MX2012007462A - Aparato y metodopara limpiar de manera ultrasonica los componentes industriales. - Google Patents

Abstract

Se describe un aparato para la limpieza de componentes industriales que tiene un recipiente de líquido que define un receptáculo de líquido para contener un líquido de limpieza y transductores ultrasónicos y que tienen una frecuencia de operación y una longitud de onda en el líquido de limpieza y que está asegurado a por lo menos a una porción del recipiente de líquido a una separación de entre 2 y 10 longitudes de onda. En operación, los transductores generan una densidad de energía mayor en el área receptora de componente del recipiente de líquido que una densidad de energía promedio del recipiente de líquido.

Description

APARATO Y METODO PARA LIMPIAR DE MANERA ULTRASONICA LOS COMPONENTES INDUSTRIALES Campo de la Invención La presente invención se relaciona con un método y aparato para limpiar los componentes industriales, particularmente intercambiadores de calor.

Antecedentes de la Invención Los intercambiadores de calor y otros componentes industriales, tal como carretes de tubería, válvulas, accesorios, secciones de tubería, etc., se ensucian durante la operación y requieren limpieza periódica. Los tipos de componentes que se ensucian variarán dependiendo de la industria. La limpieza es importante debido a que la eficacia operacional de estos componentes depende de que las superficies estén limpias y libres de contaminación para permitir que el intercambio de calor, flujo, velocidad, mezclado, control apropiados ocurran durante un proceso industrial.

Los métodos tradicionales para limpiar los componentes industriales del tipo descrito en la presente han implicado el uso de agua a alta presión para desprender y lavar mecánicamente los contaminantes, enjuagar o impregnar de manera química para disolver los contaminantes, limpieza mecánica (abrasiva) o una combinación de los tres.

Los intercambiadores de calor se usan para efectuar el intercambio de energía térmica entre dos medios. En algunos casos este intercambio puede ser para propósitos de enfriamiento de un fluido de proceso, y en otros casos puede ser para aumentar la temperatura de un fluido. En la mayoría de los casos, los medios se separan mediante un material a través del cual el calor debe pasar, comúnmente un tubo de metal de una cierta clase. Un tipo muy común de intercambiador de calor es el diseño de "cubierta y tubo", en el cuál un medio fluye a través de un dispositivo complejo, o "conjunto" de tubos dentro de una cubierta más grande a través de la cual fluye el segundo medio, mediante una trayectoria tortuosa, a través del conjunto de tubos. Los ejemplos comunes de intercambiadores de calor de cubierta y tubo se muestran en las figuras 1a y 1b, que sirven para mostrar la complejidad de tal dispositivo. Los intercambiadores de calor, representados por el número de referencia 101, contienen los tubos de intercambiador 106 que tienen generalmente un conjunto intercambiador de tubo recto (mostrado extraído parcialmente de la cubierta) o un diseño doblado de "tubo en U". En la figura 1a, hay un diseño doblado o tubo en forma de U 102 y en la figura 1b, hay un diseño de tubo recto 103 más común. La cubierta 104 sirve como el conducto para uno de los medios a través de una trayectoria tortuosa, dirigido por los deflectores 105 a través del conjunto de tubos 102 ó 103 en el cual los medios entran en contacto con el diámetro externo 107 de los tubos de intercambiador 106. La lámina de tubo 108 sirve para sujetar los tubos 106 en una configuración específica como un conjunto, y separar los dos medios (entre la cubierta y los tubos) y permitir que el segundo medio pase a través del diámetro interno de los tubos de intercambiador de calor. En servicio, los diámetros interno y externo de los tubos que comprenden el conjunto pueden ensuciarse con contaminantes tal que el caudal a través de los tubos, y/o las propiedades de transferencia térmica de los tubos son afectados negativamente, lo cual da por resultado una pérdida de eficacia en el proceso total. Hay muchos otros tipos de diseños de intercambiador de calor, que incluyen los intercambiadores de placa, en los cuales dos o más medios fluidos son separados por placas de metal delgadas, ubicadas en pilas separadas estrechamente tal que los espacios alternos están rellenados con medios alternos. El diseño de intercambiador de placa proporciona una superficie grande para el contacto entre los medios pero es particularmente difícil de limpiar debido a la compactación del intercambiador, el hecho de que comúnmente no se puede desmontar, y la pequeña fracción de superficie de placa accesible mediante los métodos de limpieza mecánica tradicionales.

Similarmente, las secciones de tubo, carretes de tubería, válvulas y otros componentes ascendentes y descendentes del intercambiador de calor pueden ensuciarse hasta el punto en el cual se reduce la eficacia del proceso total, y estos componentes requieren comúnmente la limpieza en un itinerario similar al de los ¡ntercambiadores de calor similares. Otros componentes industriales en los sistemas que no incluyen los intercambiadores de calor pueden también ensuciarse y requerir la limpieza.

La composición de los contaminantes es determinada por los medios y condiciones (temperatura, presión, velocidad, propiedades superficiales, etc.) presentes en los medios de proceso. Por ejemplo, en la industria de petróleo y gas, el petróleo crudo pesado presenta contaminantes de betún y asfalteno, que pueden restringir seriamente y en algunos casos bloquear completamente los tubos, válvulas e intercambiadores de calor. En la industria química, el polímero o los contaminantes parcialmente polimerizados son comunes y en la industria alimenticia, las grasas pesadas, azúcares caramelizados y contaminantes microbianos se presentan frecuentemente. La incrustación dura, derivada del agua de enfriamiento también se observa a través de todas las industrias donde el agua se utiliza como un medio de enfriamiento.

