbiana, y acción catalítica. Acelera en forma significativa el proceso natural de descomposición de hidrocarburos y aceite de hidrocarburos.

A partir de los experimentos precedentes (a) a (f) , puede observarse que cuando la lignita orgánica es sometida al método de acuerdo a cualquier aspecto de la presente invención, la estructura molecular de la lignita es alterada y las características de la superficie de las partículas se modifican. En particular, las superficies normalmente altamente reactivas ricas en hidrocarburo de la lignita se convierten en más carbonáceas con mejores propiedades que atraen, absorben y consumen los hidrocarburos y aceites de hidrocarburos a una velocidad extraordinaria. La lignita además se activa debido al alto porcentaje de humedad removida durante el método de reducción de tamaño. Además, la lignita normalmente hidrofílica forma particulados hidrófobos de grandes áreas de superficie. La lignita hidrófoba además es olefílica, dado que demuestra una mucha mayor afinidad por los aceites y una inmensa tendiente a absorber hidrocarburos y repeler el agua.

Las partículas de lignita, sometidas al método de la presente invención, tienen un menor contenido de humedad que resulta de la eliminación del agua de las mismas durante el método. Como resultado de la eliminación del agua, la estructura porosa cavernosa de la lignita se amplía. Esto provoca el mejoramiento de la química de la superficie y con un área de superficie mayor la lignita absorbe los hidrocarburos rápidamente al contacto por impregnación. Las partículas de lignita procesadas encapsulan el petróleo con una alta tasa de retención, de manera tal que no podrá lixiviarse, aún por compresión.

Como resultado del proceso que atraviesan las partículas de lignita al someterlas al método de la presente invención se produce una reacción de oxidación que genera un rápido incremento en la cantidad de humatos presentes en la lignita. La función primaria de los humatos provoca la degradación de la materia orgánica, quelando los metales y catalizando la actividad microbiana.

Además, la lignita sometida al método de la presente invención resulta de utilidad para remover metales pesados como plomo, cadmio, cromo, cobalto, manganeso, níquel, cobre, zinc, entre otros, así como radionúclidos como cerio, cesio, uranio y estroncio.

Conclusión Se ha demostrado que la adición de un agente modificador de la viscosidad reduce el material mucho mejor y con una distribución del tamaño de partícula mucho más estrecha. Además se ha demostrado que al agregarse agua como un agente modificador de la viscosidad al material cuyo tamaño ha de reducirse durante el proceso de reducción de tamaño se obtiene un producto más seco lo cual es inesperado e ilógico.

Estos efectos pueden ser explicados en función de las mejores condiciones de flujo dentro de la cámara de ciclón como resultado de la adición de agentes modificadores de la viscosidad que son capaces de modificar la viscosidad cinemática del fluido dentro de la cámara de ciclón. La consecuente optimización del número de Reynolds permite un aumento del tiempo de residencia del material cuyo tamaño ha de reducirse en el vórtice del ciclón y subsecuentemente permite una mayor exposición a las fuerzas de corte que fracturan el material y en consecuencia reducen su tamaño y liberan más humedad atrapada.

Además, la ionización de los componentes principales del aire húmedo es conocida por producir cierto espectro de radicales libres y especies gaseosas reactivas incluyendo ozono y peróxido de hidrógeno. Los grandes campos eléctricos producidos en la arena sometida a la acción del viento y las tormentas de polvo producen electrones energéticos que catalizan la producción de peróxido de hidrógeno y ozono, ambos fuertes oxidantes, del aire húmedo.

No existe mención previa de la carga triboeléctrica de partículas en el arte previo asociado con sistemas de procesamiento a base de vórtices. Además, no se menciona el aprovechamiento y control de este efecto con el fin de mejorar las propiedades del material bajo procesamiento en la cámara de ciclón.

Los plasmas son entornos químicos altamente reactivos y tanto el peróxido de hidrógeno como el ozono formados como resultado de la carga triboeléctrica y la subsecuente ionización del aire y vapor de agua pueden utilizarse para modificar químicamente la superficie de las partículas bajo procesamiento en la cámara de ciclón. Además, la optimización del número de Reynolds puede también utilizarse para controlar la ionización del aire y vapor de agua. Además es posible introducir gases reactivos y no reactivos en la cámara de ciclón.

