MXPA03011699A

MXPA03011699A - Metodo y aparato para cambiar la temperatura de un fluido presurizado.

Info

Publication number: MXPA03011699A
Application number: MXPA03011699A
Authority: MX
Inventors: A Hashish Mohamed
Original assignee: Flow Int Corp
Priority date: 2001-06-15
Filing date: 2002-06-17
Publication date: 2004-12-06
Also published as: EP1399697A1; CA2450638A1; AU2002315446B2; JP2005516779A; US20020191970A1; US6804459B2; CA2450638C; WO2002103254A1

Abstract

Un ensamble para cambiar la temperatura de un fluido que se encuentra una presion ultra-alta a medida que este fluye a traves de una tuberia de presion ultra-alta incluye varios bloques conductores de calor; cada bloque tiene un primer agujero a traves del cual pasa una tuberia de presion ultra-alta, y un segundo agujero que contiene una fuente de calentamiento o de enfriamiento; alternativamente, se utiliza calor de resistencia para aumentar la temperatura del fluido a presion ultra-alta, acoplando electrodos a la superficie exterior de la tuberia; el fluido a presion ultra-alta es calentado o enfriado despues de haber sido presurizado, y despues se descarga desde la tuberia de presion ultra-alta a una temperatura seleccionada para su uso; por ejemplo, el fluido a presion ultra-alta a una temperatura seleccionada se puede descargar a traves de una boquilla para formar un chorro de fluido de presion ultra-alta para corta o limpiar cualquier superficie u objeto deseado, o se puede descargar en un recipiente de presion para el tratamiento con presion de una sustancia.

Description

METODO Y APARATO PARA CAMBIAR LA TEMPERATURA DE UN FLUIDO SOMETIDO A PRESION CAMPO TECNICO Esta invención se refiere a la generación y al uso de fluido a presión ultraalta bajo condiciones controladas de temperatura y, más particularmente, a un sistema para cambiar la temperatura de un fluido sometido a presión.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION El fluido a presión ultraalta tiene numerosos usos. Por ejemplo, se puede dirigir el fluido a presión ultraalta, generado por una bomba de presión ultraalta, a través de una boquilla para formar un chorro de fluido a presión ultraalta, el cuerpo debe estar mezclado o no con material abrasivo. Dependiendo de las características del chorro de fluido a presión ultraalta, se puede usar el chorro para cortar o limpiar una variedad de superficies y objetos, como se entiende en la técnica. Se puede dirigir también el fluido a presión ultraalta a una vasija de presión para tratar con presión una sustancia. Por ejemplo, se sabe en la técnica que se pueden inactivar patógenos y microorganismos en sustancias, por ejemplo alimento, exponiendo las sustancias a presión alta. Aunque la generación de un chorro de fluido a presión ultraalta con fluido a temperatura ambiente provee resultados aceptables en muchas aplicaciones, los solicitantes creen que puede ser conveniente en algunas situaciones proveer el fluido sometido a presión para su uso a una temperatura seleccionada, superior e inferior al ambiente. La presente invención está dirigida por lo tanto a calentar y enfriar selectivamente fluido a presión ultraalta.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION En resumen, la presente invención provee fluido a presión ultraalta a una temperatura seleccionada para su uso en cualquier aplicación que requiera el uso de fluido a presión ultraalta. En las modalidades preferidas, se calienta o enfría el fluido, después de que ha sido sometido a presión. Esto es en contraste a calentar o enfriar el fluido antes de someterlo a presión, lo cual los solicitantes creen que puede afectar negativamente el rendimiento de una bomba de presión ultraalta, particularmente a temperaturas extremas. En una primera modalidad preferida, el fluido a presión ultraalta fluye de su fuente, por ejemplo una bomba de presión ultraalta, a su punto de uso, a través de tubería de presión ultraalta. Se hace pasar la tubería de presión ultraalta a través de una pluralidad de bloques térmicamente conductores, teniendo cada bloque un primer barreno a través del cual pasa a la tubería. Cada bloque térmicamente conductor está provisto de un segundo barreno, en el cual está posicionada una fuente de calentamiento o enfriamiento. Por ejemplo, se puede insertar un calentador de cartucho al segundo barreno y ajustar a una temperatura seleccionada. Alternativamente, se puede hacer circular el fluido a una temperatura seleccionada a través del segundo barreno. De esta manera, cada bloque térmicamente conductor funciona como intercambiador de calor, para crear un flujo de calor a través de la tubería de presión ultraalta, aumentando o disminuyendo así la temperatura del fluido a presión ultraalta, según se desee. En una modalidad preferida, se provee un termopar en cada bloque para detectar la temperatura del bloque y/o la superficie exterior de la tubería de presión ultraalta y proveer retroalimentación a un circuito de control que ajusta a la vez la temperatura de la fuente de calentamiento o enfriamiento. En otra modalidad preferida, se usa resistencia eléctrica para calentar el fluido a presión ultraalta, conforme fluye a través de la tubería de presión ultraalta. Más particularmente, una pluralidad de electrodos está acoplada a una superficie exterior de la tubería de presión ultraalta y a una fuente de corriente. Preferiblemente, se usa una corriente alta con un voltaje bajo para reducir la probabilidad de choques eléctricos Haciendo pasar una corriente grande a través de la tubería, la sección transversal entera de la tubería se convierte efectivamente en la fuente de calor. Sin limitar la invención de manera alguna, esta invención puede ser particularmente para aplicaciones en que se desee calentar a una temperatura alta.