La limpieza de los componentes industriales ensuciados se ha hecho muy comúnmente al usar chorros de agua a presión (ráfaga). Esta técnica implica usar bombas de alta presión, portátiles y automatizadas, a entre 15,000-50,000 psi (103.4 a 344.7 MPa), para suministrar una variedad de corrientes de agua a la parte contaminada para desprender el material contaminante. Esta técnica tiene éxito limitado sobre las e superficies complicadas no sólo debido a la carencia de solubilidad de muchos de los contaminantes y naturaleza solidificada de la contaminación, sino también la complejidad del conjunto de tubos, placas de intercambiador, parte de válvula o sección de tubo, que hace imposible el impacto directo en gran parte de la superficie que se limpiará por el chorro de agua. La técnica de ráfaga de agua es también absolutamente peligrosa, la cual requiere que el operador use protección, y lo cual da por resultado miles de lesiones de trabajo en Norteamérica cada año, que incluyen decesos. Además, los métodos de lanzamiento de chorro de agua a alta presión son muy lentos. Un solo intercambiador de calor puede requerir hasta una semana de ráfaga continua, 24 horas por día, con un equipo de operadores de 3 hombres para eliminar el volumen de suciedad.

La limpieza química de los componentes industriales tal como intercambiadores de calor, tubos y válvulas también se puede hacer al usar una estrategia de enjuague químico en la cual el fluido de proceso se sustituye por un producto químico diseñado para disolver los contaminantes. Esta metodología requiere frecuentemente volúmenes grandes de productos químicos peligrosos y frecuentemente no puede eliminar completamente la contaminación debido a los complicados patrones de flujo de líquido dentro del sistema o debido a los tubos bloqueados — a través de los cuáles no puede fluir el enjuague químico.

Los métodos de limpieza puramente mecánica que usan abrasivos (tal como granallado) se utilizan comúnmente en solamente los casos más extremos, en parte debido a que estas técnicas sufren de algunos de los mismos riesgos y deficiencias que el lanzamiento de chorro de agua a alta presión, pero también debido a los impactos superficiales potenciales (daño) sobre los materiales de las partes que son limpiadas.

Otra opción para limpiar los componentes es con el uso de energía ultrasónica, tal como la descrita en la Patente Canadiense No. 2,412,432 (Knox) titulada "TANQUE DE LIMPIEZA ULTRASONICA" que describe un tanque en el cual los componentes industriales se limpian con la ayuda de energía u Itrasón ica .

Breve Descripción de la Invención Se proporciona un aparato compuesto por un recipiente, al cual los transductores ultrasónicos se aseguran con el propósito de dirigir la energía ultrasónica, que, cuando se combina con un fluido de limpieza conveniente, se puede utilizar para limpiar los componentes industriales, tal como intercambiadores de calor, contenidos dentro del recipiente. La relación de los transductores ultrasónicos al volumen líquido proporciona una densidad de energía nominal en el recipiente de entre 5 y 25 vatios por galón (1.3 y 6.6 vatios por litro), no obstante la colocación (separación) y operación (energía y tipo) de los transductores proporciona densidades de energía no uniformes en y sobre los objetos que se limpiarán de más de 20 vatios por galón (5.2 vatios por litro) en ciertas ubicaciones. La separación de los transductores a una distancia de entre 2 y 10 longitudes de onda dentro del envase, se diseña para proporcionar un campo de energía uniforme, que mantiene la densidad de energía más alta que la nominal dentro del recipiente en el volumen en el cual se aloja el componente que se limpiará.

Se proporciona un aparato compuesto de un recipiente, al cual los transductores ultrasónicos se aseguran con el propósito de dirigir la energía ultrasónica, a las frecuencias entre 20 kHz y 30 kHz, que, cuando se combina con un fluido limpiador conveniente, se puede utilizar para limpiar los componentes industriales, especialmente los intercambiadores de calor, contenidos dentro del recipiente. La frecuencia de los transductores se puede operar entre 20-30 kHz que proporciona las longitudes de onda convenientes de la energía ultrasónica para limpiar los componentes de escala industrial, tal como los intercambiadores de calor.

Cada uno de los transductores usados en un ejemplo del aparato suministran 2000 vatios de energía, a una frecuencia central nominal de 25 kHz, por medio de un diseño de "contrafase", tal como los descritos en la Patente Norteamericana No. 5,200,666 (Walter y colaboradores) titulada "TRANSDUCTOR ULTRASONICO", en donde una barra de metal se hace resonar mediante la aplicación de energía ultrasónica en ambos extremos de la barra, a través de la expansión y contracción de los elementos de cristal piezoeléctricos apilados dentro de un dispositivo transductor o convertidor unido a cada extremo de la barra. Las vibraciones creadas por la expansión y contracción longitudinales de los elementos piezoeléctricos, ocasionalmente referidas como modo de espesor, son expresadas principalmente por la barra resonante como vibraciones radiales (con relación al eje de la barra) al asegurar que la longitud de barra sea adaptada correctamente a la frecuencia resonante de los elementos de transductor, que operan de manera síncrona y se unen a cada extremo de la barra.

