WO2007082966A1 - Cabezal de llenado de bajo numero de reynolds - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B67—OPENING, CLOSING OR CLEANING BOTTLES, JARS OR SIMILAR CONTAINERS; LIQUID HANDLING
- B67C—CLEANING, FILLING WITH LIQUIDS OR SEMILIQUIDS, OR EMPTYING, OF BOTTLES, JARS, CANS, CASKS, BARRELS, OR SIMILAR CONTAINERS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; FUNNELS
- B67C3/00—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus; Filling casks or barrels with liquids or semiliquids
- B67C3/02—Bottling liquids or semiliquids; Filling jars or cans with liquids or semiliquids using bottling or like apparatus
- B67C3/22—Details
- B67C3/28—Flow-control devices, e.g. using valves
- B67C3/281—Profiled valve bodies for smoothing the flow at the outlet of the filling nozzle
Definitions
- the present invention refers, as expressed in the wording of the present specification, to a low Reynolds number filling head that provides the intended function with a series of advantages and characteristics, apart from others inherent in its organization and constitution, which will be described in detail later, and which represent an innovative alternative and / or improvement to what is already known in this field.
- the object of the invention consists of a filling head whose studied design constitutes an important advance in the filling of liquids, notably improving the behavior of the fluid in relation to the known systems, so that it allows to increase the filling speed by carrying the fluid to a low Reynolds number to progressively accelerate it to the outlet, preserving the balance achieved between inertial forces and viscous shear forces.
- the invention presented falls within the sector of machinery for filling liquids in their corresponding containers.
- a fundamental factor in the packaging process is the time it takes to fill the container, since this factor will define the number of heads necessary to obtain the desired production and, consequently, the size of the filler.
- the invention presented constitutes a new development in the filling of liquids.
- foaming and spattering The two major drawbacks that arise when filling at high jet speed, as mentioned, are foaming and spattering.
- the formation of foam is due to the mixing of the air with the liquid, where as a consequence of the surface tension of the liquid, bubbles are created that end up constituting the foam.
- accelerations are typical of any filling nozzle, valve or variable obstruction mechanism to the passage of a fluid.
- This speed is given by the pressure that exists upstream in the network and the loss of load (or pressure) that the product suffers as it progresses.
- the filling head that is presented improves the behavior of the fluid in relation to the current conventional systems in the two problems described above, allowing a higher filling speed.
- the foam problem is minimized by reducing the inertial forces to which the fluid is subjected, that is, by reducing its Reynolds number. In this way, a consistent and uniform flow is achieved, which prevents the air from interacting with it.
- the Reynolds number is a dimensionless number. nal that indicates the relationship between the inertial forces to which a fluid is subjected and viscous shear forces.
- the problem of splashes due to fluid acceleration is solved by creating between the Damping Chamber (Zone A) and the Low Reynolds Number Zone (Zone C), a Pressure Loss Zone (Zone B) controlled by a valve non-watertight seat, designed to obtain a speed curve (previously determined) during the closing and opening of the filling nozzle.
- the filling head is made up of an inner and an outer body, there being a single degree of freedom of movement between them, so that they can only move axially with respect to each other.
- the empty space that exists between them forms the fluid passage area.
- Said space is subdivided into five independent but strongly interrelated areas:
- Its purpose is to control head loss during opening and closing of the valve. It is assimilable to a non-watertight seat valve that constitutes the transition between the Buffer Zone and the Low Reynolds Number Zone.
- the nozzle configuration is such that the speed in Zone C is less than the speed in Zone D.
- Its objective is to finish taking the product to the exit when the filling head is in the open position, and to guarantee a tight seal when it is in the closed position.
- the new Reynolds low number filling head therefore represents an innovative structure with structural and constitutive characteristics hitherto unknown for this purpose, reasons that together with its practical utility, provide it with sufficient foundation to obtain the privilege of exclusivity. requested life.
- Figure number 1 Shows an elevation view of the low Reynolds number filling head of the invention, in the open position, which has been shown partially sectioned according to a longitudinal section so that the elements that show it can be seen. constitute as well as its configuration and arrangement.
- Figure number 2. Shows a view of the head represented partially sectioned as in figure 1, but in the closed position.
