SEPARADOR MICROMÉTRICO LONGITUDINAL PARA CLASIFICAR MATERIALES DE PARTICULADO SÓLIDO
Campo del Invento La presente invención se refiere a un separador micrométrico para la clasificación de mezclas de materiales de particulado sólido, en donde un flujo de fluido, preferentemente aire, tiene la función de transportar el material de particulado, induciéndolo a deslizarse a lo largo de paredes de retención adecuadas, de tal forma, que tomando en cuenta las diferentes propiedades físicas de las partículas, ocurre una separación de las mismas de acuerdo con el tamaño de partícula. Esta separación de tamaño de partícula (es decir la separación granulométrica), es de particular importancia en el campo de sustancias orgánicas en polvo, debido a que permite que las mezclas de materiales se obtengan con un tamaño de partícula específico (granulometría), que tengan características organolépticas que puedan decidirse a priori durante el curso de la clasificación. También dentro del contexto de las mezclas de materiales inorgánicos, la separación de mezclas con un tamaño de partícula homogéneo es de gran importancia, por ejemplo en el campo de materiales para el sector de la construcción.
Antecedentes del Invento Entre los diversos tipos de clasificadores micrométricos, los separadores neumáticos, es decir, unos con flujo de fluido a presión para la extracción a lo largo del material (entrada), son utilizados comúnmente tanto tomando en cuenta su eficiencia, como tomando en cuenta la relativa simplicidad de uso. Dentro del contexto de los separadores neumáticos antes mencionados, se conocen los clasificadores de material de particulado, ya que están elaborados de una pluralidad de aparatos de ciclón ajustados en serie, en donde la mezcla de los materiales se introduce en un contenedor que tiene la forma de un cono truncado con un eje vertical (ciclón), normalmente en una dirección tangencial a las paredes laterales de éste último, para obtener de este modo un flujo vertical centrífugo del material que será separado. Las partículas, las cuales son inducidas en su movimiento circular para deslizarse a lo largo de las paredes laterales del contenedor, se someten substancialmente a la fuerza centrífuga que resulta del flujo de aire de transportación, a la fuerza de fricción en una dirección opuesta a la fuerza centrífuga, la cual se desarrolla en la interacción del material con las paredes del propio contenedor, y a la fuerza de gravedad. Dentro del ciclón también se encuentra un flujo de aire ascendente, el cual se desarrolla en el eje vertical del
propio ciclón. La energía cinética diferente, en virtud de las fuerzas antes mencionadas, cuyas partículas con una densidad y tamaño de partículas diferentes poseen aproximadamente una separación del material dentro del ciclón, mediante lo cual las partículas de peso grande tienden a caer a lo largo de las paredes y a depositarse en una tolva de recolección, la cual se ajusta en la base del contenedor, teniendo el contenedor la forma de un cono truncado, mientras que las partículas más finas, las cuales son de poco peso, tienden a ser extraídas por el flujo de aire a presión hacía una tubería de salida del propio ciclón, la cual normalmente es de ayuda. La geometría del contenedor que tiene la forma de un cono truncado y la cantidad de flujo de aire de extracción, determina la separación las partículas que tienen tamaños de partículas diferentes (por ejemplo, granulometría). Por lo tanto, al usar ciclones en serie que presentan diferentes características y posiblemente diversas características de flujo, se obtiene una clasificación progresiva de las partículas. Los separadores anteriores, a pesar de una construcción simple, tienen dimensiones generales grandes, tienden a estar sujetas a desgaste y están lejos de ser sensibles a la granulometría del material más fino. Con la ayuda de la creciente eficiencia de clasificación
de los separadores centrífugos (separadores de ciclón) con la introducción tangencial de la materia de particulado, se han propuesto aparatos de separación centrífuga, en los cuales el material de particulado se introduce en forma axial dentro de un contenedor cilindrico con un eje longitudinal para depositarse en un disco, el cual está formado y perforado de manera adecuada y el cual está separado mediante aberturas de las paredes del cilindro y es atravesado por un flujo de aire a presión. La energía cinética ejercida en las partículas y las trayectorias a lo largo de las cuales se forza este último para moverse, determinan la separación de la materia de particulado de tamaño diferente. El tipo de separador neumático anterior, el cual se describe por ejemplo en la Patente Europea No. EP 0.128.392 B1 a nombre del solicitante de la presente invención, logra una alta eficiencia de separación, pero es estructuralmente complejo y de construcción difícil. Además, puede estar sujeto a desgaste y a aglomeración del material que ser clasificado. Sumario del Invento Un propósito de la presente invención, es proporcionar un separador para la clasificación de materiales de particulado sólido, el cual es extremadamente eficiente con respecto a la separación granulométrica, y al mismo tiempo, es de construcción simple.