Por ejemplo, las propiedades del carbón 1Ígnita son convenientemente alteradas cuando se procesa usando el aparato y/o método descrito en cualquiera de las modalidades precedentes. La lignita normalmente es muy hidrofílica pero cuando es sometida a la reducción de tamaño de acuerdo al método y/o aparato de acuerdo a cualquier aspecto de la presente invención, el producto final se torna muy hidrófobo, que es el estado deseado para facilitar el procesamiento adicional en la industria energética. Además, el mismo material, normalmente proclive a la combustión espontánea se torna inerte y requiere de una fuente de encendido para prenderse luego del procesamiento a través del aparato de cualquier aspecto de la presente invención.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (54)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un método de reducción de tamaño de un material, caracterizado porque comprende los pasos de: alimentar un material por un conjunto de alimentación en una cámara de ciclón, la cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica; agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón; y proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque comprende el caudal de fluido ciclónico que posee una viscosidad cinemática (v) de lxlO"8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque comprende el agente modificador de la viscosidad que es un agente modificador de la viscosidad cinemático .

4. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende el agente modificador de la viscosidad que es seleccionado del grupo integrado por: aire húmedo; agua; aire caliente; aire frío; oxígeno; nitrógeno; argón; dióxido de carbono; surfactantes a base de agua; sulfato de calcio; vidrio; óxido bórico; fluoruro de calcio; óxido de aluminio; y una combinación de los mismos.

5. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón es < 40%.

6. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón se ejecuta antes o después del paso de alimentar un material por un conjunto de alimentación en la cámara de ciclón.

7. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el caudal de fluido ciclónico es provisto por un dispositivo, el dispositivo está dispuesto en una abertura formada en la terminación de la sección frustocónica de la cámara de ciclón .

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el dispositivo es un ventilador impulsor que comprende una pluralidad de álabes que se extienden radialmente y un centro de manera tal que cada uno de la serie de álabes esté equiespaciado sobre el centro, en tanto el ventilador impulsor además comprende un interruptor dispuesto dentro del centro para desviar el caudal de fluido ciclónico por delante del centro.

9. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el material alimentado a través del conjunto de alimentación es seleccionado del grupo integrado por: minerales metálicos, vidrio, plástico, carbón, lignita, coque de petróleo, mezotrace, esquisto bituminoso, yeso, ceniza, estiércol, barro cloacal, cristal de sal, arena con minerales y mena, fertilizantes, materia prima de cemento, arena negra, granos, y una combinación de los mismos.

10. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el método además comprende el paso de colectar el material cuyo tamaño ha sido reducido.

11. El método de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el material cuyo tamaño ha sido reducido posee un tamaño de partícula promedio de 5 nm - 150 µ? .

12. Un aparato para reducir el tamaño de un material de conformidad con el método de cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende: una cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica; un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, de manera tal que la sección frustocónica de la cámara de ciclón termina en una abertura que forma la entrada al dispositivo; un tubo de entrada de aire en conexión de fluido con la cámara de ciclón en el extremo opuesto de la sección frustocónica; y un conjunto de alimentación para alimentar un material en la cámara de ciclón.

13. El aparato de conformidad con la reivindicación 12, caracterizado porque el dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico es un ventilador impulsor que comprende una pluralidad de álabes que se extienden radialmente y un centro de manera tal que cada uno de la serie de álabes esté equiespaciado sobre el centro, en tanto el ventilador impulsor además comprende un interruptor dispuesto dentro del centro para desviar el caudal de fluido ciclónico por delante del centro.

14. El aparato de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque el diámetro del interruptor es aproximadamente igual al diámetro del centro.

15. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la longitud del tubo de entrada de aire representa 200-240% del diámetro del dispositivo.

16. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque el ancho del tubo de entrada de aire representa aproximadamente 33% del diámetro del dispositivo.

17. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque la longitud de la cámara de ciclón es 65-85% de la longitud del tubo de entrada de aire.

18. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 17, caracterizado porque el ancho del dispositivo es un tercio del diámetro del dispositivo.

19. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, caracterizado porque cada uno de la serie de álabes se extiende radialmente a un ángulo de 3-10° respecto del radio del ventilador impulsor.

20. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, caracterizado porque cada uno de la serie de álabes tiene un perfil cóncavo de manera tal que la concavidad está orientada hacia la defección de rotación del ventilador impulsor.

21. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 12 a 20, caracterizado porque comprende además un sistema de control computarizado para controlar la cantidad de material, aire, y agente modificador de la viscosidad dentro de la cámara de ciclón.

22. Un método de reducción de tamaño de un material, caracterizado porque comprende los pasos de: alimentar un material por un conjunto de alimentación en una cámara de ciclón, la cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica; y proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, en tanto el caudal de fluido ciclónico posee una viscosidad cinemática (v) de lxlO"8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s.

23. El método de conformidad con la reivindicación 22, caracterizado porque comprende además el paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón.

24. El método de conformidad con la reivindicación 23, caracterizado porque por lo menos el único agente modificador de la viscosidad es un agente modificador de la viscosidad cinemático.

25. El método de conformidad con la reivindicación 23 o 24, caracterizado porque el paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón se ejecuta cuando la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón está fuera del intervalo de lxlO"8 m2/s < v < lxlO"1 m2/s.

26. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 23 a 25, caracterizado porque el agente modificador de la viscosidad es seleccionado del grupo integrado por: aire húmedo; agua; aire caliente; aire frío; oxígeno; nitrógeno; argón; dióxido de carbono; tensioactivos a base de agua; sulfato de calcio; vidrio; óxido bórico; fluoruro de calcio; óxido de aluminio; y una combinación de los mismos.

27. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 26, caracterizado porque la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón es < 40%.

28. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 23 a 27, carac erizado porque el paso de agregar por lo menos un agente modificador de la viscosidad en la cámara de ciclón se ejecuta antes o después del paso de alimentar un material por un conjunto de alimentación en la cámara de ciclón.

29. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 28, caracterizado porque el caudal de fluido ciclónico es provisto por un dispositivo, el dispositivo está dispuesto en una abertura formada en la terminación de la sección frustocónica de la cámara de ciclón.

30. El método de conformidad con la reivindicación 29, caracterizado porque el dispositivo es un ventilador impulsor que comprende una pluralidad de álabes que se extienden radialmente y un centro de manera tal que cada uno de la serie de álabes esté equiespaciado sobre el centro, en tanto el ventilador impulsor además comprende un interruptor dispuesto dentro del centro para desviar el caudal de fluido ciclónico por delante del centro.

31. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 30, caracterizado porque el material alimentado a través del conjunto de alimentación es seleccionado del grupo integrado por: minerales metálicos, vidrio, plástico, carbón, lignita, coque de petróleo, mezotrace, esquisto bituminoso, yeso, ceniza, estiércol, barro cloacal, cristal de sal, arena con minerales y mena, fertilizantes, materia prima de cemento, arena negra, granos, y una combinación de los mismos.

32. El método de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 22 a 31, caracterizado porque el método además comprende el paso de colectar el material cuyo tamaño ha sido reducido.

33. El método de conformidad con la reivindicación 32, caracterizado porque el material cuyo tamaño ha sido reducido posee un diámetro promedio de 5 nm - 150 µp?.

34. Un aparato para reducir el tamaño de un material de conformidad con el método de cualquiera de las reivindicaciones 22 a 33, caracterizado porque comprende: una cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica; un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, de manera tal que la sección frustocónica de la cámara de ciclón termina en una abertura que forma la entrada al dispositivo; un tubo de entrada de aire en conexión de fluido con la cámara de ciclón en el extremo opuesto de la sección frustocónica ; un conjunto de alimentación para alimentar un material en la cámara de ciclón; y un sistema de control computarizado para monitorear la viscosidad cinemática (v) del caudal de fluido ciclónico en la cámara de ciclón.

35. El aparato de conformidad con la reivindicación 34, caracterizado porque el dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico es un ventilador impulsor que comprende una pluralidad de álabes que se extienden radialmente y un centro de manera tal que cada uno de la serie de álabes esté equiespaciado sobre el centro, en tanto el ventilador impulsor además comprende un interruptor dispuesto dentro del centro para desviar el caudal de fluido ciclónico por delante del centro.

