WO2003059500A1 - Mezcladora-secadora-reactor por microondas para uso industrial - Google Patents

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WO2003059500A1
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Definitions

  • Microwave mixer-dryer-reactor for industrial use designed for mixing all types of products, solids with solids, solids with liquids and solids with very viscous fluids, in addition to mixing the products the subsequent drying as well as the start of a reaction when required by means of a massive microwave discharge from a generator specially coupled to the axis of the machine, being possible to use only one of the functions or any combination of them.
  • horizontal and vertical mixers generally composed of a cylindrical chamber in which the products to be mixed are deposited.
  • a shaft is passed through the center of said chamber, which can be fitted with blades, or which may have an endless screw shape, among other different construction arrangements, depending on the characteristics of the product to be mixed.
  • Said shaft is coupled to a motor, which, when rotated, causes the shaft to mix the product.
  • Said cylindrical chamber usually has two zones or double jacket, one in which the products to be mixed are deposited and another outside the first one through which a hot or cold liquid is generally passed depending on whether the products are to be heated or cooled to Mix.
  • the drying process is based on the elimination of water or other liquids that carry the products.
  • various mechanical processes have been developed, by means of hot air etc., as well as electrical processes, for example, by microwave or radio frequency.
  • electrical processes for example, by microwave or radio frequency.
  • the third process, or start of the reaction is achieved by controlling the temperature of the mixture through the control of microwave power.
  • a double chamber mixer-dryer it is achieved by passing more or less liquid through the second chamber, thus heating the mixture to the temperature necessary for its reaction.
  • the reaction is started by adjusting the power and frequency of the microwaves thereby increasing the temperature of the mixture for its reaction and intensifying the interaction of the microwaves with the matter;
  • the action of the reagents is influenced by the microwave emission frequency, which frequency may vary throughout the microwave range.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) Perform mixing, microwave drying and the initiation of chemical reactions together in a single continuous or discontinuous process, being the unification of the three processes in one which makes this invention novel.
  • the present invention relates to a machine whose mission is to unify within a single production process the processes that until now were carried out separately, which are the mixing of the products, the drying by means of a microwave generator and the start of a reaction when the product requires it, thus reducing production costs by decreasing the handling of the products, increasing the quality of them by better mixing, avoiding contamination when the whole process occurs in a single machine, reducing costs of cleaning materials and labor and also avoid environmental pollution, being able to do all three processes continuously or discontinuously.
  • a machine has been built that has all the mechanisms of the conventional mixers adding all the necessary elements to be able to carry out the drying and the start of the reaction thanks to the incorporation of a microwave generator and the modifications made in the mixing axis, on which the mixing paddles are held, for the conduction of the generated microwaves. Furthermore, said machine is equipped with all the necessary safety systems to avoid possible accidents due to microwave dispersion.
  • the machine of the invention has a bench or support of the machine in which the main motor is mounted, whose power will depend on the mass and physical properties of the product to be mixed;
  • a clutch is mounted to said motor and it is coupled to a reducer also designed for the efforts to be made.
  • An elastic coupling is mounted between the reducer and the mixing shaft, all of which constitutes the driving and traction group of the mixing shaft.
  • the mixing drum Coupled to said bed and centered with the mixing shaft, is the mixing drum, in a horizontal cylindrical shape, with double jacket and made of steel of different qualities according to the requirements of the process.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26 Mixing is loaded through a loading nozzle located at the top of the mixing drum, and a liquid can be passed through the double jacket to cool or heat the mixture.
  • this mixing drum has in its lower part a discharge mouth for the unloading of the product, an inspection door, suitably located in the drum, a system for the eventual addition of liquids to the mixture and a mouth aeration for aeration of the mixture.
  • All the elements coupled to the mixing drum such as the loading and unloading mouths, have gates or valves with a safety system that means that in the event that during the process any of them were opened, it would immediately stop Microwave generator leaving the process automatically interrupted and not allowing microwave dispersion in any case.
  • One of the main elements of the machine object of the invention is the mixing shaft, coupled on one side to the gearbox and on the other side supported at the end of the mixing drum. This is the element in which the maximum efforts are generated since by means of the mixing paddles that it has attached it must mix all the products inside the mixing drum.