Otro propósito de la presente invención, es proporcionar un separador de clasificación de materia de particulado que no está sujeto a aglomeración del material durante el uso, y el cual puede ser regulado en forma simple y precisa. Un propósito de la presente invención, también es obtener un sistema o planta para la clasificación de materiales de particulado sólido que sea de construcción simple, tenga alta sensibilidad a los tamaños de partícula más fina (granulometría) del particulado y se le pueda dar mantenimiento en forma fácil. Un propósito adicional de la presente invención, es proporcionar un método para la separación de materiales de particulado, el cual es particularmente fácil de implementar y presenta una mayor efectividad de clasificación. Los propósitos anteriores así como otros se logran mediante el separador micrométrico para la separación de materiales de particulado sólido de acuerdo con las reivindicaciones de la 1 a la 14, a través del sistema para la separación de materiales de particulado sólido de conformidad con las reivindicaciones de la 1 a la 18, y a través del método de acuerdo con las reivindicaciones de la 19 a la 24. El separador micrométrico para la clasificación de materiales de particulado sólido de acuerdo con la presente invención, comprende un estuche externo que tiene una abertura de entrada de flujo y una abertura de salida de flujo
para el material que será separado, el cual es transportado por un flujo de fluido a presión, una cámara de recolección en la parte del fondo que tiene por ejemplo una válvula giratoria para la descarga del material, así como un soporte de deslizamiento para el material de particulado. El soporte de deslizamiento se extiende substancialmente a lo largo del eje longitudinal de extracción (entrada) del material y comprende al menos una primera pared inclinada, que descansa en un plano paralelo hacia el eje de extracción, y en al menos un canal de caída con un eje paralelo al eje de extracción y conectado a un extremo lateral de la misma pared inclinada. El otro extremo lateral de la primera pared inclinada se ajusta a una distancia de las paredes internas del estuche, para formar una abertura para la conexión con la cámara de recolección. De acuerdo con una característica de la preferida de la presente invención, el separador micrométrico está equipado con una segunda pared inclinada, la cual descansa en un plano paralelo al eje de extracción y es incidente a la primera pared. La segunda pared inclinada está separada en forma adicional a la primera pared inclinada mediante el canal de caída antes mencionado. En particular, el canal de caída se conecta, en los lados opuestos, respectivamente, a un extremo lateral de la primera pared inclinada y a un extremo lateral de la segunda pared
inclinada. Los otros extremos laterales de la primera y segunda paredes inclinadas se ajustan a una distancia adecuada de las superficies internas del estuche, para formar al menos dos aberturas (es decir, espacios de aire) de conexión con la cámara de recolección que se encuentra en la parte del fondo. En una modalidad preferida del separador de acuerdo con la presente invención, el estuche del separador comprende una o más boquillas laterales para la entrada de aire secundario, las cuales cubren el soporte de deslizamiento. Las boquillas laterales pueden controlarse mediante reguladores de flujo adecuados. El sistema para la separación de materiales de particulado sólido de acuerdo con la presente invención, comprende al menos un aparato de micronización conectado en forma operativa a la corriente ascendente de uno o más separadores de clasificación del tipo antes descrito. En una modalidad preferida del sistema de acuerdo con la presente invención, éste comprende una pluralidad de separadores del tipo ajustado en series antes descrito, y medios para la generación de un flujo de aire a presión, en succión o compresión. Breve Descripción de los Dibujos A continuación se describen algunas modalidades preferidas de la presente invención, las cuales se
proporcionan meramente a manera de ejemplo sin limitación, con referencia a las figuras adjuntas, en las cuales: La figura 1, es una revisión general en esquema de un sistema para la clasificación de materiales de particulado sólido de acuerdo con una característica en particular de la presente invención; La figura 2, es una vista lateral en corte de dos separadores ajustados en serie, de acuerdo con un aspecto preferencial de la presente invención; La figura 3, es una vista frontal de sección transversal de uno de los separadores ilustrados en la figura 2; La figura 4, es una vista superior de los separadores de la figura 2; La figura 5, es una vista frontal de sección transversal de un soporte de deslizamiento ajustado dentro de un separador, de acuerdo con una modalidad preferencial de la presente invención; La figura 6, es una vista de sección transversal esquemática de un separador de acuerdo con un aspecto preferencial de la presente invención; La figura 7, es una representación frontal de un soporte de deslizamiento de acuerdo con la presente invención, en el cual se indica un diagrama de operación del separador; La figura 8, es una vista frontal de sección transversal parcial de una modalidad particular adicional de la presente