Debido a la radiación radial de la energía ultrasónica desde los transductores de barra usados en el ejemplo descrito anteriormente, la separación de los transductores es importante para asegurar un campo de energía uniforme en el envase. Normalmente, la energía transmitida desde el transductor disminuye (atenúa) radialmente en proporción con el cuadrado de la distancia desde el transductor. Para prevenir esto, los transductores se separan a distancias integrales de longitud de onda de entre 2 y 10 longitudes de onda, comúnmente entre 4 y 24 pulgadas (10.1 y 60.9 cm) en el intervalo de frecuencia preferido. Esta ubicación crea una aproximación acústica de un transductor plano a las distancias desde los transductores de aproximadamente 5-10 longitudes de onda, y proporciona una densidad de energía mucho más uniforme en el volumen en el cual un objeto se limpiará. La densidad de energía en el envase se puede calcular como la salida total de todos los transductores en el recipiente de líquido en vatios divididos por el volumen del envase en galones (litros). Preferiblemente, cuando el envase 500 está lleno con fluido de limpieza al nivel mínimo de líquido, proporciona entre 10-60 vatios por galón (2.6-15.8 vatios por litro). La densidad de energía también se puede calcular para los volúmenes específicos del envase, por ejemplo alrededor del componente que se limpiará.

De acuerdo con otro aspecto, los transductores se pueden accionar por los generadores electrónicos convenientes que suministran la energía eléctrica en una forma conveniente para hacer que los transductores resuenen entre 20 kHz y 30 kHz, con una frecuencia central común de 25 kHz, para disiparse entre 500 y 3,000 vatios por transductor de barra de resonancia individual, o hasta 60,000 vatios para los transductores de tipo placa sumergible.

De acuerdo con otro aspecto, los transductores pueden operar a una frecuencia nominal (por ejemplo, 25 kHz) que es controlada mediante los generadores electrónicos, y la frecuencia de los transductores se permite fluctuar sobre la frecuencia nominal para mantener la salida de energía máxima, y se puede fluctuar intencionalmente para prevenir el daño de cavitación al equipo por las ondas fijas. En algunas circunstancias, se puede preferir evitar cualquier control de la fase de las ondas acústicas entre los transductores adyacentes, tal que los transductores se dejen operar a frecuencias ligeramente diferentes y variables. En por lo menos algunas circunstancias, el efecto de las frecuencias variables crea un campo de energía dinámico, que mejora la acción de limpieza y al mismo tiempo reduce el potencial de daño a los componentes mediante las ondas fijas estáticas de alta energía.

De acuerdo con otro aspecto, se proporciona un fluido de limpieza apropiado basado en una evaluación apropiada de los contaminantes que ensucian los componentes que se limpiarán según sea necesario. Para los asfáltenos, el betún y otros derivados de petróleo crudo pesado, se ha encontrado que una solución desengrasante basada en agua, con pH casi neutral, tal como Paratene D-728 producido por Woodrising Resources Ltd. de Calgary, Alberta, proporciona un rendimiento excelente, y desecho relativamente simple. En algunos casos, pequeñas cantidades de solvente se pueden agregar a la solución acuosa para mejorar la eliminación de ciertos contaminantes. En algunos otros casos, es necesario utilizar los fluidos de limpieza muy ácidos o básicos para tratar los contaminantes específicos, tal como polímeros, epóxidos, incrustaciones, etc. La elección de materiales en la construcción del envase, por lo tanto, es importante y se ha descubierto que aunque los aceros normales (o "carbono") se desempeñan bien como elementos estructurales, y como paredes del envase en casi cualquier aplicación neutral, el acero inoxidable es preferido como un material de pared para evitar la corrosión en el caso de los fluido de limpieza no neutrales. Otros materiales de construcción se pueden también utilizar basado en el fluido de limpieza y contaminantes anticipados como será reconocido por los expertos en la técnica.

De acuerdo con otro aspecto, el recipiente de líquido se puede formar por la cubierta o cubierta modificada de un intercambiador de calor existente.

Por lo tanto, se proporciona, de acuerdo con un aspecto, un aparato para limpiar los componentes industriales, que comprende un recipiente de líquido que define un receptáculo de líquido para contener un líquido de limpieza; y los transductores ultrasónicos que tienen una frecuencia de operación y una longitud de onda en el líquido de limpieza y que están asegurados a por lo menos una porción del recipiente de líquido a una separación de entre 2 y 10 longitudes de onda. En operación, los transductores ultrasónicos generan una densidad de energía más grande en el área de recepción de componente del recipiente de líquido que una densidad de energía promedio del recipiente de líquido.

De acuerdo con otro aspecto, se proporciona un método de limpieza de los componentes industriales, que comprende las etapas de: asegurar los transductores ultrasónicos a por lo menos una porción de un recipiente de líquido a un separación de entre 2 y 10 longitudes de onda basada en la frecuencia de operación y la longitud de onda de los transductores ultrasónicos en un líquido de limpieza; introducir el líquido de limpieza en el recipiente de líquido tal que un nivel mínimo de líquido se alcance y todos los transductores ultrasónicos se sumerjan en el líquido de limpieza; introducir un componente industrial en el líquido de limpieza; y operar los transductores ultrasónicos para generar una densidad de energía más grande en el área de recepción de componente del recipiente de líquido que una densidad de energía promedio del recipiente de líquido.