Se entenderá que se seleccionará el número de bloques usados y la disposición de los bloques, con base en parámetros de diseños y la tarea a resolver. Por ejemplo, en una modalidad preferida, se selecciona el número de bloques y la temperatura de cada bloque, con base en la temperatura deseada que el fluido a presión ultraalta en el punto de uso y la velocidad de flujo a través de la tubería.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista esquemática en sección transversal de un dispositivo para calentar o enfriar fluido en tubería de presión ultraalta de acuerdo con una modalidad preferida de la presente invención. La figura 2 es una vista esquemática en sección transversal de un dispositivo alternativo para calentar y enfriar, provisto de acuerdo con la presente invención. La figura 3 es una vista vertical esquemática de un dispositivo alternativo, provisto de acuerdo con la presente invención. La figura 4 es una vista en planta de un ensamble para calentar o enfriar fluido en tubería de presión ultraalta de acuerdo con la presente invención.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION Como se describe previamente, la presente invención provee un fluido a presión ultraalta a una temperatura seleccionada. En modalidades preferidas, se cambia la temperatura del fluido de la ambiente, después de que se ha sometido a presión el fluido y descargado de la fuente de presión 20 a través de la tubería de presión ultraalta. En una modalidad preferida, como se ilustra en la figura 1 , una aparato 10 para cambiar la temperatura del fluido a presión ultraalta incluye un bloque 12 de material térmicamente conductor. Aunque se puede usar cualquier material térmicamente conductor, en una modalidad preferida se hace de aluminio el bloque 12. El bloque 12 está provisto de un primer barreno 13 a través del cual pasa la tubería de presión ultraalta 11. El bloque 12 está provisto de un primer barreno 13 a través del cual pasa la tubería de presión ultraalta 11. El bloque 12 está provisto además de un segundo barreno 14, el cual está provisto de una fuente de calentamiento o enfriamiento. Aunque se puede usar cualquier fuente de calentamiento o enfriamiento, en una modalidad preferida se posiciona el calentador de cartucho 16 en el segundo barreno 14. Aunque se puede usar cualquier calentador de cartucho, un ejemplo de calentador apropiado de cartucho 16 es fabricado por Omega, artículo CIR-5069/240. Alternativamente, como se ilustra en la figura 2, se hace circular el ruido 15 a una temperatura seleccionada a través de la tubería 17 posicionada en un circuito a través del segundo barreno 14.