- Figure number 3. Shows a graph in which the relationship between the fluid velocity curve and the internal diameter of the poppet valve has been represented in the design of zone B or pressure drop zone.
- the filling head (1) is made up of an inner body (2) and an outer body (3).
- the space (4) delimited between them configures the dynamic characteristics that the flow will have.
- this chamber is to kinematically and dynamically separate the upstream fluid from this zone A from the downstream one.
- the damping function due to the rapid broadening of the camera prevents possible vibrations from unwantedly increasing the inertial forces on the downstream fluid.
- the volume of this chamber is equal to or greater than 50% of the volume enclosed between both bodies (2) AND (3).
- This zone B is to create a controlled head loss, so as not to cause over-accelerations at the opening and closing moments of the nozzle (8).
- the speed curve as a function of the race as can be seen in the graph of figure 3 in which the speed curve has been designated as (v), as (v ') the values in% of speed, co- m or (7) the inside diameter of the poppet, as (7 ') the diameter percentage of the poppet valve seat and as ⁇ 1 '') the closing percentage of the seat valve, meets the following requirements:
- the diameter of the inner nozzle (8) will follow a typical curve
- diameter of the body in Zone B may have variations depending on the viscosity of the product to be packed and the required flow rate.
- This area constitutes a tubular space whose inner diameter is that of the inner body (2) and whose outer diameter corresponds to the inside of the outer body (3).
- Said tubular space is subdivided into n equal parts by longitudinal walls which we will call fins (9), forming n channels (10) through which the fluid will pass.
- This geometry forces the fluid to circulate with low speed kinematic characteristics.
- the number of channels (10) depends on the diameter of the internal body (2). The length of this zone is necessary to achieve a consistent flow at the outlet.
- the Reynolds number is defined as:
- Jf Function of the physical and kinematic parameters [m ⁇ f 1 ]
- the LRHC Low Reynolds Head Coefficient
- the LRHC is a new concept, developed to design, define and compare the geometry of the filling heads (1) presented in this specification.
- the LRHC value is:
- n Number of fins (9) [adim]
- Zone C or Low Reynolds Number Zone It has an inner body outer diameter, an inner body diameter and a number of fins such that:
- This zone is to bring the fluid from Zone C to the outlet.
- this Zone D is such that the speed is initially less than that of end of it.
- the outlet diameter is subject to the geometry of Zone C, in such a way that:
- the inner body (2) in this area is shaped like a warhead, which guarantees a sinusoidal progression of the velocity component perpendicular to the main direction, which tends to bring the annular flow together into a single cylindrical flow.
- Zone C The length of Zone C is that which ensures that the fluid under constant acceleration acquires linearly the velocity at the exit of Zone D.
- This length L corresponds to:
- the value of a will vary within this range depending on the slenderness of the warhead that is the inner body (2).
- a correction factor is introduced to take into account the forces caused by the viscosity.
- L is therefore the length for the flow to acquire its velocity in Zone D due to the action of the weakened gravitational field.
- the outer nozzle shape design it is such that it achieves a constant acceleration of the fluid throughout Zone D.
- Both the inner body (2) and the outer body (3) always have an increasing slope in Zone D as we approach the outlet (filling nozzle (8)).
- the closing of the filling head (1) occurs when the inner body (2) rests on the outer body (3), as seen in the figure 2 .
- the contact area between the two occurs at the bottom (Nozzle (8)).
- the outer body (3) abruptly ends with a slope (11), on the outside, slightly more horizontal than the slope (12) in that same area on the inside.
- the inner body (2) has a sealing gasket (13) that guarantees sealing.
- the nozzle (8) does not produce inflection points or discontinuities in the slopes in any of the two curves that characterize the geometry of the interior (2) and exterior (3) bodies. .
