MXPA01003375A - Ensamble de valvula. - Google Patents

Abstract

Se describe una valvula (5) que comprende un cuerpo de valvula y, ubicado en este, un elemento de valvula movil entre una primera posicion, en donde la valvula esta en un primer modo de operacion, y una segunda posicion en donde la valvula esta en un segundo modo de operacion, el elemento de valvula incluye un iman de tierras raras (1) que, cuando el elemento de valvula esta en una de dichas posiciones, ocasiona que el elemento de valvula se desvie magneticamente con el movimiento hacia la otra de dichas posiciones, la valvula estando provista con medios para generar un campo magnetico (9) suficientes para superar la desviacion magnetica en la primera o segunda posicion, de manera que ocasione que dicho elemento de valvula se mueva hacia la otra de dichas posiciones.

Description

ENSAMBLE DE VÁLVULA La presente invención se refiere a un ensamble de válvula para controlar el flujo de líquidos o gases o materia en partículas fluidas dentro de sistemas de conductos sellados, tales sistemas siendo usados, por ejemplo, sin limitarse, en la industria de alimentos y bebidas, en la industria del combate contra incendios, de la aviación, de la aeronáutica, en el espacio, en la industria de gas y aceites, en la industria del cuidado de la salud, la industria farmacéutica, industrias de ingeniería, de servicios y procedimientos. Las válvulas pequeñas de baja presión usualmente están elaboradas de latón, aluminio o plástico, aunque las válvulas más grandes típicamente están hechas de latón y otras aleaciones. Las aleaciones, como el acero inoxidable, pueden requerirse si el fluido controlado es corrosivo. Las válvulas pueden activarse manual o mecánicamente a través de un servomecanismo, o magnética o neumáticamente mediante el flujo del fluido controlado. La presente invención se refiere a un ensamble de válvula que se activa magnéticamente. Se sabe a partir de la técnica anterior la manera de proveer válvulas y proveer corriente eléctrica pulsada para activar la válvula. Sin embargo, los problemas asociados con los tipos convencionales de ensambles de válvulas de solenoide es que la bobinas pueden generar una gran cantidad de energía térmica. De esta manera, las válvulas de solenoide convencional tienen un uso limitado con fluidos criogénicos y pueden ocasionar problemas con respecto a la higiene usándolos en la industria de bebidas y alimentos. Adicionalmente, estas válvulas requieren un mecanismo de resorte y émbolo de retorno. El resorte/émbolo siendo capaces de cerrar la válvula contra la dirección de la presión en la línea al apagar la potencia que va hacia la bobina. Adicionalmente, las válvulas de solenoides convencionales requieren un sello para separar la presión de la línea interna de un lado del resorte/émbolo de la presión atmosférica. Estos sellos pueden desgastarse y/o romperse, permitiendo así el derrame de fluidos, que puede ser tanto peligroso como caro. La mayoría de las válvulas con mayor diámetro instaladas en los sistemas industriales requieren instalaciones eléctricas sustanciales y/o instalaciones de aire comprimido para controlar el flujo de los líquidos o gases. Las instalaciones de aire comprimido en sí mismas requieren sistemas de instalación eléctrica y por lo tanto el costo y la dificultad de instalación de tales válvulas de solenoide de gran diámetro pueden ser inmensos. Un problema adicional asociado con las válvulas de solenoide convencionales es que tienen un alto costo de mantenimiento y que necesitan permanecer con energía permanentemente. De esta manera, por ejemplo, una válvula de solenoide que se opera únicamente en una base de tiempo ocasional, tal vez una o dos veces por año tendrá que permanecer con energía completamente durante todo el período. Esto puede tener un costo extremadamente alto en cuanto a consumo en wats.