  • one or more mixing intensifiers are placed, formed by blades mounted on a shaft that is driven by a motor through an elastic coupling, and which are mounted on the sides of the drum leaving said blades inside said drum and in contact with the product.
  • the mixing shaft has been designed so that it is hollow inside and with holes that radially pierce its surface exterior, of varying sizes, arranged with a regular distribution along the axis and with circular or rectangular shapes.
  • This hollow shaft is open at one of its ends to allow microwave entry and closed at the opposite end to prevent such microwaves from unduly dispersing.
  • a microwave generating apparatus mounted on the open end of the mixing shaft is responsible for sending the microwaves through said axis, which
  • the operating sequence is identical for both single-load machines and continuous process machines and always consists of the following steps:
  • This procedure can be carried out, continuously or discontinuously, being the first when the material enters continuously and without stopping in the mixer producing the mixture, drying and chemical reaction during the material travel through the machine and discharging the material also continuously at the end of it, through the discharge mouth. Discontinuously, when the material is loaded to the machine at once, drying and chemical reaction taking place, and all the material in the machine is also discharged at once.
  • Figure 1 General view of the mixer and its components.
  • Figure 2 View of the situation of the loading mouths and intensifiers.
  • Figure 3 View of the central axis and microwave outputs.
  • the machine object of this invention unifies the three basic processes of a microwave reactor dryer which are: mixing of several products, heating and drying of the product resulting from the mixture, in addition to reacting it and its subsequent discharge, for which it has been developed
  • a microwave reactor dryer which is: mixing of several products, heating and drying of the product resulting from the mixture, in addition to reacting it and its subsequent discharge, for which it has been developed
  • a machine that, although in its basic aspects can be considered conventional, has a microwave generator integrated for heating and subsequent drying of the product, a completely new system in this type of machinery.
  • the machine object of this invention is composed of four main parts: the bench, the mixing drum, the mixing shaft and the microwave generator.
  • the dryer mixer serving said support and base bench of the rest of the machine, and in it the main electric motor (2) has been mounted, to which a clutch has been attached (3) and this the reducer (4); an elastic coupling (5) is mounted between the reducer and the mixing shaft (6), thus defining the driving and traction group of the mixing shaft. All these elements, like the rest of the machine, are sized for the amount of material to be mixed and the physical properties of the product.
  • SUBSTITUTE SHEET (RULE 26 by means of a loading mouth (8) located in its upper part.
  • this mixing drum (7) has in its lower part a mouth for the discharge (9) of the product, an inspection door (10) of the product, located in the upper part of the mixing drum, of a system for the addition of liquids (11) to the mixture and an aeration mouth (16) for aeration of the mixture.
  • All the elements coupled to the mixing drum (7) such as the loading (8) and discharge (9) mouths, have gates or valves with a safety system (12) which, in the case of accidental opening of any of the floodgates, the microwave generator stops immediately, leaving the entire process interrupted.
  • the third element that makes up the machine object of the invention is the mixing shaft (6), coupled on one side to the gearbox (4) by means of a coupling (5) and on the other side supported at the end of the mixing drum (7); it is the element in which the maximum efforts are generated since by means of the mixing paddles (14) that it has attached and the intensifiers (17), it will have to remove inside the mixing drum all the products, also the conduit of the microwaves from the generator (13) to the product, said microwaves coming into contact with the product after passing through the holes (15) made in the mixing shaft (6).
  • This hollow shaft is open at one of its ends to allow microwave entry and closed at the opposite end to prevent such microwaves from unduly dispersing.
  • a microwave generator (13) has been mounted on the open end of the mixing shaft (6). So that the microwaves come into contact with the mixture, the mixing shaft (6) has been designed so that it is hollow inside and on whose outer surface there have been through holes (15) that pass it radially, said holes having (15) circular or rectangular shape and said holes (15) being distributed in a regular manner along said mixing shaft (6), so that the microwaves generated by the microwave generator (13) coupled in one of the ends of said mixing shaft (6) reach the product through said holes (15) of said mixing shaft (6).