Landscapes
- Basic Packing Technique (AREA)
- Filling Of Jars Or Cans And Processes For Cleaning And Sealing Jars (AREA)
Abstract
CABEZAL DE LLENADO DE BAJO NÚMERO DE REY NOLDS, constituido por un cuerpo interior (2) y un cuerpo exterior (3), en que uno se mueve axialmente respecto al otro existiendo un espacio (4) delimitado entre ellos que configura las características dinámicas que tendrá el flujo, comprendiendo una Zona A de Amortiguación con entrada (5) situada en distinto eje al de salida (6), una Zona B de Pérdida de Carga con válvula de asiento (7), una Zona C de Bajo Número de Reynolds compuesta por n canales (10), con n aletas (9) superior a 3, y LRHC menor que 4, una Zona D de Aceleración en forma de ojiva y una Zona E de Cierre o boquilla (8) con una junta de estanqueidad (13).
Description
CABEZAI. DE LLENADO DE BAJO NUMERO DE REYNOLDS
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descripti- va, a un cabezal de llenado de bajo número de Reynolds que aporta a la función a que se destina una serie de ventajas y características, aparte de otras inherentes a su organización y constitución, que se describirán en detalle más adelante, y que suponen una innovadora al- ternativa y/o mejora a lo ya conocido en este campo.
Más concretamente, el objeto de la invención consiste en un cabezal para llenadoras cuyo estudiado diseño constituye un importante avance en el llenado de líquidos, mejorando notablemente el comportamiento del fluido en relación a los sistemas conocidos, de modo que permite aumentar la velocidad de llenado llevando al fluido hasta un bajo número de Reynolds para acelerarlo progresivamente hasta la salida, conservando el equilibrio conseguido entre las fuerzas inerciales y las fuerzas cortantes viscosas.
CAMPO DE APLICACIÓN
La invención que se presenta se encuadra en el sector de la maquinaria para el llenado de líquidos en sus correspondientes envases.
Su aplicación corresponde, por tanto, a la industria del acondicionamiento y envasado de productos líquidos procedentes de cualquier sector industrial
(tales como Alimentación, Farmacia, Cosmética, Limpieza, detergentes, espumantes, corrosivos, viscosos, fluidos, calientes, frios, lubricantes, disolventes,...) sin más limitación que la de ser productos en estado liquido.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Actualmente, el elemento principal de cual- quier tipo de llenadora, bien sea lineal o rotativa, lo constituye el cabezal de llenado. Él es el principal responsable de garantizar un llenado correcto. Por ello, se concentran grandes esfuerzos en su mejora e innovación.
Un factor fundamental en el proceso del envasado es el tiempo en que se realiza el llenado del envase, ya que dicho factor delimitará él número de cabezales necesarios para obtener la producción deseada y como consecuencia el tamaño de la llenadora.
A altas velocidades de salida de chorro es cuando surgen los principales inconvenientes tales como salpicaduras, espuma, rebosamiento, etc.
Existen varios caminos para evitar estos problemas :
- Enviando el chorro contra la pared interior del envases.
- Sumergiendo la boquilla bajo el nivel de producto. Ésta realiza un movimiento de ascenso desde la base del envase hasta salir de éste, yendo sumergida durante el llenado.
- Consiguiendo un flujo coherente y uniforme llenando el envase con o sin introducción de la boquilla en el mismo.
La invención que aqui se presenta opta por esta última via.
El peticionario tiene conocimiento de la existencia de diversas patentes referentes a dispositi- vos de carácter similar y cuyo objeto se aproxima al que aqui concierne, tales como PCT N° WO 01/40098 Al de fecha 7.06.2001; PCT N° WO 97/02206 de fecha 23.01.1997; y PCT N° Publicación 2 208 439 Traducción de Patente Europea de fecha 16.06.2004, las cuales, sin embargo se basan en geometría e hidráulica diferente.
Cabe mencionar, por consiguiente, que el peticionario desconoce la existencia de un cabezal de llenado de bajo número de Reynolds que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las que preconiza la presente invención, la cual tiene por objeto solventar los inconvenientes anteriormente mencionados que presentan los sistemas conocidos actualmente para el mismo fin.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
Tal y como se ha indicado en el apartado anterior, la invención que se presenta constituye un nue- vo desarrollo en el llenado de líquidos.
Los dos grandes inconvenientes que surgen cuando se llena a alta velocidad de chorro, tal como se ha mencionado, son la formación de espuma y las salpi- caduras.
La formación de espuma se debe a la mezcla del aire con el liquido, donde como consecuencia de la tensión superficial de éste, se crean burbujas que acaban constituyendo la espuma.