Un ensamble de válvula que se instala fácilmente, es rentable en cuanto a mantenimiento y comprende una menor cantidad de sellos y partes móviles ofrecería una ventaja inmediata en diversas áreas industriales y tendría una aplicación a gran escala. De conformidad con la presente invención se provee una válvula que comprende un cuerpo de válvula y, ubicado en éste, un elemento de válvula móvil entre una primer posición en que la válvula está en un primer modo de operación y una segunda posición en que la válvula está en un segundo modo de operación, el elemento de válvula incluye un imán de tierras raras que, cuando el elemento de válvula está en cualquiera de las posiciones mencionadas, ocasiona que el elemento de válvula se desvíe magnéticamente contra el movimiento hacia la otra de dichas posiciones, la válvula estando provista con medios para generar un campo magnético suficiente para superar la desviación magnética en la primera o segunda posición, de manera que ocasione que dicho elemento de válvula se mueva hacia la otra de las posiciones mencionadas. Preferiblemente, dicho imán de tierras raras está compuesto de por lo menos uno de los elementos seleccionados del grupo que consiste en lantano, cerio, praseoudimio, neodimio, prometió, samario, europio, gadolinio, terbio disprosio, holmio, erbio, tulio, iterbio, lutetio, escambio y torio. Preferiblemente, dicho imán de tierras raras está compuesto de más de un material de tierras raras, y muy preferiblemente dicho imán de tierras raras puede estar magnetizado permanentemente con su eje magnético alineado en una dirección seleccionada. Preferiblemente, el imán incluye por lo menos un elemento diferente al metal de tierra. Por ejemplo fierro, boro, y/o cobalto, ejemplos de tales composiciones son BREMAG (NeFeB) y ANISOTROPIC BREMAG (SmCo). El imán de tierras raras es casi imposible de desmagnetizar usando un ensamble de bobina convencional y períodos cortos de fuerza magnética opuesta que se presentarían cuando la válvula esté abierta o cerrada. Preferiblemente, dicho imán de tierras raras es un disco que tiene caras sustancialmente paralelas y muy preferiblemente dicho disco está magnetizado con su eje magnético alineado perpendicular a dichas caras. Preferiblemente, dicho imán de tierras raras está incluido dentro del cuerpo de válvula. Preferiblemente, el alojamiento cuenta con una superficie de apoyo para el elemento de válvula, la superficie de apoyo estando provista con una pluralidad de imanes de tierras raras dispuestos en una configuración circular cerca del elemento de válvula. Preferiblemente, los imanes de tierras raras están separados de manera uniforme. Preferiblemente, la válvula es sustancialmente circular en plano y tiene más de 5 centímetros de diámetro. Preferiblemente, la válvula incluye una bobina magnética dentro de la cual un campo magnético se genera por medio de una corriente eléctrica aplicada idealmente por corriente directa.

Preferiblemente, dicha bobina está compuesto de fierro o ferrita de fierro. Preferiblemente se provee energía mediante una batería recargable, tal batería estando provista sobre un vehículo/carro o similar, idealmente dicha batería puede hacer funcionar una válvula relativamente grande eliminando así la necesidad de una fuente de energía sustancial, además, la batería puede recargarse con un cargador, usando ya sea energía local, por ejemplo, de una fuente de teléfono, o energía solar o energía generada por el viento. Así, se comprenderá, que el imán de tierras raras oscila entre los dos modos de operación mencionados, es decir, las posiciones abierta y cerrada invirtiendo el voltaje de excitación de la corriente directa a través de la bobina. La inversión de la corriente actúa para atraer o repeler el disco de imán de tierras raras entre las posiciones abierta y cerrada de la válvula. Únicamente es necesario energizar la bobina durante un período corto, idealmente la región de 0.25 a 10 segundos, esto se debe a que cuando el disco de imán de tierras raras está en una posición abierta se mantiene en su posición por su propia atracción magnética al fierro o ferrita de fierro, material empleado en la construcción de la bobina. Esta característica ofrece una ventaja importante sobre la técnica anterior. Preferiblemente, dicha válvula comprende una superficie de apoyo de válvula que está compuesto de material magnético.