  • By sending the microwaves through the mixing shaft (6) it is possible to heat .or initiate a reaction of the mixed product, also removing water or solvents.

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Abstract

Mezcladora-secadora-reactor por microondas para uso industrial cuya triple finalidad es: a) el mezclado de productos sólidos, sólidos con líquidos y sólidos con fluidos muy viscosos, b) conseguir el secado de los productos y c) iniciar una reacción entre ellos, por medio de una descarga adecuada de microondas proveniente de un generador especialmente acoplado al eje de la maquina. La maquina se puede utilizar para efectuar todas las funciones juntas o solo alguna o algunas de ellas.

Description

MEZCLADORA- SECADORA- REACTOR POR MICROONDAS
PARA USO INDUSTRIAL
OBJETO DE LA INVENCIÓN
Mezcladora-secadora-reactor por microondas para uso industrial, diseñada para el mezclado de todo tipo de productos, sólidos con sólidos, sólidos con líquidos y sólidos con fluidos muy viscosos, consiguiendo además del mezclado de los productos el secado posterior así como el inicio de una reacción cuando así se requiera por medio de una descarga masiva de microondas provenientes de un generador especialmente acoplado al eje de la máquina, siendo posible el uso de sólo una de las funciones o de cualquier combinación de ellas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
En la industria actual se dispone de las máquinas y procesos necesarios para poder efectuar cualquiera de los tres procesos mencionados; así, existe una gran variedad de mezcladoras tanto horizontales como verticales, compuestas generalmente de una cámara de forma cilindrica en la cual se depositan los productos a mezclar. Por el centro de dicha cámara se hace pasar un eje que puede llevar adosadas unas palas, o que puede tener forma de tornillo sin fin, entre otras diferentes disposiciones constructivas, dependiendo de las características del producto a mezclar. Dicho eje se encuentra acoplado a un motor, que al girar, hace que el eje mezcle el producto. Dicha cámara cilindrica suele presentar dos zonas o doble camisa, una en la que se depositan los productos a mezclar y otra exterior a la primera por la cual se hace pasar generalmente un líquido caliente o frío dependiendo de si se quiere calentar o enfriar los productos a mezclar.
Como ejemplo de estos tipos de mezcladores encontramos:
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) Solicitud de Patente Europea n° 90107482. Secador- mezclador para fabricar y elaborar productos secos; húmedos; pastosos y fluidos.
Solicitud de Patente Europea n° 93120513. Secador mezclador
Solicitud de Patente Europea n° 94108192. Recipiente-mezclador-granulador- secador.
El proceso de secado se basa en la eliminación del agua u otros líquidos que llevan los productos. Para eliminarlos se han desarrollado diversos procesos mecánicos, por medio de aire caliente etc., así como eléctricos por medio de, por ejemplo, microondas o radio frecuencia. Se conocen las patentes siguientes:
Solicitud de Patente Europea n° 96914119. Instalación para el secado de sustancias cristalinas.
Solicitud de Patente Europea n° 96923192. Secado agresivo por convección en un mezclador/secado de tornillo cónico.
Solicitud de Patente Española n° 8303667. Mecanismo de tratamiento por microondas para eliminar humedad a partir de artículos.
El tercer proceso, o de inicio de la reacción, se consigue controlando la temperatura de la mezcla a través del control de la potencia de las microondas. En el caso de una mezcladora-secadora de doble cámara, se consigue haciendo pasar más o menos liquido por la segunda cámara, calentado así la mezcla a la temperatura necesaria para su reacción. En el caso de una secadora por microondas se inicia la reacción ajusfando la potencia y la frecuencia de las microondas consiguiendo así aumentar la temperatura de la mezcla para su reacción e intensificando la interacción de las microondas con la materia; la acción de los reactivos se ve influenciada por la frecuencia de emisión de microondas, pudiendo dicha frecuencia variar en todo el margen de microondas.