Cuanta más tensión superficial tenga el liquido a llenar, más espuma podrá generar y persistente podrá ser ésta. Por tanto, para conseguir un llenado sin espuma debemos conseguir una mínima interacción en- tre el liquido y el aire.
Por lo que se refiere a las salpicaduras estas se deben fundamentalmente a las sobreaceleraciones que sufre el fluido en los momentos de apertura y cie- rre de la boquilla.
Estas sobreaceleraciones son propias de cualquier boquilla de llenado, válvula o mecanismo de obstrucción variable al paso de un fluido.
Cuando una válvula esta abierta, tenemos una determinada velocidad de salida de producto.
Esta velocidad viene dada por la presión que existe aguas arriba en la red y la pérdida de carga (o de presión) que va sufriendo el producto a medida que avanza.
Esta pérdida de carga, que se produce a lo largo de los conductos y en la propia válvula, es proporcional al cuadrado de la velocidad.
Si la válvula se cierra un poco, el área de salida se estrecha (porque estamos entre la posición de abierto y cerrado) , lo cual supone una obstrucción en la salida que aumenta la pérdida de carga general del
sistema .
Esto hace que el caudal de salida disminuya, con lo que la velocidad del fluido en los conductos disminuye, y también la pérdida de carga en estos, aumentando por tanto la presión justo antes de la obstrucción provocada por la válvula.
Por tanto, tenemos que por un lado la sección de salida se ha estrechado, y por otro la presión del fluido, justo antes de la obstrucción que representa la válvula, ha aumentado.
Ambos factores contribuyen a aumentar la ve- locidad del fluido en los momentos de cierre y abertura de una válvula.
El cabezal de llenado que se presenta, mejora el comportamiento del fluido en relación a los sistemas convencionales actuales en los dos problemas descritos anteriormente, permitiendo una mayor velocidad de llenado.
El problema de la espuma se minimiza redu- ciendo las fuerzas inerciales a las que el fluido esta sometido, es decir, reduciendo su número de Reynolds. De esta manera, se consigue un flujo coherente y uniforme, que impide que el aire interaccione con él.
El concepto físico del número de Reynolds para conseguir un flujo no turbulento fue desarrollado durante el siglo XIX por Osborne Reynolds convirtiéndose desde entonces en una piedra angular en el desarrollo de la ingeniería de fluidos.
El número de Reynolds es un número adimensio-
nal que nos indica la relación entre las fuerzas iner- ciales a las que esta sometido un fluido y las fuerzas cortantes viscosas.
El problema de las salpicaduras por sobreace- leraciones del fluido se resuelve creando entre la Cámara de Amortiguación (Zona A) y la Zona de Bajo Número de Reynolds (Zona C), una Zona de Pérdida de Carga (Zona B) controlada mediante una válvula de asiento no es- tanca, diseñada para obtener una curva de velocidad, (previamente determinada) durante el cierre y la apertura de la boquilla de llenado.
De forma más concreta, el cabezal de llenado está compuesto por un cuerpo interior y otro exterior, existiendo un solo grado de libertad de movimiento entre ellos, de forma que se pueden desplazar solamente en sentido axial uno respecto al otro.
El espacio vacio que existe entre ellos conforma la zona de paso del fluido.
Dicho espacio lo subdividimos en cinco zonas independientes pero fuertemente interrelacionadas entre si:
• Zona A ó Cámara de Amortiguación
Es una cámara previa a la Zona de Bajo Número de Reynolds, donde se separa cinemática y dinámicamente el fluido de aguas arriba (es decir, antes de su entrada al cabezal de llenado) con el de aguas abajo.
• Zona B ó Zona de Pérdida de Carga
Su objeto es controlar la pérdida de carga
durante la abertura y el cierre de la válvula. Es asimilable a una válvula de asiento no estanca que constituye la transición entra la Zona de Amortiguación y la Zona de Bajo Número de Reynolds.
• Zona C ó Zona de Bajo Número de Reynolds
Es un espacio tubular subdividido en canales donde se consigue un flujo coherente y uniforme al dis- minuir las fuerzas inerciales a las que está sometido el fluido, reduciendo asi su Número de Reynolds.