invención; y La figura 9, es un diagrama de bloque que presenta un método para la separación de materiales de particulado sólido, de acuerdo con un aspecto preferencial de la presente invención. Descripción Detallada del Invento Haciendo referencia inicialmente a la figura 1, el sistema para la separación de materiales de particulado sólido, de acuerdo con un aspecto preferencial de la presente invención, comprende un micronizador 1 alimentado mediante un transportador de tornillo 2, dos separadores de clasificación 3, 4 ajustados en la corriente descendente del micronizador 1 y en serie con respecto uno del otro, medios de filtración 7 conectados a la tubería de salida de flujo de los separadores 3, 4 y un aparato de succión 8. Los dos separadores 3, 4 se ajustan en comunicación de fluidos recíproca debido a un conector 5, y tienen cada uno, en su parte del fondo, una válvula de descarga giratoria 6a, 6b, por ejemplo de tipo estrella. Los medios de succión 8 están diseñados además para generar un flujo de aire a presión en succión, y pueden estar equipados con medios 101 para regular el flujo de aire generado. El material que será clasificado se envía de este modo, al micronizador 1 haciendo uso del transportador de tornillo de alimentación 2, en el cual se muele hasta que asume la
forma de materia de particulado. Desde el micronizador 1, la materia de particulado se introduce en la batería del separador 3, 4, en donde con la ayuda del flujo de aire a presión generado en succión por el aparato 8, se extrae en forma longitudinal hacia los separadores 3, 4. Durante el paso a través de los separadores 3, 4, el material se separa de acuerdo con su tamaño de partícula, obteniendo de este modo, a la salida de las válvulas de descarga 6a, 6b, mezclas de material con tamaños de partículas substancialmente homogéneos. En particular, tal como quedará claro a continuación, a partir de un análisis de la operación de los separadores, en la válvula de descarga 6a se encontrará depositado un material con tamaño de partícula más grande, mientras que en la válvula 6b se obtendrá un material con tamaño de partícula más fino. La extracción de flujo de aire en la salida de la batería de separadores 3, 4, se introduce posteriormente en los medios de filtración 7, y posteriormente, una vez purificado, se descarga en la corriente descendente hacia la atmósfera del aparato de succión 8. El número de separadores 3, 4, los cuales están conectados en serie dentro del sistema, puede variar de acuerdo con las especificaciones del producto, es decir, de acuerdo con los diferentes tamaños de partícula que se pretenden obtener del sistema, y de igual forma el aparato
de succión 8 puede ser reemplazado también por un compresor ajustado en la corriente ascendente de los separadores 3, 4, sin modificar de este modo la capacidad de separación del sistema. En otras modalidades, el sistema puede estar equipado con separadores de ciclón tradicionales y separadores longitudinales 3 ó 4, y también el flujo de fluido a presión puede ser un gas inerte (por ejemplo nitrógeno). Con referencia a las figuras 5 y 6, a continuación se describirá un separador 103, similar a los separadores 3,4 de la figura 1, de acuerdo con un aspecto preferencial de la presente invención. El separador 103 comprende un estuche externo 104 que tiene una abertura de entrada de flujo 9 y una abertura de salida de flujo 25, a través de las cuales pasa el material de particulado que viene por ejemplo de un micronizador, transportado por un flujo de aire a presión en la dirección de un eje longitudinal A-A en la dirección indicada mediante las flechas de la figura 6. Dentro del estuche 24, se encuentra un soporte de deslizamiento 10 para el material de particulado, y una cámara de recolección 11, identificada debajo del soporte 10 en relación con una válvula giratoria 6. En particular, el soporte de deslizamiento 10 se extiende en una dirección paralela al eje de extracción longitudinal A-A (por ejemplo, entrada), para no obstruir el flujo de aire a presión, el cual transporta el material de particulado.