Como podemos apreciar en los sistemas existentes, los tres procesos objeto de esta invención se efectúan de forma independiente no encontrándose ninguna máquina que
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) realice el mezclado, el secado por microondas y el inicio de las reacciones químicas conjuntamente en un solo proceso continuo o discontinuo, siendo la unificación de los tres procesos en uno lo que hace que esta invención sea novedosa.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a una máquina cuya misión consiste en unificar dentro de un solo proceso de producción los procesos que hasta ahora se efectuaban por separado, que son el mezclado de los productos, el secado por medio de un generador de microondas y el inicio de una reacción cuando el producto lo requiera, consiguiendo de esta forma reducir los costes de producción al disminuir la manipulación de los productos, incrementar la calidad de éstos por su mejor mezclado, evitar contaminaciones al producirse todo el proceso en una sola máquina, reducir los costes de materias de limpieza y de mano de obra y evitar también con ello la contaminación ambiental, pudiéndose hacer los tres procesos de forma continua o discontinua.
Se ha construido una máquina que dispone de todos los mecanismos de las mezcladoras convencionales añadiéndole todos los elementos necesarios para poder efectuar el secado y el inicio de la reacción gracias a la incorporación de un generador de microondas y a las modificaciones efectuadas en el eje de mezclado, sobre el cual se sujetan las palas de mezclado, para la conducción de las microondas generadas. Además dicha máquina esta dotada de todos los sistemas de seguridad necesarios para evitar posibles accidentes por la dispersión de las microondas.
La máquina de la invención tiene una bancada o soporte de la máquina en la cual se monta el motor principal, cuya potencia dependerá de la masa y de las propiedades físicas del producto a mezclar; a dicho motor se le monta un embrague y éste va acoplado a un reductor también diseñado para los esfuerzos que deberá efectuar. Entre el reductor y el eje de mezclado se monta un acoplamiento elástico constituyendo todo ello el grupo motriz y de tracción del eje de mezclado.
Acoplado a dicha bancada y centrado con el eje de mezclado, se encuentra el tambor de mezclado, de forma cilindrica horizontal, con doble camisa y construido en acero de distintas calidades según sean los requerimientos del proceso. Los productos a
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26 mezclar se cargan a través de una boca de carga situada en la parte superior del tambor de mezclado, y por la doble camisa se puede hacer pasar un liquido para refrigerar o calentar la mezcla. Además, este tambor de mezclado dispone en su parte inferior de una boca de descarga para la descarga del producto, de una puerta de inspección, situada adecuadamente en el tambor, de un sistema para la adición eventual de líquidos a la mezcla y de una boca de aireación para la aireación de la mezcla.
Todos los elementos acoplados al tambor de mezclado, como son las bocas de carga y descarga, disponen de unas compuertas o válvulas con un sistema de seguridad que hace que en el caso en que durante el proceso se abriera alguna de ellas, se pararía inmediatamente el generador de microondas quedando el proceso automáticamente interrumpido y no permitiendo la dispersión de microondas en ningún caso.
Uno de los elementos principales de la máquina objeto de la invención es el eje de mezclado, acoplado por un lado a la caja reductora y al otro lado apoyado al extremo del tambor de mezclado. Éste es el elemento en el cual se generan los máximos esfuerzos ya que por medio de las palas de mezclado que lleva adosadas deberá mezclar dentro del tambor de mezclado todos los productos. Para asegurar la buena realización del mezclado, se colocan uno o varios intensificadores de mezcla, formados por unas palas montadas sobre un eje que es accionado por un motor a través de un acoplamiento elástico, y que se montan en los laterales del tambor quedando dichas palas en el interior de dicho tambor y en contacto con el producto.
Para que las microondas entren en contacto con la mezcla y ésta se caliente eliminando así el agua o disolventes o reaccione la mezcla, se ha diseñado el eje de mezclado de tal manera que sea hueco en su interior y con unos agujeros que traspasan radialmente su superficie exterior, de tamaños variables, dispuestos con una distribución regular a lo largo del eje y con formas circulares o rectangulares. Este eje hueco está abierto por uno de sus extremos para permitir la entrada de las microondas y cerrado por el extremo opuesto para evitar que dichas microondas se dispersen indebidamente.
Un aparato generador de microondas montado en el extremo abierto del eje de mezclado es el encargado de enviar las microondas a través de dicho eje, las cuales
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) salen por los agujeros dispuestos en el mismo, entrando así en contacto con el producto de la mezcla.