• Zona D ó Zona de Aceleración
Su objetivo es llevar el fluido desde la Zona de Bajo Número de Reynolds hasta la Zona de Cierre (Boquilla) .
Para evitar problemas de descebado, debido a la acción de la gravedad sobre el fluido.
La configuración de la boquilla es tal que la velocidad en la Zona C es menor que la velocidad en la Zona D.
El cambio de velocidad entre el principio de la Zona C y el final de la misma se produce de forma lineal, consiguiendo asi, una aceleración constante y emulando el movimiento que por naturaleza imprime sobre el fluido la gravedad.
Con ello también se consigue evitar aceleraciones del producto no deseadas asi como una conducción del fluido sin fluctuaciones que puedan volver al flujo turbulento.
• Zona E ó Zona de Cierre "Boquilla"
Corresponde al final del cabezal de llenado.
Su objetivo es acabar de llevar al producto hasta la salida cuando el cabezal de llenado se haya en posición de abierto, y garantizar un cierre estanco cuando éste se encuentra en posición de cerrado.
El nuevo cabezal de llenado de bajo número de Reynolds representa, por consiguiente, una estructura innovadora de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, le dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusi- vidad que se solicita.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha repre- sentado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra una vista en alzado del cabezal de llenado de bajo número de Reynolds de la invención, en posición abierta, el cual se ha re- presentado parcialmente seccionado según un corte longitudinal de forma que se aprecian los elementos que lo constituyen asi como su configuración y disposición.
La figura número 2.- Muestra una vista del cabezal representado parcialmente seccionado al igual que en la figura 1, pero en posición cerrada.
La figura número 3.- Muestra un gráfico en el que se ha representado la relación entre la curva de velocidad del fluido y el diámetro interior de la válvula de asiento en el diseño de la zona B o zona de pérdida de carga.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las mencionadas figuras y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede observar en ellas un ejemplo de realización preferente del cabezal de llenado de bajo número de Reynolds que comprende las partes que se indican y describen a continuación.
Asi, tal como se aprecia en las figuras 1 y
2, el cabezal de llenado (1) está formado por un cuerpo interior (2) y un cuerpo exterior (3) .
Uno se mueve axialmente respecto al otro.
El espacio (4) delimitado entre ellos configura las características dinámicas que tendrá el flujo.
• Zona A ó Cámara de Amortiguación
El objeto de esta cámara es separar cinemática y dinámicamente el fluido de aguas arriba de esta zona A del de aguas abajo.
Es por tanto una cámara de amortiguación, donde se rompen las direcciones de los vectores de velocidad.
La función amortiguadora debido al rápido en- sanchamiento que tiene la cámara, evita que posibles vibraciones puedan aumentar de forma no deseada las
fuerzas inerciales sobre el fluido aguas abajo.
El volumen de esta cámara es igual o superior al 50% del volumen encerrado entre ambos cuerpos (2) Y (3).
Se puede aproximar a un cilindro (con base troncocónica o cóncava) cuyo diámetro se aproxima al de la Zona C o Zona de Bajo Número de Reynolds.
También se caracteriza por tener una entrada (5) de producto situada en un eje distinto al eje de salida (6) .
Y por tener una salida en forma de válvula de asiento (7) (descrita en la Zona B).
• Zona B ó de Pérdida de Carga
El objeto de esta zona B es crear una pérdida de carga controlada, para no provocar sobreaceleracio- nes en los momentos de apertura y cierre de la boquilla (8) .
Esto se consigue mediante un cierre tipo
"válvula de asiento" (7), el cual ha sido diseñado a partir de la velocidad del fluido deseada en la salida de la boquilla (8) durante los procesos de apertura y cierre de la misma.
La curva de velocidad en función de la carrera, tal como puede observarse en el gráfico de la figura 3 en el cual se ha designado como (v) la curva de velocidad, como (v' ) los valores en % de velocidad, co- mo (7) el diámetro interior de la válvula de asiento, como (7' ) el porcentaje de diámetro de la válvula de
asiento y como {1 ' ' ) el porcentaje de cierre de la válvula de asiento, cumple los siguientes requisitos:
1. A medida que la válvula (7) cierra, la velocidad del fluido (v) disminuye.
2. La pendiente de 'la curva de velocidad (v) va decreciendo a medida que la válvula (7) va cerrando .
Es decir, la velocidad decrece más rápidamente al principio y más lentamente al final.