De acuerdo con otro aspecto, los transductores pueden generar una frecuencia entre 20 kHz y 30 kHz, y pueden generar frecuencias sobre la frecuencia central de 25 kHz. Por lo menos algunos de los transductores pueden generar simultáneamente diferentes frecuencias entre 20 kHz y 30 kHz. Por lo menos algunos de los transductores pueden estar fuera de fase.

De acuerdo con otro aspecto, los transductores se pueden asegurar a una superficie interna del recipiente de líquido, o a una superficie externa del recipiente de líquido. Los transductores pueden ser transductores de tipo placa, o transductores de barra de resonancia. Los transductores de barra de resonancia pueden comprender una o dos cabezales ultrasónicos activos. Los transductores pueden generar una densidad de energía dentro del recipiente de líquido cuando se llena con líquido de entre 10-60 vatios por galón (2.6-15.8 vatios por litro). Los transductores se pueden montar de manera vertical, horizontal y/o diagonal a la superficie interna del recipiente de líquido. Los transductores se pueden montar al usar una abrazadera adaptable en una parte superior del transductor, y un dispositivo de montaje que no limita el movimiento a lo largo del eje de la barra resonante.

De acuerdo con un aspecto, el envase puede ser un tanque de líquido que tiene una parte superior abierta. El envase puede tener una cubierta superior desprendible o retráctil. El envase puede ser suficientemente grande para recibir un conjunto de tubos de intercambiador de calor que pueden ser de entre 2 y 150 pies (0.6-45.7 m) de longitud y entre 6 pulgadas (15 cm) y 12 pies (3.6 m) de diámetro. La parte inferior del recipiente de líquido puede ser plana, cóncava, o en forma de V.

De acuerdo con un aspecto, el recipiente de líquido puede ser una cubierta externa que contiene un conjunto de tubos de intercambiador.

De acuerdo con un aspecto, el recipiente de líquido puede comprender una solución de tensioactivos desengrasantes basada en agua que tiene un pH entre 7-11, una solución de limpieza acuosa que comprende por lo menos uno de aditivos solventes, una solución acida y una solución alcalina, una solución acuosa de limpieza que comprende una solución ácida, o una solución acuosa de limpieza que comprende una solución alcalina.

Breve Descripción de los Dibujos Éstas y otras características llegarán a ser más evidentes a partir de la siguiente descripción en la cual la referencia se hace a los dibujos anexados, los dibujos tienen el propósito de ilustración solamente y no se piensan de ninguna manera como limitante, en donde: La figura 1a es una vista lateral en la sección de un intercambiador de calor de tubo y cubierta común, que muestra el conjunto de tubos y la cubierta.

La figura 1b es una vista en perspectiva en despiece del intercambiador de calor de tubo y cubierta mostrado en la figura 1a.

La figura 2 es una vista en perspectiva de un aparato para limpiar los componentes industriales.

La figura 3a es una vista en perspectiva de un aparato para limpiar los componentes industriales que se diseña para limpiar el intercambiador de calor de 5 x 30 pulgadas (12.7 x 76.2 cm).

La figura 3b es una vista elevada extrema en la sección del aparato mostrado en la figura 6a.

La figura 3c es una vista en planta superior del aparato mostrado en la figura 6a.

La figura 3d es una vista elevada lateral del aparato mostrado en la figura 6a.

La figura 4a es una vista en perspectiva de un aparato alternativo para limpiar los componentes industriales que tiene un tanque orientado verticalmente.

La figura 4b es una vista en planta superior en la sección del aparato alternativo mostrado en la figura 7a.

La figura 4c es una vista elevada lateral en la sección del aparato alternativo mostrado en la figura 7a.

La figura 5a es una vista elevada lateral en la sección de un aparato para limpiar los tubos de intercambiador construido de la cubierta del intercambiador de calor.

La figura 5b es una vista elevada extrema del aparato mostrado en la figura 8a.

La figura 6a es una vista en perspectiva de un aparato alternativo para limpiar los componentes industriales que se diseña para limpiar los intercambiadores de calor y válvulas más pequeños.

La figura 6b es una vista en planta superior del aparato alternativo mostrado en la figura 9a.

La figura 6c es una vista elevada lateral del aparato alternativo mostrado en la figura 9a.

La figura 7 representa un ejemplo de un transductor de resonancia de tipo barra.

La figura 8 representa un ejemplo de un transductor de tipo placa.

La figura 9a es una vista elevada lateral en la sección de un montaje de transductor que se puede utilizar para montar los transductores en el aparato.

La figura 9b es una vista en perspectiva detallada del montaje de transductor mostrado en la figura 12a.

La figura 9c es una vista en perspectiva del montaje de transductor mostrado en la figura 12a.

La figura 10 es una vista en perspectiva de un aparato alternativo que se diseña para limpiar los componentes industriales hasta un tamaño de 6 x 3 pulgadas (7.6 x 15.2 cm).

Descripción Detallada de la Invención La limpieza ultrasónica hace uso de ondas acústicas ultrasónicas para afectar la capa de difusión de líquido normal sobre una superficie para aumentar drásticamente el índice de reacción (interacción) entre un contaminante superficial y el fluido de limpieza. Además, la cavitación creada en el líquido, cerca de la superficie, mediante la compresión y rarefacción inducidas por las ondas acústicas incidentales, crea pequeños chorros de alta presión y alta temperatura, que ayudan a afectar físicamente los contaminantes en la superficie y el desprendimiento de ellos en el líquido de limpieza.