El estuche 24 puede tener de igual manera boquillas - u orificios - laterales 12 para la introducción de un flujo de aire secundario, que viene del ambiente externo hacia el estuche 24, siendo controladas posiblemente las boquillas 12 mediante aparatos de regulación para ajustar el flujo de entrada (no ilustrados). Tal como se ilustra con mayor detalle en la figura 5, el soporte de deslizamiento 10 comprende dos paredes inclinadas 15, 16, las cuales descansan en planos de incidencia mutua en forma paralela al eje de extracción A-A. Las dos paredes 15, 16 están separadas entre sí por un canal de caída 17 (o canal de descenso), el cual, en la modalidad ilustrada, se conecta en lados opuestos a las dos paredes 15, 16 en sus extremos laterales superiores. Los otros extremos de las dos paredes 15, 16, ajustados a una altura inferior, se ajustan más bien a una distancia de las paredes adyacentes del estuche 24 mediante aberturas (es decir, espacios de aire) 19 y 20, respectivamente. Las aberturas 19, 20 permiten el paso del material de las paredes 15, 16 hacia la cámara de recolección 11. El eje de recolección longitudinal A-A, el cual en la modalidad ilustrada es horizontal, pasa además en forma substancial en una posición central dentro de la cavidad definida por el canal 17, y más en particular el eje A-A está equidistante de ambas de las paredes inclinadas 15, 16. Esto
se obtiene, en particular, conectando la abertura de salida de flujo 25 del separador 103 con el canal de caída 17. El soporte 10 está restringido por medio del encaje, por ejemplo soldadura, para el estuche 24 del separador 103 de la sección trasera de las paredes 15 y 16 con el propio estuche 24. En esta forma, las paredes 15 y 16 no están conectadas en forma geométrica a la abertura de salida de flujo 25 y únicamente el material que ha caído dentro del canal 17 puede abandonar el separador 103 a través de la abertura 25. En la modalidad particular mostrada en la figura 5, las paredes inclinadas 15, 16 tienen, en sus extremos encajados con el canal 17, partes 22, 23, que se extienden una hacia la otra más allá del borde del propio canal 17. Tal como se puede apreciar, esto tiene la función de evitar que el material que se ha precipitado dentro del canal 17 sea empujado nuevamente contra las superficies superiores de las paredes 15 y 16, tomando en cuenta los vórtices. El soporte 10, puede estar elaborado de una sección de metal fundido con troquel, y las superficies superiores, o superficies de depósito de las paredes inclinadas 15, 16 pueden estar pulidas de manera conveniente con el objeto de garantizar un acabado superior de la superficie que evite fallas o interrupciones en el deslizamiento del material, y de este modo permita una separación óptima de la materia de
particulado. Las figura 2 y 4 son ilustraciones esquemáticas del grupo de separadores 3, 4 del sistema representado en la figura 1. El grupo de separadores 3, 4 tiene una tubería 9 para la introducción del flujo de fluido dentro del separador 3 y una tubería 14 para la salida del flujo del separador 4. Los dos separadores 3, 4 están conectados en forma adicional juntos a través de un conector 5, el cual, tal como se puede apreciar en la figura 5, comprende un panel de división 21 y un canal 18, el cual tiene el propósito de conectar el fluido de la abertura de salida de flujo (no ilustrada) del separador ajustado en la corriente ascendente 3, con la abertura de entrada de flujo (no ilustrada) del separador ajustado en la corriente descendente 4. Ya que, tal como se describió anteriormente, las aberturas de salida de flujo y entrada de flujo de los separadores 3 y 4 están localizadas a diferentes alturas, el canal 18 se orienta hacia arriba, tal como se puede apreciar en la figura 2. Dentro de cada separador 3, 4 se ajusta un soporte 10a, 10b, para deslizar el material de particulado, extendiéndose el soporte en forma paralela a la dirección A-A de la extracción del flujo de aire a presión. Debajo del soporte existen aberturas de la cámara de recolección 11a, 11b, las cuales, a su vez, convergen hacia una válvula giratoria 6a, 6b. Las válvulas giratorias 6a, 6b de los separadores 3, 4