Por ejemplo, cuando la válvula (7) ha cerrado un 25% de su recorrido la velocidad (v) de salida se ha reducido un 50% (ver figura 3).
3. Cuando la válvula de asiento (7) ha cerrado, el valor de la velocidad (v) debe ser desprecia- ble.
4. Cuando la válvula (7) está abierta el valor de la velocidad (v) debe ser máximo, es decir, la pérdida de carga creada por la válvula de asiento (7) es despreciable.
De acuerdo con estas condiciones de velocidad deseada, el diámetro de la boquilla (8) interior seguirá una curva tipo,
Dint B- Diámetro del cuerpo interior en la Zona B
k±: Constantes
Cc : Coeficiente de contracción de Weisbach (en nuestro caso 0.6 < Cc < 0.7)
Vzona B Velocidad del fluido en la Zona B
donde el diámetro del cuerpo en la Zona B puede tener variaciones en función de la viscosidad del producto a envasar y el caudal requerido.
• Zona C ó de Bajo Número de Reynolds
Esta zona constituye un espacio tubular cuyo diámetro interior es el propio del cuerpo interior (2) y cuyo diámetro exterior corresponde al interior del cuerpo exterior (3) .
Dicho espacio tubular está subdivido en n partes iguales mediante paredes longitudinales a las que llamaremos aletas (9), formando n canales (10) por las que pasará el fluido.
Tenemos, por tanto, n canales (10) a través de los cuales circula el fluido.
Esta geometría obliga al fluido a circular con unas características cinemáticas de baja velocidad.
A ello se añaden unas "condiciones de contorno" en las dos direcciones perpendiculares al movimiento del fluido que consiguen un flujo coherente y unidimensional .
El número de canales (10) depende del diámetro de cuerpo interior (2) .
La longitud de esta zona es la necesaria para conseguir en la salida un flujo coherente.
El número de Reynolds se define como:
Re=^ μ
p: densidad [kg/m3]
v: velocidad característica [m/s]
μ: viscosidad dinámica [Pa- s]
D: diámetro característico [m]
El número de Reynolds nos indica cual es la relación entre las fuerzas inerciales (pvD) y las fuerzas cortantes viscosas (μ) .
Pero su análisis aún es más detallado, ya que nos está indicando que esta relación entre fuerzas inerciales y fuerzas cortantes viscosas es función de parámetros físicos (p, μ) , parámetros cinemáticos (v) y parámetros geométricos (D) .
Teniendo en cuenta todas estas consideraciones, podemos agrupar todo los parámetros físicos y cinemáticos en una variable "f", tal que, "f" es función de los parámetros físicos y cinemáticos expresados in- dependientemente de la geometría del problema en cuestión.
De esta manera podemos expresar el número de Reynolds como,
Re=f-LRHC
Re: Número de Reynolds [adim]
Jf: Función de los parámetros físicos y cinemáticos [mπf1]
LRHC: Coeficiente función de la geometría del cabezal [mm]
El LRHC (Low Reynolds Head Coefficient) es un coeficiente característico de la geometría del cabezal de llenado (1) .
Es independiente de parámetros físicos y cinemáticos .
El LRHC es un nuevo concepto, desarrollado para diseñar, definir y comparar la geometría de los cabezales de llenado (1) que se presentan en esta memoria.
El valor del LRHC es:
Dint c: Diámetro del cuerpo interior en la Zona C. [mm]
Dext c= Diámetro interior del cuerpo exterior en la Zona C. [mm]
n: Número de aletas (9) [adim]
La Zona C ó Zona de Bajo Número de Reynolds
tiene un diámetro interior del cuerpo exterior, un diámetro del cuerpo interior y un número de aletas tal que:
LRHC < 4
• Zona D ó de Aceleración
La función de esta zona es, llevar el fluido desde la Zona C hasta la salida.
Para evitar problemas de descebado debido a la acción de la gravedad, que provocarla entradas de aire dentro de la zona y posteriormente turbulencias y espuma al mezclarse aire y fluido, la geometría de esta Zona D es tal que la velocidad al principio es menor que al final de la misma.