Al combinar el ultrasonido con un líquido de limpieza conveniente, por ejemplo, un pH casi neutral, solución/desengrasante tensioactiva a base de agua, los componentes se puede limpiar con eficacia en una fracción del tiempo requerido por los métodos tradicionales descritos anteriormente.

La presente discusión se relaciona con una mejora de los tanques de limpieza ultrasónica, que aumenta la eficacia y amplia las situaciones en las cuales se pueden utilizar, que incluyen el uso en los componentes industriales más grandes o más complejos.

Particularmente, los transductores ultrasónicos usados en asociación con el tanque de limpieza se colocan relativamente cerca juntos, tal como entre 2 a 10 longitudes de onda de separación, o entre 2 a 6 longitudes de onda de separación, o entre 6 y 10 longitudes de onda de separación. Esto causa las ondas ultrasónicas generadas por los transductores para interferir entre sí. Se ha encontrado que, haciendo esto, se puede modificar el gradiente de la densidad de energía que resulta de las ondas ultrasónicas en el tanque de limpieza, tal que se aumente la penetración de las ondas ultrasónicas a través del tanque. Una vez que los principios descritos en la presente se entiendan, un experto en la técnica entenderá que la relación entre las ondas ultrasónicas generadas por los transductores y la densidad de energía inducida en el líquido de limpieza por éstas ondas. Los transductores se operan tal que la frecuencia y fase de los transductores adyacentes no se controlen simultáneamente, lo cual previene la formación de estática y ondas fijas posiblemente dañinas en el líquido de limpieza.

Con referencia a la figura 2, se muestra un envase 200 que tiene paredes laterales 202 y 203, paredes extremas 204 y 205, una placa de fondo inclinado y curvado 201, y un deflector extremo 206 para soportar las partes sumergidas y evitar que se deslicen dentro de la pared extrema 205. El envase 200 se construye al usar las prácticas de diseño estructural apropiadas para ¡os recipientes que contendrán líquidos, e incluirán comúnmente elementos estructurales tal como vigas de refuerzo verticales y horizontales, placas de soporte, etc., que no se detallan en la presente pero serán entendidos por los expertos en la técnica y familiarizados con este tipo de diseño de envase. El interior de las paredes laterales 202 y 203 del envase 200 se ajusta con los transductores ultrasónicos 207, montados al usar los montajes superiores 208 y montajes inferiores 209 tal que los transductores estén a aproximadamente 4 longitudes de onda de separación (por ejemplo 10 pulgadas (25 cm) desde el centro). La altura del montaje de los transductores sigue preferiblemente la inclinación de la placa inferior 201 para mantener la proximidad a los objetos largos colocados en el envase 200 que se apoyan sobre la placa inferior 201. Las barras de protección 210 se colocan entre los transductores 207 para prevenir los daños accidentales a los transductores 207 debido al contacto por los componentes grandes en el tanque. El envase 200 se ajusta preferiblemente con asas de elevación 211 para facilitar el movimiento del envase 200, y para facilitar las correas usadas para soportar los objetos suspendidos en el envase 200 para la limpieza. Los puestos de drenaje 213 se pueden incluir para facilitar la eliminación del fluido de limpieza. Un montaje de deslizamiento 212 se puede integrar en el diseño para facilitar el movimiento del envase 200 sobre la tierra y desde los vehículos de transporte inclinados.

Las figuras 3a-3d muestran un aparato ejemplar, indicado generalmente por el número de referencia 300, que se construye para limpiar los intercambiadores de calor y otros componentes de hasta 5 pies (1.5 m) de diámetro y 30 pies (9.1 m) de longitud. Además de las características delineadas en otros ejemplos, este ejemplo se construye con pasillos 304 soportados por puntales 305, ajustados con barandillas 308 y accesos mediante las escaleras 306 y 307. Estos componentes se pueden incluir para mejorar la seguridad de los trabajadores, y para la facilidad de uso. Además de los flancos 309 y 310, las paredes extremas 311 y 312 y la parte inferior inclinada 313, el envase también se puede ajustar con los soportes 314 que permiten la fijación de una cubierta dura o flexible sobre el envase. La cubierta se utiliza para ayudar a mantener la temperatura en el recipiente de líquido, si se calienta. También se puede utilizar para prevenir las pérdidas evaporativas. Los cables eléctricos de los transductores 315 se recolectan preferiblemente en los tendidos de cable 316, 317 y 318 donde saldrán del envase y se conectarán con los amplificadores eléctricos (generadores) que proporcionan la señal a los transductores ultrasónicos.

Las figuras 4a-4c muestran un ejemplo vertical alterno del aparato, que se construyó para acomodar la inmersión de los intercambiadores de calor y las secciones de tubería tal que los desechos de las partes caigan fácilmente a la parte inferior del envase y se podrían fácilmente bombear hacia fuera o drenar, y otros tipos de componentes que se beneficiarían de un tanque orientado verticalmente. Este envase se construye de cuatro paredes laterales 403, 404, 405, 406 y una placa inferior 407 y una cubierta superior desprendible 408. Los transductores 409 se muestran como montados a un ángulo de 45 grados, aproximadamente 10 longitudes de onda de separación (aproximadamente 24 pulgadas (60 cm)) y separados por los protectores 410, que previenen cualquier daño accidental a los transductores mediante el contacto de los componentes que son limpiados mientras están en el tanque y durante la inmersión o retiro. Un puerto de drenado 411 se proporciona para el retiro conveniente del fluido de limpieza o capa inferior de desechos y contaminación. Las asas de elevación 412, 413 y 414 se proporcionan para facilitar el retiro y soporte del tanque durante la operación.