La secuencia de funcionamiento es idéntica tanto para máquinas de una sola carga como para máquinas de proceso continuo y siempre se compone de los siguientes pasos:
- Carga de material por las distintas bocas de carga, (sólidos o líquidos), en las proporciones y tiempos más convenientes dependiendo de los productos a mezclar. - Mezclado del producto cargado por medio de las palas de mezclado adosadas al eje de mezclado; dicho mezclado se efectúa haciendo girar el eje de mezclado, pudiéndose ajustar la velocidad de giro del mismo para conseguir así una mezcla homogénea.
- Una vez mezclados los productos se secan o se hacen reaccionar al entrar en contacto las microondas con los mismos; éstas se producen en un generador de microondas situado fuera del tambor de mezclado y son conducidas hasta el producto pasando por el interior del eje de mezclado y saliendo al tambor de mezclado por los agujeros radiales efectuados en dicho eje de mezclado. - Una vez concluidos todos los procesos, el producto es descargado a través de la boca de descarga.
Este procedimiento se puede efectuar, de forma continua o discontinua, siendo la primera cuando el material entra de forma continua y sin parar en la mezcladora produciéndose la mezcla, el secado y la reacción química durante el recorrido del material por la máquina y descargándose el material de forma también continua al final de ésta, a través de la boca de descarga. De forma discontinua, cuando el material se carga a la máquina de una sola vez, produciéndose el secado y la reacción química y descargando todo el material de la máquina también de una sola vez.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LOS PLANOS
HOJA DE SUSTITUCIÓN REGLA 26 Para un mejor entendimiento del objeto de la presente invención se describe a continuación una realización práctica preferente del objeto de la presente invención, sobre la base de las figuras adjuntas.
Figura 1: Vista general de la mezcladora y sus componentes.
Figura 2: Vista de la situación de las bocas de carga y de los intensificadores.
Figura 3: Vista del eje central y salidas de las microondas.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
La máquina objeto de esta invención unifica los tres procesos básicos de una mezcladora secadora reactor por microondas que son: mezcla de varios productos, calentamiento y secado del producto resultante de la mezcla además de hacerlo reaccionar y su posterior descarga, para lo cual se ha desarrollado una máquina que, aunque en sus aspectos básicos se puede considerar convencional lleva integrado un generador de microondas para el calentamiento y posterior secado del producto, sistema completamente novedoso en este tipo de maquinaria.
Así la máquina objeto de esta invención se compone de cuatro partes principales: La bancada, el tambor de mezclado, el eje de mezclado y el generador de microondas.
Sobre la bancada (1), se encuentran los mecanismos de la mezcladora secadora sirviendo dicha bancada de soporte y base del resto de la máquina, y en ella se ha montado el motor eléctrico principal (2), al cual se le ha acoplado un embrague (3) y a éste el reductor (4); entre el reductor y el eje de mezclado (6) se monta un acoplamiento elástico (5), quedando de esta forma definido el grupo motriz y de tracción del eje de mezclado. Todos estos elementos, al igual que el resto de la máquina, se encuentran dimensionados para la cantidad de material a mezclar y las propiedades físicas del producto.
Acoplado a dicha bancada (1) y centrado al eje de mezclado (6), se encuentra el tambor de mezclado (7), de forma cilindrica horizontal y de doble camisa construido en acero; por la parte central del tambor de mezclado se cargan los productos a mezclar
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26 por medio una boca de carga (8) situada en su parte superior. Además este tambor de mezclado (7) dispone en su parte inferior de una boca para la descarga (9) del producto, de una puerta de inspección (10) del producto, situada en la parte superior del tambor de mezclado, de un sistema para la adición de líquidos (11) a la mezcla y de una boca de aireación (16) para la aireación de la mezcla. Todos los elementos acoplados al tambor de mezclado (7) como son las bocas de carga (8) y descarga (9), disponen de unas compuertas o válvulas con un sistema de seguridad (12) que, en el caso de abertura accidental de alguna de las compuertas, origina el paro inmediato el generador de microondas, quedando todo el proceso interrumpido.