En una posición cerrada, el disco magnético de tierras raras se mantiene en posición tanto por la atracción magnética a los materiales magnéticos y alrededor de una superficie de apoyo de válvula como por la presión diferencial a través de la válvula. El tiempo que se requiere para intercambiar la válvula entre los dos modos de operación es más rápido que una válvula motorizada o neumática, de esta manera se prevé que la válvula de la presente aplicación tiene aplicaciones en la industria para combatir incendios y en otras situaciones de seguridad. Preferiblemente, dicha válvula comprende una pluralidad de sellos estáticos en uno o ambos de elemento de válvula y cuerpo de válvula para proveer un sello entre éstos. Preferiblemente por lo menos uno de dichos sellos estáticos está colocado entre el disco de imán de tierras raras y la superficie de apoyo de válvula, y otro de dichos sellos estáticos está colocado en una superficie interna de un puerto de salida de la válvula. Debe observarse que la válvula de la presente invención no requiere ninguna forma de sello entre la bobina y el apoyo de válvula. Como resultado de lo anterior no hay posibilidad de fuga de la parte interna de la válvula hacia el ambiente circundante, haciendo que la presente invención sea particularmente adecuada como una válvula de control en los conductos/tubos que contienen material explosivo fluyendo y/o material dañino y/o material que necesita estar libre de patógenos. Ahora la invención se describirá, sólo a manera de ejemplo, haciendo referencia a las siguientes figuras: La figura 1 ilustra un esquema de energización del imán de tierras raras. La figura 2 representa una primera modalidad de la válvula de conformidad con la presente invención. La figura 3 representa una segunda modalidad de la válvula de conformidad con la presente invención. Con referencia a la figura 1 , se muestra un imán de tierras raras 1 que tiene polos S (sur) y N (norte); la comente se hace pasar en una dirección seleccionada, tal dirección comienza en 90° con respecto a la superficie 2. Después de la magnetización, el imán de tierra está listo para incorporarse en la válvula de la presente invención. Con referencia a la figura 2, se muestra una primera modalidad en la válvula de la presente invención. En esta modalidad, la válvula es para usarse con un juego de tubos 3 y 4, dichos tubos estando colocados sustancialmente en ángulos rectos entre sí. En el caso de que el ensamble de válvula 5 esté en una posición abierta, el material fluido fluye en dirección X a Y. Sin embargo, en esta figura en particular, el imán de tierras raras 1 está en una posición cerrada empalmando el sello de válvula 6 que está colocado dentro del material magnético 7 del cuerpo de válvula 8. El cuerpo de válvula 8 no está construido de material magnético. En el tubo opuesto 3, la válvula está provista con un alojamiento de bobina 9. El alojamiento de bobina 9 está construido de fierro o ferrita de fierro y tiene bobinas 10 incrustadas. En el momento en que las bobinas se energizan por medio de una corriente eléctrica aplicada, el imán de tierras raras 1 es atraído y se mueve a través del espacio 12 hacia el área 11. Una vez en el área 11 , el imán de tierras raras 1 empalma una superficie interna 13 del cuerpo de válvula 8 y está en una posición abierta, permitiendo de esta manera que el fluido fluya desde el tubo 4 hacia el tubo 3 en dirección X a Y. La corriente no tiene que aplicarse de manera constante, y únicamente necesita aplicarse durante un tiempo suficiente para atraer el imán de tierras raras a la superficie 13. Cuando la corriente termina, el imán permanecerá colocado debido a su atracción al material de fierro o ferrita de fierro del alojamiento de la bobina. Cuando la corriente se invierte, nuevamente sólo necesita aplicarse durante un período corto, el imán de tierras raras 1 será repelido de la superficie 13 y regresará a través del espacio 12, de manera que se empalmen los sellos 6 en el extremo opuesto. El imán de tierras raras 1 entonces se mantendrá de manera fija en posición dentro del apoyo de la válvula magnética 7, de manera que la válvula está en una posición cerrada hasta que sea necesario activar nuevamente la válvula. La válvula descrita anteriormente puede permanecer durante tiempos prolongados en un modo de operación abierto o cerrado. Esta característica hace que la válvula de la presente invención tenga un uso particular en las industrias que requieren únicamente un control de válvula esporádico/poco frecuente, proveyendo de esta manera una mejora importante sobre las válvulas de la técnica anterior con ahorros en costos concomitantes debido a que la válvula de la