Las figuras 5a y 5b muestran un ejemplo alterno del aparato, en el cual el envase se forma mediante la cubierta del intercambiador de calor por sí misma, y los transductores se montan dentro de la cubierta. En este ejemplo, la cubierta 501 forma el envase de limpieza que está compuesto por paredes laterales en forma de un tubo de recipiente de presión. Los transductores 502 están montados dentro de la cubierta mediante cualquier método conveniente, en este caso a través del uso de los deflectores 503, que sujetan los transductores 502 en el lugar, para proporcionar la energía ultrasónica para la limpieza del conjunto del intercambiador (no representado) "in situ", es decir, sin la necesidad de retirar el conjunto de la cubierta 501. Los deflectores 503 se diseñan para trabajar con los deflectores del conjunto de tubos para promover una trayectoria sinuosa del flujo de líquido durante la operación de la entrada 505 a la salida 506. Una interfaz inherentemente segura en una placa agregada al distribuidor de cubierta 504 se proporciona preferiblemente para el cableado usado para transmitir la energía eléctrica a los transductores 502. Los transductores 502 usados en esta configuración son de un tipo inherentemente seguro comercialmente disponible, que se llenan con un fluido no conductivo inerte. Según lo representado, los transductores 502 son transductores de tipo barra montados horizontalmente. Sin embargo, puede también utilizarse los transductores de tipo placa se unen externamente a la cubierta, o los transductores sumergibles de otra manera soportados dentro de la cubierta, como será entendido por los expertos en la técnica.

Las figuras 6a-6c muestran un ejemplo más pequeño del aparato, construido para la limpieza de componentes más pequeños, tal como intercambiadores de calor, válvulas, etc. El aparato 600 está compuesto de un envase formado de paredes laterales 603 y 604, paredes extremas 605 y 606 y la placa inferior 607 con los transductores 608 montados verticalmente en las paredes laterales y horizontalmente en las paredes extremas 605 y 606. Debido a que el volumen del envase es significativamente más pequeño que algunos de los ejemplos más grandes, la separación del transductor no es tan importante, y en este ejemplo, los transductores se montan con aproximadamente una separación de 7 longitudes de onda, o aproximadamente 17 pulgadas (42.5 cm). El aparato se equipa preferiblemente con las placas de protección plegables 609 que sirven para proteger los transductores y proporcionan un conducto para el cableado necesario para suministrar a los transductores la energía eléctrica requerida. El aparato además está equipado preferiblemente con un pasillo 610 mantenido en el lugar por los puntales 611, un tapón de drenado 612 y tubos deslizables 613 para manipularse fácilmente con un montacargas. Las asas de elevación 64 se proporcionan preferiblemente al envase que se levantará así como para izar los componentes dentro del envase durante la limpieza.

Un sistema de generador ultrasónico electrónico se utiliza para suministrar la energía ultrasónica (por ejemplo, en forma de corriente alterna a 25 kHz) a los transductores. Un generador electrónico conveniente está disponible de Crest Ultrasonics Corp. ubicada en Trenton, NJ. El tipo de generador seleccionado dependerá de las preferencias del usuario y requisitos de diseño particular. Los transductores están conectados con los generadores a través del cableado eléctrico, que conecta cada transductor con una fuente de energía eléctrica apropiada. En algunos ejemplos, cada transductor puede requerir un generador para accionarlo. En otros ejemplos, el equipo de transductor/generador comercialmente disponible se puede utilizar para permitir que más de un transductor se proporcione por un solo generador. En algunas circunstancias, solamente ciertos transductores pueden ser activos, tal que habrá solamente ciertas áreas del tanque que sean activamente componentes de limpieza. En otras circunstancias, los tanques especializados pueden montar solamente los transductores en ciertas áreas, tal como para limpiar las porciones específicas de los componentes.

La figura 7 muestra un ejemplo de un transductor ultrasónico de barra de resonancia 700. El transductor 700 que tiene una barra de resonancia 701 unida por un dispositivo de acoplamiento 702 y 703a los llamados "cabezales de transductor" 704 y 705 que están compuestos (internamente) de una pila de cristales piezoeléctricos 706 conectados eléctricamente en serie y soportados con un contrapeso/masa disipadora de calor 707, bajo influencia de un voltaje eléctrico alternante, se expandirá y contraerá, creando las vibraciones que se transmiten a la barra resonante 701 a través de los acopladores 702 y 703. Cada pila de elementos de cristal piezoeléctrico tiene generalmente frecuencias resonantes específicas, algunas de las cuales resultan en la expansión y contracción radiales del cristal, y algunas de las cuales resultan en la expansión y contracción axiales (o espesor) del material. Estos transductores de barra comunes se operan generalmente en las frecuencias que se adaptan a la frecuencia resonante del sistema de pilas de cristales y barra resonante. En los ejemplos preferidos descritos en la presente, las frecuencias usadas están entre 20 y 30 kHz, con 25 kHz como la frecuencia de operación normal. Los transductores de barra se pueden montar en un tanque de líquido en una orientación vertical, horizontal, o diagonal. Aunque se montan en el tanque, la separación de estos transductores se considera para la dirección de la propagación de las ondas ultrasónicas. Por ejemplo, con los transductores de barra 701 mostrados en la figura 7, relativamente poca energía se propaga hacia fuera desde los cabezales de transductor 704 y 705. Así, la separación se mide en la dirección radial, es decir entre las barras paralelas, en lugar de la dirección axial, es decir las barras colocadas de extremo a extremo. Otros tipos de transductores ultrasónicos están también comercialmente disponibles y se pueden utilizar en los ejemplos descritos en la presente en circunstancias convenientes. Por ejemplo, otros tipos de transductores incluyen los transductores de barra resonante de un solo cabezal, los transductores sumergibles de tipo placa (según lo mostrado en la figura 8, representados por el número de referencia 810), etc. Los transductores de placa están comercialmente disponibles los cuales se pueden unir a las paredes exteriores del envase, o se pueden integrar completamente y diseñarse para ser sumergidos. Por consiguiente, existe una variedad de transductores que se pueden utilizar para suministrar energía ultrasónica a los ejemplos descritos en la presente. El diseño del envase y montaje de los transductores se debe optimizar para cada estilo del transductor elegido para proporcionar un campo uniforme de energía ultrasónica dentro del envase.