36. El aparato de conformidad con la reivindicación 35, caracterizado porque el diámetro del interruptor es aproximadamente igual al diámetro del centro.

37. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 34 a 36, caracte izado porque la longitud del tubo de entrada de aire representa 200-240% del diámetro del dispositivo.

38. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 34 a 37, caracterizado porque el ancho del tubo de entrada de aire representa aproximadamente 33% del diámetro del dispositivo.

39. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 34 a 38, caracterizado porque la longitud de la cámara de ciclón es 65-85% de la longitud del tubo de entrada de aire.

40. El aparato de- conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 34 a 39, caracterizado porque el ancho del dispositivo es un tercio del diámetro del dispositivo.

41. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 35 a 40, caracte izado porque cada uno de la serie de álabes se extiende radialmente a un ángulo de dentro del intervalo 3-10° respecto del radio del ventilador impulsor.

42. El aparato de conformidad con cualquiera de las Reivindicaciones 35 a 41, caracterizado porque cada uno de la serie de álabes tiene un perfil cóncavo de manera tal que la concavidad está orientada hacia la defección de rotación del ventilador impulsor.

43. Un aparato para reducir el tamaño de un material caracterizado porque comprende: una cámara de ciclón que posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica; un dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón, de manera tal que la sección frustocónica de la cámara de ciclón termina en una abertura que forma la entrada al dispositivo ; un tubo de entrada de aire en conexión de fluido con la cámara de ciclón en el extremo opuesto de la sección frustocónica; y un conjunto de alimentación para alimentar un material en la cámara de ciclón, en tanto la relación entre el diámetro del conjunto de alimentación y el diámetro del tubo de entrada de aire representa 0.3-0.5.

44. El aparato de conformidad con la reivindicación 43, caracterizado porque el dispositivo para crear un caudal de fluido ciclónico es un ventilador impulsor que comprende una pluralidad de álabes que se extienden radialmente y un centro de manera tal que cada uno de la serie de álabes esté equiespaciado sobre el centro, en tanto el ventilador impulsor además comprende un interruptor dispuesto dentro del centro para desviar el caudal de fluido ciclónico por delante del centro.

45. El aparato de conformidad con la reivindicación 44, caracterizado porque el diámetro del interruptor es aproximadamente igual al diámetro del centro.

46. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 43 a 45, caracterizado porque la longitud del tubo de entrada de aire representa 200-240% del diámetro del dispositivo.

47. El aparato de conformidad con cualquiera de las rei indicaciones 43 a 46, caracterizado porque el ancho del tubo de entrada de aire representa aproximadamente 33% del diámetro del dispositivo.

48. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 43 a 47, caracterizado porque la longitud de la cámara de ciclón es 65-85% de la longitud del tubo de entrada de aire.

49. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 43 a 48, caracterizado porque el ancho del dispositivo es un tercio del diámetro del dispositivo.

50. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 44 a 49, caracterizado porque cada uno de la serie de álabes se extiende radialmente a un ángulo de dentro del intervalo 3-10° respecto del radio del ventilador impulsor.

51. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 44 a 50, caracterizado porque cada uno de la serie de álabes tiene un perfil cóncavo de manera tal que la concavidad está orientada hacia la defección de rotación del ventilador impulsor.

52. El aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 43 a 51, caracterizado porque comprende además un sistema de control computarizado para controlar la alimentación del material y el caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón.

53. Un método de reducción de tamaño de un material en el aparato de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 43 a 52, caracterizado porque comprende el paso de controlar la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón, en tanto la relación es < 40%.

54. Un método de reducción de tamaño de un material, caracterizado porque comprende los pasos de : alimentar un material por un conjunto de alimentación en una cámara de ciclón, la cámara de ciclón posee un conducto cilindrico alargado que posee una sección frustocónica ; proveer un caudal de fluido ciclónico dentro de la cámara de ciclón; y controlar la relación del volumen de material alimentado al conjunto de alimentación al volumen de aire dentro de la cámara de ciclón, en tanto la relación es = 40%.