presente invención necesita estar en un estado energizado constante. Con referencia a la figura 3, se muestra una modalidad alternativa de la válvula de la presente invención. En esta modalidad, los tubos 14 y 15 están alineados a lo largo de un eje común y el fluido corre en dirección de X a Y. El imán de tierras raras 1 está incrustado en un alojamiento de imán 16 que está adecuadamente adecuado de manera que empalma una superficie de apoyo magnética 17, cuando la válvula está en una posición cerrada. Imanes de diámetro pequeño, es decir, para usarse con válvulas de más de cinco centímetros de diámetro se colocan de manera que formen un círculo alrededor de la superficie de apoyo magnética 17. Esto no es práctico para producir discos de imán de metal de tierras raras con diámetros mayores para usarse en válvulas de más de 5 centímetros de diámetro, debido que los imanes de tierras raras son inherentemente frágiles y con tendencia a sufrir daños por la acción de la bobina. Por consecuencia, es necesario designar las unidades para evitar dañar los imanes de tierras raras durante su vida útil. El alojamiento magnético 16 comprende por lo menos 3 y preferiblemente más ¡manes 20 colocados dentro de un brazo 21 del alojamiento, los brazos 21 en una posición completamente cerrada (no se muestra) se empalman de manera nivelada a la superficie 22 de la superficie de apoyo magnética 17. La superficie de apoyo magnética 17 está asociada con varios sellos 18 y 19, para no presentar fugas. La porción 28 del alojamiento magnético 16 está construida de material que no es magnético. El material no magnético 28 se extiende sustancialmente alrededor del perímetro de los brazos 21 hasta el punto 29, de conformidad con el sombreado de dirección de la figura. En esta modalidad particular, el imán de tierras raras 1 y su alojamiento asociado 17 tienen una forma sustancialmente de T en sección transversal, la T estando formada por los brazos 21 y un cuerpo principal 28. En una posición abierta, el imán de tierras raras y su cuerpo principal de alojamiento asociado 28 se mantienen en posición dentro de la cavidad 23. La cavidad 23 estando formada dentro de un ensamble superior 24 y comprende material no magnético en todas las paredes circundantes. El ensamble superior 24 cuenta con un sello de resina epóxica 25 en una superficie más alta y tiene incrustados dentro del ensamble superior núcleos de fierro o ferrita de fierro que puede energizarse a través de corriente aplicada a alambres/enchufes macho 27. La provisión de sellos de resinas epóxica 25 es una manera de evitar el deterioro del ensamble del imán, sin embargo, el ensamble también puede cubrirse con material plástico o alojarse dentro de una cubierta metálica. En la operación, el imán de tierras raras 1 oscila entre los dos modos de operación mencionados, es decir, las posiciones abierta y cerrada invirtiendo el voltaje de excitación de corriente directa a través de la bobina 26. Al invertir la corriente se activa para atraer o repeler el disco de imán de tierras raras durante períodos de abertura o cierre de la válvula. En una posición abierta, el cuerpo principal 28 del alojamiento del imán 16 se queda dentro de la cavidad 23. La cavidad 23 actúa como un amortiguador reduciendo la velocidad del imán y amortiguando el impacto, evitando de esta manera cualquier impacto al imán cuando se mueva a la cavidad 23. Al cerrar la válvula, el sello 19, una junta tórica de hule colocada por debajo del brazo del alojamiento 21 y una superficie superior de la superficie de apoyo magnética 17 actúa como un resorte/almohadilla, que evita que se dañe el imán. En una posición cerrada, los brazos 21 del alojamiento del imán 16 empalman la superficie 22 y el sello 19 de la superficie de apoyo magnética 17. Únicamente es necesario energizar la bobina 26 durante un período corto, típicamente entre 0.25 y 10 segundos en cualquier dirección. El período de excitación es relativamente corto, debido a que cuando el disco de imán de tierras raras está en una posición abierta, se mantiene en posición por su propia atracción magnética al material de fierro o ferrita de fierro empleado en la construcción de la bobina. En una posición cerrada, el imán de tierras raras 1 se mantiene en posición por su atracción magnética a los materiales magnéticos y alrededor de una superficie de apoyo de válvula 17 y por los imanes 20, además de la presión diferencial a través de la válvula. La válvula de la presente invención provee de esta manera ventajas importantes sobre los ensambles de válvulas de la técnica anterior, tanto en tiempo de mantenimiento como en costos, además de tener una amplia aplicación en diversas industrias.