Las figuras 9a-9c muestran un ejemplo de un montaje de transductor 900 que se puede utilizar en los aparatos descritos en la presente. El montaje 900 tiene un montaje superior 901 y un montaje inferior 902 que aseguran el transductor 912 en el lugar. El diseño incorpora una abrazadera para el cabezal superior del transductor que sujeta suavemente el cabezal 903 entre dos juntas 904 y 905, y el tubo de montaje 906 soporte el peso del transductor en una posición vertical. El montaje inferior no asegura preferiblemente el cabezal de transductor inferior 907, en su lugar permite el movimiento vertical libre del transductor para la salida vibratoria óptima durante la operación, mientras que al mismo tiempo limita el movimiento del cabezal de transductor inferior 907 en el plano horizontal por medio de una junta elástica adaptable 908 intercalada entre una placa de guía 909 y la placa de montaje 910, para así prevenir el daño de la vibración o esfuerzo de torsión durante el envío del envase. El montaje superior 901 se emperna a la pared 91 de envase 1 para el mantenimiento fácil del retiro y el montaje inferior 902 se fija al envase por soldadura o sujetadores convenientes.

La figura 10 muestra un aparato 1000 para limpiar los componentes industriales que se ha construido para acomodar los intercambiadores de calor de 6 pies (1.8 m) de ancho por 31 pies (9.4 m). Este recipiente se diseña para incorporar el montaje de transductor mostrado en la figura 9, al usar 86 transductores de barra resonante de cabezal dual del tipo descrito en la figura 7.

Claims (49)

REIVINDICACIONES

1. Un aparato para limpiar los componentes industriales, que comprende: un recipiente de líquido que tiene una pared lateral que define un receptáculo de líquido para contener un líquido de limpieza, el recipiente de líquido tiene un área de recepción de componente separada de la pared lateral; y transductores ultrasónicos que tienen una frecuencia de operación y una longitud de onda en el líquido de limpieza y asegurados a por lo menos una porción del recipiente de líquido a una separación de entre 2 y 10 longitudes de onda, en donde en operación los transductores ultrasónicos generan una densidad de energía en el área de recepción de componente del recipiente de líquido que es mayor que una densidad de energía promedio del recipiente de líquido.

2. El aparato de la reivindicación 1, en donde los transductores generan una frecuencia entre 20 kHz y 30 kHz.

3. El aparato de la reivindicación 1, en donde por lo menos algunos de los transductores generan simultáneamente diferentes frecuencias entre 20 kHz y 30 kHz.

4. El aparato de la reivindicación 1, en donde por lo menos algunos de los transductores están fuera de fase.

5. El aparato de la reivindicación 2, en donde los transductores generan frecuencias por encima de la frecuencia central de 25 kHz.

6. El aparato de la reivindicación 1, en donde los transductores se aseguran a una superficie interna del recipiente de líquido.

7. El aparato de la reivindicación 1, en donde los transductores se aseguran a una superficie externa del recipiente de líquido.

8. El aparato de la reivindicación 1, en donde los transductores son transductores de tipo placa.

9. El aparato de la reivindicación 1, en donde los transductores son transductores de barra de resonancia.

10. El aparato de la reivindicación 1 , en donde los transductores de barra de resonancia comprenden uno o dos cabezales ultrasónicos activos.

11. El aparato de la reivindicación 1, en donde el envase es un tanque de líquido que tiene una parte superior abierta.

12. El aparato de la reivindicación 1, en donde el envase es un tanque de líquido con una cubierta superior desprendible o retráctil.

13. El aparato de la reivindicación 11 , en donde el envase es suficientemente grande para recibir un conjunto de tubos de intercambiador de calor.

14. El aparato de la reivindicación 13, en donde el conjunto de tubos de intercambiador de calor es de entre 2 pies (0.6 m) y 150 pies (45.7 m) de longitud y entre 6 pulgadas (15.2 cm) y 12 pies (3.6 m) de diámetro.

15. El aparato de la reivindicación 1, en donde el recipiente de líquido comprende una superficie inferior inclinada.

16. El aparato de la reivindicación 15, en donde la parte inferior es plana, cóncava o en forma de "V".

17. El aparato de la reivindicación 1, en donde los transductores generan una densidad de energía dentro del recipiente de líquido cuando se llena con líquido de entre 10-60 vatios por galón (2.6-15.8 vatios por litro).