pueden ser operadas por un mismo motor 13. El estuche de los separadores 3, 4 puede estar equipado con boquillas 12a, 12b para la introducción de un flujo de aire secundario, tomado del ambiente externo fuera del estuche, siendo 5 controladas las boquillas 12a, 12b posiblemente por los reguladores de flujo (no mostrados). Cada soporte 10a, 10b, en forma similar a lo que se ha descrito anteriormente con relación a las figuras 5 y 6, comprende una primera pared inclinada 15a, 15b, la cual
descansa en un plano paralelo al eje de extracción longitudinal A-A, una segunda pared inclinada 16a, 16b que descansa en un plano paralelo al eje de extracción A-A, en forma incidente al plano de la primera pared inclinada 15a, 15b, y un canal 17 a, 17b, ajustado entre las dos paredes
15a, 16a, y 15b, 16b. En particular, el canal 17a, 17b está conectado en lados opuestos, a los extremos laterales superiores, es decir, a un mayor nivel, de las paredes 15a, 16a, y 15b, 16b. En un nivel inferior, los otros extremos laterales de las paredes 15a, 16a, 15b y 16b están ajustados 0 a una distancia de las superficies adyacentes del estuche del separador 3, 4, de tal forma que entre todo el soporte 10a, 10b y las superficies internas del separador 3, 4, existen dos aberturas 19a, 20a, y 19b, 20b, a través de las cuales puede pasar el material hacia su recorrido en la cámara de 5 recolección 11a, 11b.
En otras modalidades, las cuales son menos eficientes pero de construcción simple, tal como la que se ilustra en la figura 8, el soporte 210, dentro de un separador 203, puede comprender una sola pared inclinada 215, la cual tiene su extremo lateral superior conectado a un canal 217. El canal 217, en una forma similar a la pared inclinada 215, se extiende en forma paralela al eje de extracción longitudinal A-A del flujo de fluido a presión y une una superficie interna del separador 203 con la pared inclinada 215. El extremo lateral de la pared 215 que no está encajado con el canal 17, está ajustado en forma adicional a una distancia de la superficie interna adyacente del propio separador 203, formando de este modo, una abertura 219 para la conexión a la cámara de recolección 211. La operación del separador de acuerdo con la presente invención, se describe a continuación con referencia a las figuras 1 , 5, 6 y 7. El material de particulado es introducido, por medio de la abertura de entrada de flujo 9, dentro del separador 103 y es extraído por el flujo de fluido generado por el aparato de succión 8. Con mayor detalle, a partir de la abertura 9, ajustada arriba del soporte 10 se deposita el material, tomando en cuenta la corriente de succión, en las superficies superiores (deposición) de las paredes 15, 16. Aquí, el material de particulado es extraído para que se deslice en la
dirección longitudinal A-A, a lo largo de las paredes 15 y 16, en donde, debido a la inclinación de las propias paredes y al tamaño de flujo de succión y también debido al ajuste central del eje de extracción A-A del flujo de fluido, las partículas que tienen peso y tamaño de partícula menor (es decir, granulometría), tienden a alcanzar la parte superior de las paredes 15 y 16, y de ahí, hasta la caída dentro del canal de caída 17, tal como se indica con las flechas L. El ajuste del eje A-A, dentro del canal 17 favorece la translación de las partículas de tamaño de partícula más fino hacia el borde superior de las paredes 15, 16. Las partículas con peso mayor y tamaño de partícula mayor, tienden más bien a alcanzar el borde en la altura inferior de las paredes 15, 16, y de ahí, hasta la caída por gravedad dentro de la cámara de recolección 11 a través de las aberturas 19, 20 que se encuentran, tal como se indica con las flechas P. Tal como se describió anteriormente, ya que las paredes 15, 16 están conectadas en una dirección longitudinal al estuche 24, únicamente el material con tamaño de partícula más fina, el cual ha caído dentro del canal 17, puede fluir a través de la abertura de salida de flujo 25, en tanto que el material con tamaño de partícula más grande, el cual ha caído dentro de la cámara de recolección 11, se descarga a través de la válvula 6 que se encuentra dentro de la parte