Se entenderá que la tubería de presión ultraalta 11 es de pared gruesa y está hecha típicamente de acero. A fin de obtener el flujo deseado de calor a través de la tubería 1 1 para el frío de presión ultraalta dentro de la misma, es conveniente vigilar el sistema y ajusfar la temperatura de los bloques, si es necesario, para asegurar que el fluido a presión ultraalta alcanza la temperatura deseada. Aunque se puede efectuar esto de una variedad de maneras, en una modalidad preferida se posiciona un sensor de temperatura 18, tal como un termopar, sobre el bloque 12 para detectar la temperatura del bloque y/o una superficie exterior de la tubería 11 y proveer retroalimentación a un circuito de control 19. Un circuito de control de retroalimentación 19 puede regular a la vez la temperatura de la fuente de calentamiento de enfriamiento, por ejemplo ajusfando el suministro de energía al calentador de cartucho. Alternativamente, se puede posicionar un sensor de temperatura para detectar la temperatura del fluido mismo y proveer retroalimentación al sistema correspondientemente. Puede ser útil también vigilar la temperatura del bloque y/o una superficie exterior de la tubería de presión ultraalta, para asegurar que no se expone la integridad de la tubería. Por ejemplo, la tubería de presión ultraalta de acero inoxidable 316 obtenible de Autoclave Engineers, que tiene un diámetro exterior de 9.5 mi y un diámetro interior de 3.2 mi, se puede elevar a aproximadamente 323.2°C con una pérdida de aproximadamente 10% de su duración de fatiga. Sería por lo tanto el objetivo del sistema, cuando está en uso con esta tubería particular de presión ultraalta, asegurar que la temperatura de la superficie exterior de la tubería no exceda 232.2°C. En una modalidad alternativa, como se ¡lustra en la figura 3, se calienta el fluido a presión ultraalta, conforme fluye a través de la tubería de presión ultraalta 11 , usando calentamiento por resistencia. Más particularmente, como se ilustra en la figura 3, se colocan los electrodos 23 sobre una superficie exterior de la tubería de presión ultraalta 11 y se conectan a una fuente de corriente. Haciendo pasar una corriente grande a través de la tubería 11 , la sección transversal entera se convierte efectivamente en fuente de calor. Para eliminar el riesgo de choque eléctrico, se usa una corriente alta de voltaje bajo, por ejemplo 16 volts y 3000 amperes para proveer un sistema de calentamiento de 48 kW. Colocando un electrodo positivo en el centro de la tubería y un terminal negativo conectado a tierra en cualquiera de sus dos lados, se reduce además el riesgo de choque eléctrico. Se pueden usar transformadores convencionales para proveer el nivel deseado de corriente. En una modalidad preferida, como se ilustra en la figura 4, está provista una pluralidad de bloques 12 a lo largo del tramo de la tubería de presión ultraalta 11. Cada bloque 12 tiene una construcción y una operación, como se describe anteriormente. Se puede seleccionar el número y el diseño exactos del número de bloques, con base en la aplicación particular. En una modalidad preferida, se montan los bloques 12 en una caja 21 provistas de aislante 22.