El tercer elemento que compone la máquina objeto de la invención es el eje de mezclado (6), acoplado por un lado a la caja reductora (4) por medio de un acoplamiento (5) y al otro lado apoyado al extremo del tambor de mezclado (7); es el elemento en el cual se generan los máximos esfuerzos ya que por medio de las palas de mezclado (14) que lleva adosadas y los intensificadores (17), deberá remover dentro del tambor de mezclado todos los productos, s también el conducto de las microondas desde el generador (13) hasta el producto, entrando dichas microondas en contacto con el producto tras su paso por los agujeros (15) practicados en el eje de mezclado (6). Este eje hueco está abierto por uno de sus extremos para permitir la entrada de las microondas y cerrado por el extremo opuesto para evitar que dichas microondas se dispersen indebidamente.
En el extremo abierto del eje de mezclado (6) se ha montado un generador de microondas (13). Para que las microondas entren en contacto con la mezcla se ha diseñado el eje de mezclado (6) de forma que sea hueco en su interior y sobre cuya superficie exterior se han realizado unos agujeros pasantes (15) que la traspasan radialmente, teniendo dichos agujeros (15) forma circular o rectangular y estando distribuidos dichos agujeros (15) de una forma regular a lo largo de dicho eje de mezclado (6) , a fin de que las microondas generadas por el generador de microondas (13) acoplado en uno de los extremos de dicho eje de mezclado (6) lleguen al producto a través dichos agujeros (15) de dicho eje de mezclado (6). Al enviar las microondas a través del eje de mezclado (6) se consigue calentar .o iniciar una reacción del producto mezclado, eliminado también el agua o disolventes.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26

Claims

REIVINDICACIONES
1) - Mezcladora-secadora-reactor por microondas para uso industrial, caracterizada porque está compuesta por:
un tambor de mezclado (7) de forma cilindrica horizontal y de doble camisa, que dispone de una boca de carga (8) situada en la parte superior de dicho tambor de mezclado (7) por donde se introducen los productos a mezclar, de una boca de descarga (9) para la descarga del producto, de una puerta de inspección (10) del producto situada en la parte superior del tambor de mezclado (7), de un sistema (11) para la adición de líquidos a la mezcla, de unos intensificadores (17) dispuestos e insertados en sentido radial en dicho tambor (7), y de una boca de aireación (16) para la aireación de la mezcla, teniendo las bocas de carga (8) y de descarga (9) unas compuertas o válvulas con un sistema de seguridad (12) que, en el caso de apertura accidental de dichas compuertas o válvulas, para inmediatamente la mezcladora- secadora-reactor e interrumpe el proceso;
un eje de mezclado (6) acoplado por un lado al reductor (4) a través de un acoplamiento (5) y apoyado por el otro lado en el extremo del tambor de mezclado (7), llevando adosadas dicho eje de mezclado (6) unas palas de mezclado (14), teniendo dicho eje de mezclado (6) forma de tubo hueco cerrado por un extremo y abierto por el extremo opuesto, por cuyo interior se conducen y distribuyen las microondas desde el generador (13) hasta el producto, las cuales se introducen por el extremo abierto de dicho eje de mezclado (6) y entran en contacto con dicho producto a través de los agujeros (15) radiales practicados en el eje de mezclado (6);
una bancada (1) de soporte de la mezcladora-secadora-reactor en la que se encuentran los mecanismos, motores de tracción y acoplamientos de dicha mezcladora-secadora-reactor;
un aparato generador de microondas (13) dispuesto en el extremo abierto del eje de mezclado (6) que envía microondas al producto a través del interior hueco de dicho eje de mezclado (6).
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26 2) - Mezcladora-secadora-reactor por microondas para uso industrial según la reivindicación 1 , caracterizada porque el eje de mezclado (6) dispone de unos agujeros pasantes (15) realizados en la superficie exterior de dicho eje de mezclado (6), teniendo dichos agujeros (15) forma circular o rectangular y estando distribuidos dichos agujeros (15) de una forma regular a lo largo de dicho eje de mezclado (6) , a fin de que las microondas generadas por el generador de microondas (13) acoplado en el extremo abierto de dicho eje de mezclado (6) lleguen al producto a través de dichos agujeros (15) de dicho eje de mezclado (6).
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26
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