Claims (25)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES

1.- Una válvula que comprende un cuerpo de válvula y ubicado en el mismo, un elemento de válvula móvil entre una primera posición en la que la válvula está en un primer modo de operación adyacente a un primer elemento magnético o magnetizable, y una segunda posición en la que la válvula está en un segundo modo de operación adyacente a un segundo elemento magnético o magnetizable, el elemento de válvula incluye un imán de tierras raras que, junto con el primero y/o segundo elemento magnético o magnetizable, ocasiona que el elemento de válvula estando en cualquiera de dichas posiciones se desvíe magnéticamente con el movimiento hacia la otra de dichas posiciones, la válvula estando provista con medios para generar un campo magnético suficiente para superar la desviación magnética en la primera o segunda posición, de manera que ocasione que dicho elemento de válvula se desplace hacia la otra de dichas posiciones, los medios para generar un campo magnético comprenden una única bobina dispuesta fuera del cuerpo de válvula y el cuerpo de válvula y el elemento de válvula estando dispuestos para evitar que el elemento de válvula pase a través de la bobina.

2.- La válvula de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizada además porque el cuerpo de válvula actúa como un tope que evita que el elemento de válvula pase a través de los medios para generar un campo magnético.

3.- La válvula de conformidad con las reivindicaciones 1 ó 2 caracterizada además porque la extensión lateral del elemento de válvula es mayor que la extensión lateral de los medios para generar un campo magnético.

4.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque el primer elemento magnético o magnetizable comprende un alojamiento de bobina.

5.- La válvula de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada además porque la extensión lateral del elemento de válvula es sustancialmente igual a la extensión lateral del alojamiento de la bobina.

6.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4 ó 5, caracterizada además porque la bobina está energizada por medio de una fuente de energía de corriente eléctrica aplicada directamente.

7.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada además porque al invertir la corriente a través de la bobina se ocasiona que el imán de tierras raras sea atraído o repelido, ocasionando así que el elemento de válvula se mueva, ya sea a una posición abierta o cerrada.

8.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones de la 4 a la 7, caracterizada además porque la bobina está energizada mediante una batería recargable.

9.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones de la 4 a la 8, caracterizada además porque la bobina está compuesta de fierro o ferrita de fierro.

10.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque el segundo elemento magnético o magnetizable comprende material magnético.

11.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque el elemento de válvula está provisto con una pluralidad de imanes de tierras raras dispuestos en una configuración sustancialmente circular.

12.- La válvula de conformidad con la reivindicación 11 , caracterizada además porque los imanes de tierras raras están separados de manera uniforme.

13.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque el imán o ¡manes de tierra de rara está/están compuestos de neodimio y/o samario.

14.- La válvula de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada además porque el imán o imanes incluyen por lo menos un elemento diferente a un elemento de tierras raras.

15.- La válvula de conformidad con la reivindicación 14, caracterizada además porque el imán o imanes incluyen por lo menos uno de fierro, boro y cobalto.

16.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones de la 13 a la 15, caracterizada además porque el imán o imanes de tierras raras es/son tales que pueden magnetizarse de manera permanente, con su eje magnético alineado en cualquier dirección seleccionada.

17.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones de la 13 a la 16, caracterizada además porque el imán o ¡manes de tierras raras es un disco que tiene caras sustancialmente paralelas.

18.- La válvula de conformidad con la reivindicación 17, caracterizada además porque el disco está magnetizado con su eje magnético alineado en perpendicular a dichas caras.

19.- La válvula de conformidad con la reivindicación 17 ó 18, caracterizada además porque el disco forma el elemento de válvula.

20.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada además porque la válvula es sustancialmente circular en plano y es de más de 5 cm de diámetro.

21.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada además porque incluye medios para ocasionar que dicho campo magnético sea generado durante un período entre 0.25 y 10 segundos.

22.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada además porque comprenden uno o más sellos estáticos montados en uno o ambos de elemento de válvula o cuerpo de válvula para proveer un sello entre éstos.

23.- La válvula de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el elemento de válvula tiene una sección transversal en forma de T.

24.- La válvula de conformidad con la reivindicación 23, caracterizada además porque un primer imán de tierras raras está ubicado dentro de una porción central recta y una pluralidad de imanes adicionales de tierras raras se ubican en una configuración circular cerca de la porción central.

25.- El uso de una válvula como se reclama en cualquiera de las reivindicaciones anteriores como una válvula de control para controlar el flujo en conductos/tubos de fluidos y/o material explosivo y/o material dañino y/o material que necesite estar libre de patógenos.