En operación, por lo tanto, se somete a presión un volumen de fluido, por ejemplo mediante una bomba de presión ultraalta 24, mostrada esquemáticamente en la figura 4. Las bombas de presión ultraalta son obtenibles comercialmente, por ejemplo de Flow International Corporation, el cesionario de la presente invención. Conforme el fluido sometido a presión fluye a través de la tubería de presión ultraalta 11 , pasa través de la pluralidad de bloques térmicamente conductores 12, en que se ha activado la fuente de calentamiento o enfriamiento. Para cuando el fluido a presión ultraalta llega a la salida 26 de la tubería de presión ultraalta 11, el mismo está a una temperatura deseada. Se entenderá que se puede descargar el fluido a presión ultraalta a una temperatura seleccionada, a cualquier sistema obtenible comercialmente para formar un chorro de fluido a presión ultraalta, por ejemplo los fabricados por Flow International Corporation. Dependiendo de la aplicación, se puede usar el chorro de fluido a presión ultraalta a una temperatura seleccionada, para cortar o limpiar y puede arrastrar además materiales abrasivos, dependiendo de la aplicación deseada. Alternativamente, se puede descargar el fluido a presión ultraalta a una temperatura seleccionada, a una vasija de presión para someter a presión una sustancia contenida en la vasija de presión. Como se describe y reclama en una solicitud copendiente de patente titulada "Method and Apparatus for High-Pressure Treatment of Substances Under Controlled Temperature Conditions", ("Método y Aparato para el Tratamiento a Presión Alta de Sustancias bajo condiciones Controladas de temperatura") No. de serie , puede ser conveniente tratar a presión sustancias, tales como alimento, con un medio calentado a presión. Esta solicitud copendiente es propiedad de Flow International Corporation, el cesionario de la presente invención, y se incorpora la solicitud por referencia a la presente solicitud. Como se describe previamente, en una modalidad preferida, se mide la temperatura de uno o más de la tubería de presión ultraalta 11 , los bloques térmicamente conductores 12 o el fluido sometido a presión, y se ajusta a la temperatura de la fuente de calentamiento o enfriamiento, según se necesite, para aumentar o reducir la temperatura del fluido a presión ultraalta. En una modalidad preferida, se calientan o enfrían los bloques térmicamente conductores a una temperatura seleccionada que se determinan en función de la velocidad de flujo del fluido sometido a presión a través de la tubería de presión ultraalta 11 y el cambio deseado de temperatura del fluido a presión ultraalta. Por ejemplo, en el sistema ilustrado en la figura 4, se usa un suministro de energía eléctrica trifásica, de tal manera que 18 bloques térmicamente conductores y dos espacios en blanco quedan dispuestos en una rejilla. Extrapolando datos de prueba obtenidos de un sistema de cuatro bloques, los solicitantes creen que la elevación de temperatura del fluido a presión ultraalta puede quedar definida por la ecuación siguiente: Elevación de temperatura =(-0.36 + 41 )g + 0.86S - 102 en que la B es la temperatura de bloque en grados Celsius y q es la velocidad de flujo a través de la tubería de presión ultraalta, de presión ultraalta, en litros por minutos. Se entenderá que el sistema mostrado en la figura 4 y la ecuación anterior son meramente ilustrativos de numerosos sistemas que pueden estar configurados de acuerdo con la presente invención y un ensamble puede estar configurado de acuerdo con la presente invención, usando cualquier número de bloques. De lo anterior se apreciará que, aunque se han descrito en la presente modalidades específicas de la invención con propósitos de ilustración, se pueden hacer varias modificaciones sin desviarse del espíritu y el alcance de la invención. Por consiguiente, la invención no está limitada, excepto por las reivindicaciones anexadas.

Claims

NOVEDAD DE LA INVENCION REIVINDICACIONES

1.- Un aparato para cambiar la temperatura de un fluido sometido a presión en una tubería de presión ultraalta, caracterizado porque comprende: un bloque que es térmicamente conductor y que está provisto de un primer barreno a través del cual pasa un tramo de tubería de presión ultraalta, estando provisto el bloque de un segundo barreno que contiene una fuente de calentamiento o enfriamiento.

2. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque un calentador de cartucho está posicionado en el segundo barreno.

3. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque se hace circular fluido a una temperatura seleccionada a través del segundo barreno.

4. - El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque comprende adicionalmente acoplado a uno o más del bloque, el tramo de tubería de presión ultraalta y el fluido sometido a presión.

5. - El aparato de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado además porque el sensor de temperatura está acoplado a un ? * circuito de control de retroalimentación para regular la temperatura de la fuente de calentamiento o enfriamiento.

6.- El aparato de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el bloque está hecho de aluminio. 5

7.- Un aparato para cambiar la temperatura de un fluido sometido a presión en tubería de presión ultraalta, caracterizado porque comprende: un tramo de tubería de presión ultraalta en comunicación de fluidos con una fuente de fluido sometido a presión, y volumen de fluido sometido a presión, al cual se le permite selectivamente fluir a través de la tubería de presión 10 ultraalta; y una pluralidad de bloques térmicamente conductores posicionados a lo largo del tramo de tubería de presión ultraalta, teniendo cada bloque térmicamente conductor un primer barreno al través del cual se extiende la tubería de presión ultraalta y un segundo barreno que contiene una fuente de calentamiento o enfriamiento. 15

8.- El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque un calentador de cartucho está posicionado en el segundo barreno de cada bloque térmicamente conductor.

9. - El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque se hace circular el fluido a una temperatura 20 seleccionada a través del segundo barreno de cada bloque térmicamente conductor.