inferior del separador 103. En el caso en donde el separador 103 tiene boquillas 12 para la introducción de un flujo de aire secundario, este flujo secundario, extraído del ambiente externo y que tiene una dirección substancialmente transversal al eje longitudinal A-A, tomando en cuenta el flujo a presión que actúa a lo largo de A-A, genera vórtices S (ver figura 7), lo cual puede facilitar la clasificación de las partículas, acelerando el proceso de caída del material que se desliza a lo largo de las paredes 15, 16, ya sea hacia el canal 17 o hacia la cámara de recolección 11. De acuerdo con un aspecto preferido de la presente invención, si el sistema comprende una pluralidad de separadores ajustados en serie, puede apreciarse inmediatamente como es posible obtener fácilmente una separación fraccionada de tamaños de partícula cada vez más finos conforme se alcanzan los separadores ajustados en la corriente descendiente del micronizador. De hecho, el material con tamaño de partícula más fino que sale de la abertura de salida de flujo de un separador ajustado en la corriente ascendente, se introduce dentro de un separador ajustado en la corriente descendente, en donde pasa por un refinado adicional, y de ahí, el material con tamaño de partícula incluso más fino, puede ser introducido dentro de un separador adicional, y así sucesi amente.
A partir de lo que se ha podido apreciar anteriormente, queda claro que la variación del flujo de fluido para transportar el material, la inclinación de las paredes del soporte Inclinadas, la presencia o de otra manera el flujo de aire secundario procedente del ambiente externo, y también la estructura del separador, pueden influenciar todas en la capacidad y efectividad de la clasificación del separador, y por lo tanto, del sistema en general. Además, la simplicidad estructural de los separadores de acuerdo con la presente invención, vuelve su construcción no excesivamente difícil, y también se ha observado que esto conduce a una posibilidad reducida de obstrucción del material dentro de los separadores, y por lo tanto una necesidad de mantenimiento reducida. Haciendo referencia ahora a la figura 9, la cual se describe por medio de un diagrama de bloque de un método de separación preferencial de acuerdo con la presente invención, a continuación se presentan los pasos considerados para la separación de materiales de particulado con diferentes tamaños de partícula: - paso 1: el material de particulado, mezcla de partículas que tienen diferentes tamaños y pesos, se depositan en un soporte de deslizamiento, tal como el que se describe con referencia a la figura 5, extendiéndose a lo largo de un eje de extracción
longitudinal A-A y que tiene dos paredes inclinadas 15, 16, las cuales están separadas por un canal de caída (descenso) 17 y están conectadas, en sus extremos no encajados con el canal 17, a la cámara de recolección 11 ; - paso 2: generación de un flujo de fluido a presión dirigido sustanciaimente en la dirección del eje longitudinal A-A del soporte 10; paso 3: extracción del material del particulado a lo largo del soporte 10, debido al flujo del fluido a presión a lo largo del eje A-A; paso 4: recolección del material, con tamaños de partícula más grande, depositado en la cámara de recolección 11. El material depositado en el canal de caída 17, puede ser recolectado directamente, o pasar además por un ciclo de separación adicional (paso 5) a través de la repetición de los pasos del 1 al 4 antes mencionados. En una modalidad preferida del método de acuerdo con la presente invención, el eje de extracción longitudinal A-A se extiende sustanciaimente dentro de la cavidad definida por el canal de caída 17, y pueden proporcionarse flujos de fluido secundarios, los cuales tienen una dirección transversal al eje de extracción A-A, para generar vórtices laterales, tal como se describió anteriormente con relación a la operación
del separador.