Con ese objetivo, el diámetro de salida está supeditado a la geometría de la Zona C, de tal manera que:
Dout: Diámetro interior del cuerpo exterior (3) en la salida (boquilla (8)) [mm]
Dint c= Diámetro del cuerpo interior (2) en la Zona C. [mm]
Deχt c' Diámetro interior del cuerpo exterior (3) en la Zona C. [rom]
El cuerpo interior (2) en esta zona tiene forma de ojiva, lo que garantiza una progresión sinusoidal de la componente de la velocidad perpendicular a
la dirección principal, que tiende a juntar el flujo anular en un solo flujo cilindrico.
La longitud de la Zona C es aquella que con- sigue que el fluido sometido a una aceleración constante adquiera de manera lineal la velocidad en la salida de la Zona D. Esta longitud L corresponde a:
donde,
L: longitud de la Zona D [m]
a: aceleración (entre el 50 y 90% de la aceleración de la gravedad) [m/s2].
El valor de a variará dentro de este rango según la esbeltez de la ojiva que es el cuerpo interior (2).
Esbeltez que determinará el ángulo medio que forman la ojiva y una superficie horizontal, y por tanto, la componente de la gravedad efectiva sobre el fluido.
Aparte, se introduce un factor corrector para tener en cuenta las fuerzas provocadas por la viscosidad.
L es pues, la longitud para que el flujo adquiera su velocidad en la Zona D debido a la acción del campo gravitatorio debilitado.
El diseño de la forma de la boquilla exterior
es tal que consigue es una aceleración constante del fluido a lo largo de la Zona D.
Es decir, la velocidad se incrementa de forma lineal a lo largo de esta zona.
Ello supone una disminución potencial de la sección anular de paso de la forma,
donde ,
S: Sección anular de paso a lo largo de la Zona D [itun2]
ki: Constante [mirf2]
k.2 : Constante [mrrf1]
x: Longitud recorrida de la Zona D [mirf1]
Tanto el cuerpo interior (2) como el exterior (3) tienen en la Zona D siempre una pendiente creciente a medida que nos acercamos a la salida (boquilla (8) de llenado) .
No se producen puntos de inflexión ni discontinuidades en las pendientes en ninguna de las dos curvas .
• Zona E ó de Cierre (boquilla)
El cierre del cabezal de llenado (1) se produce cuando el cuerpo interior (2) descansa sobre el cuerpo exterior (3) , tal como se observa en la figura
2 .
La zona de contacto entre ambos se produce en la parte inferior (Boquilla (8)).
El cuerpo exterior (3) finaliza abruptamente con una pendiente (11) , por la parte exterior, ligeramente más horizontal que la pendiente (12) en esa misma zona por el lado interior.
A su vez, el cuerpo interior (2) dispone de una junta de cierre (13) que garantiza la estanquidad.
De igual forma que en la Zona D, en la boqui- lia (8) no se producen puntos de inflexión ni discontinuidades en las pendientes en ninguna de las dos curvas que caracterizan la geometría de los cuerpos interior (2) y exterior (3) .
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, asi como la manera de ponerla en práctica, se hace constar que, dentro de su esenciali- dad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a titulo de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.
Claims
1.- CABEZAL DE LLENADO DE BAJO NÚMERO DE REYNOLDS, del tipo destinado al llenado de líquidos o fluidos en correspondientes envases mediante llenadora tanto lineal como rotativa, caracterizado por el hecho de estar constituido por un cuerpo interior (2) y un cuerpo exterior (3) , en que uno se mueve axialmente respecto al otro existiendo un espacio (4) delimitado entre ellos que configura las características dinámicas que tendrá el flujo, comprendiendo una Zona A de Amortiguación, una Zona B de Pérdida de Carga, una Zona C de Bajo Número de Reynolds, una Zona D de Aceleración y una Zona E de Cierre o boquilla (8) .
2.- CABEZAL DE LLENADO DE BAJO NÚMERO DE REYNOLDS, según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que la Zona A de Amortiguación tiene un volumen del orden del 50% o superior al volumen total del cabezal de llenado (1), y una entrada (5) situada en un eje distinto al eje de salida (6) .