18. El aparato de la reivindicación 9, en donde los transductores se montan verticalmente a la superficie interna del recipiente de líquido.

19. El aparato de la reivindicación 18, en donde los transductores se montan al usar una abrazadera adaptable en una parte superior del transductor, y un dispositivo de montaje que no restringe el movimiento a lo largo del eje de la barra resonante.

20. El aparato de la reivindicación 9, en donde los transductores se montan horizontal o diagonalmente a la superficie interna del recipiente de líquido.

21. El aparato de la reivindicación 1, en donde el recipiente de líquido es una cubierta externa que contiene un conjunto de tubos de intercambiador de calor.

22. El aparato de la reivindicación 1, en donde el recipiente de líquido comprende las soluciones de tensioactivo desengrasante basadas en agua que tienen un pH entre 7-1 1.

23. El aparato de la reivindicación 1, en donde el recipiente de líquido comprende una solución de limpieza acuosa que comprende por lo menos uno de los aditivos solventes, una solución acida y una solución alcalina.

24. El aparato de la reivindicación 1, en donde el recipiente de líquido comprende una solución de limpieza acuosa que comprende una solución ácida.

25. El aparato de la reivindicación 1, en donde el recipiente de líquido comprende una solución de limpieza acuosa que comprende una solución alcalina.

26. Un método para limpiar los componentes industriales, que comprende las etapas de: asegurar los transductores ultrasónicos a por lo menos una porción de un recipiente de líquido a una separación de entre 2 y 10 longitudes de onda de acuerdo con la frecuencia de operación y longitud de onda de los transductores ultrasónicos en un líquido de limpieza; introducir el líquido de limpieza en el recipiente de líquido; introducir un componente industrial en el líquido de limpieza y colocar el componente industrial en un área de recepción de componente del recipiente de líquido que está separado de una pared lateral del recipiente de líquido; y operar los transductores ultrasónicos para generar una densidad de energía más grande en el área de recepción de componente del recipiente de líquido que una densidad de energía promedio del recipiente de líquido.

27. El método de la reivindicación 26, en donde la operación de los transductores ultrasónicos comprende la operación de los transductores a una frecuencia entre 20 kHz y 30 kHz.

28. El método de la reivindicación 26, en donde por lo menos algunos de los transductores generan simultáneamente diferentes frecuencias entre 20 kHz y 30 kHz.

29. El método de la reivindicación 26, en donde por lo menos algunos de los transductores están fuera de fase.

30. El método de la reivindicación 27, en donde los transductores generan frecuencias por encima de la frecuencia central de 25 kHz.

31. El método de la reivindicación 26, en donde la sujeción de los transductores ultrasónicos al recipiente de líquido comprende asegurar los transductores a una superficie interna del recipiente de líquido.

32. El método de la reivindicación 26, en donde la sujeción de los transductores ultrasónicos al recipiente de líquido comprende asegurar los transductores a una superficie externa del recipiente de líquido.

33. El método de la reivindicación 26, en donde los transductores son transductores de tipo placa.

34. El método de la reivindicación 26, en donde los transductores son transductores de barra de resonancia.

35. El método de la reivindicación 26, en donde los transductores de barra de resonancia comprenden uno o dos cabezales ultrasónicos activos.

36. El método de la reivindicación 26, en donde el envase es un tanque de líquido que tiene una parte superior abierta.

37. El aparato de la reivindicación 26, en donde el envase es un tanque de líquido con una cubierta superior desprendible o retráctil.

38. El método de la reivindicación 36, en donde el componente industrial es un conjunto de tubos de intercambiador de calor.

39. El método de la reivindicación 38, en donde el conjunto de tubos de intercambiador de calor es de entre 2 pies (0.6 m) y 150 pies (45.7 m) de longitud y entre 6 pulgadas (15.2 cm) y 12 pies (3.6 m) de diámetro.

40. El método de la reivindicación 26, en donde el recipiente de líquido comprende una superficie inferior inclinada.

41. El método de la reivindicación 40, en donde la parte inferior es plana, cóncava o en forma de "V".

42. El método de la reivindicación 26, en donde los transductores generan una densidad de energía dentro del recipiente de líquido cuando se llena con líquido de entre 10-60 vatios por galón (2.6-15.8 vatios por litro).

43. El método de la reivindicación 35, en donde los transductores se montan vertícalmente a la superficie interna del recipiente de líquido.

44. El método de la reivindicación 43, en donde los transductores se montan al usar una abrazadera adaptable en una parte superior del transductor, y un dispositivo de montaje que no restringe el movimiento a lo largo del eje de la barra resonante.

45. El método de la reivindicación 26, en donde el recipiente de líquido es una cubierta externa que contiene un conjunto de tubos de intercambiador de calor.

46. El método de la reivindicación 26, en donde el recipiente de líquido comprende las soluciones de tensioactivo desengrasante basadas en agua que tienen un pH de entre 7-1 1.

47. El método de la reivindicación 26, en donde el recipiente de líquido comprende una solución de limpieza acuosa que comprende por lo menos uno de aditivos solventes, una solución ácida y una solución alcalina.

48. El método de la reivindicación 26, en donde el recipiente de líquido comprende una solución de limpieza acuosa que comprende una solución ácida.

49. El método de la reivindicación 26, en donde el recipiente de líquido comprende una solución de limpieza acuosa que comprende una solución alcalina.