10. - El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque comprende adicionalmente un sensor de temperatura posicionado para detectar la temperatura de uno o más de los bloques, la tubería de presión ultraalta y el fluido sometido a presión, estando acoplado el sensor de temperatura a un circuito de control de retroalimentación. 1 1 .- El aparato de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado además porque una cantidad de material aislante está posicionada adyacentemente a los bloques térmicamente conductores. 12 - Un aparato para cambiar la temperatura de un fluido sometido a presión en tubería de presión ultraalta, caracterizado porque comprende: un tramo de tubería de presión ultraalta en comunicación de fluidos con una fuente de fluido sometido a presión, y volumen de fluido sometido a presión, al cual se le permite selectivamente fluir a través de la tubería de presión ultraalta; y una pluralidad de electrodos acopados a una superficie exterior de al tubería y a una fuente de corriente. 13.- Un método para cambiar la temperatura de fluido sometido a presión en tubería de presión ultraalta, caracterizado porque comprende: hacer pasar un tramo de tubería de presión ultraalta a través de una pluralidad de bloques térmicamente conductores; activar una fuente de calentamiento o enfriamiento en los bloques térmicamente conductores; y permitir que el fluido sometido a presión fluya a través de la tubería de presión ultraalta. 14.- El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque comprende adicionalmente: medir la temperatura de uno o más de los bloque térmicamente conductores, la tubería de presión ultraalta o el fluido sometido a presión; y ajustar la temperatura de la fuente de calentamiento o enfriamiento en los bloques térmicamente conductores, según se necesite, para aumentar o reducir la temperatura del fluido a presión ultraalta. 15.- El método de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado además porque comprende adicionalmente calentar o enfriar los bloques térmicamente conductores a una temperatura seleccionada, determinada en función de la velocidad de flujo del fluido sometido a presión a través de la tubería de presión ultraalta y el cambio deseado de temperatura del fluido a presión ultraalta. 16.- Un ensamble de presión ultraalta, caracterizado porque comprende: una bomba de presión ultraalta acoplada a una fuente de fluido que es operacional para general fluido a presión ultraalta; un tramo de tubería de presión ultraalta acoplado a una bomba de presión ultraalta, un volumen de fluido a presión ultraalta, al cual se le permite selectivamente fluir a través de la tubería de presión ultraalta a una salida de la tubería de presión ultraalta; y una pluralidad de bloques térmicamente conductores posicionados a lo largo del tramo de la tubería de presión ultraalta, teniendo cada bloque térmicamente conductor un primer barreno a través del cual se extiende a la tubería de presión ultraalta y un segundo barreno que contiene una fuente de calentamiento o enfriamiento. h 17. - El ensamble de conformidad con la reivindicación 16, caracterizado además porque comprende adicionalmente una boquilla en comunicación de fluidos con la salida de la tubería de presión ultraalta. 18. - Un método de cortar o limpiar con un chorro de fluido a 5 presión ultraalta, caracterizado porque comprende: someter a presión un volumen de fluido con una bomba de presión ultraalta para generar volumen de fluido a presión ultraalta; descargar el fluido a presión ultraalta de la bomba de presión ultraalta a la tubería de presión ultraalta; hacer pasar la tubería de presión ultraalta a través de uno o más bloques térmicamente conductores; 10 activar una fuente de calentamiento o enfriamiento en los bloques térmicamente conductores, cambiando así la temperatura del fluido a presión ultraalta en la tubería de presión ultraalta a una temperatura deseada; descargar el fluido a presión ultraalta a la temperatura deseada a través de una boquilla para formar un chorro de fluido a presión ultraalta. 15 19.- Un método de someter a presión el contenido de una vasija de presión con fluido a presión ultraalta a una temperatura seleccionada, caracterizado porque comprende: someter a presión un volumen de fluido con una bomba de presión ultraalta para generar un volumen de fluido a presión ultraalta; descargar el fluido a presión ultraalta de la bomba de presión 20 ultraalta a la tubería de presión ultraalta; hacer pasar la tubería de presión ultraalta a través de uno o más bloques térmicamente conductores; activar una fuente de calentamiento o enfriamiento en los bloques térmicamente conductores, cambiando así la temperatura del fluido a presión ultraalta en la tubería de presión ultraalta a una temperatura deseada; y descargar el fluido presión ultraalta a la temperatura deseada a una vasija de presión.