3.- CABEZAL DE LLENADO DE BAJO NÚMERO DE REYNOLDS, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por el hecho de que la Zona B de Pérdida de Carga tiene un funcionamiento asimilable a una válvula de asiento (7), excepto por no ser estanca y porque tiene el diámetro máximo del cuerpo interior (2) en esta zona B, menor que el diámetro interior del cuerpo exterior (3) en dicha zona B.
4.- CABEZAL DE LLENADO DE BAJO NÚMERO DE REYNOLDS, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que la variación del diámetro del cuer- po interior (2) en la Zona B de Pérdida de Carga se caracteriza por seguir la expresión:
en donde vOut es la velocidad del producto al salir de la boquilla (8), valor que depende de la posición del cuerpo interior respecto al exterior y que se caracteriza porque,
- A medida que la válvula cierra la velocidad del fluido disminuye.
- La pendiente de la curva de velocidad decrece a medida que la válvula se va cerrando, es decir, la velocidad decrece más rápidamente al princi- pió y más lentamente al final. Concretamente, cuando la válvula ha cerrado un 25% de su recorrido la velocidad de salida es un 50% de la nominal .
- Cuando la válvula de asiento ha cerrado el valor de la velocidad debe ser despreciable.
- Cuando la válvula está abierta el valor de la velocidad es máximo, lo que implica que la pér- dida de carga creada por la válvula de asiento es despreciable en dicha posición.
5.- CABEZAL DE LLENADO DE BAJO NÚMERO DE REYNOLDS, según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por el hecho de que la Zona C de Bajo Número de Reynolds está compuesta por n canales (10), el número de aletas (9) n es superior a 3, y en donde el LRHC es menor que 4 :
Siendo, [mm]
y porque la longitud de esta zona C es la necesaria para poder romper las turbulencias del fluido.
6.- CABEZAL DE LLENADO DE BAJO NUMERO DE REYNOLDS, según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que en la Zona D Aceleración la boquilla (8) interior tiene forma de ojiva ya sea tangente o secante, sin exclusión; porque el cuerpo exterior (3) en esta zona sigue en su interior una curva, que depende del cuerpo interior (2) tal que, la sección de la zona anular delimitada por el espacio entre-cuerpos, decrece de forma potencial, y por tanto, su inverso, crece de forma lineal a medida que nos aproximamos al extremo inferior de la zona C de aceleración; porque la longitud de esta zona vale "L = 5 / (8a)" donde "a" está comprendido entre un 50%-90% del valor de la aceleración de la gravedad; y porque tanto el cuerpo exte- rior (3) como el cuerpo interior (2) tienen siempre pendientes continuas y decrecientes, sin puntos de inflexión.
7.- CABEZAL DE LLENADO DE BAJO NÚMERO DE REY- NOLDS, según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por el hecho de que la Zona E de Cierre incorpora una junta de estanqueidad (13) del mismo o distinto material que el propio cuerpo en el extremo inferior del cuerpo interior (2) en forma de ojiva; y porque la par- te final de la boquilla (8) de llenado en el cuerpo exterior (3) presenta un final abrupto (11), con un ángulo ligeramente más abierto que el del cuerpo interior (2) en esa zona, y por contactar en la posición de cerrado sobre la junta de estanqueidad (13) de la boqui-
lia (8) interior.
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|---|---|---|---|---|
| FR2951445B1 (fr) * | 2009-10-15 | 2011-12-02 | Serac Group | Bec de remplissage a clapet et obturateur secondaire avec element d'actionnement intercalaire |
| DE102010006005A1 (de) * | 2010-01-27 | 2011-07-28 | Elopak Systems Ag | Dosiervorrichtung und Dosierverfahren für Flüssigkeiten |
| FR2983843A1 (fr) * | 2011-12-13 | 2013-06-14 | Serac Group | Bec de remplissage a clapet et obturateur secondaire avec element d'actionnement amont |
| CN103021235B (zh) * | 2012-12-31 | 2014-07-30 | 济南大学 | 雷诺准数的实验方法 |
| CN103785560B (zh) * | 2013-04-27 | 2016-12-07 | 广州海鸥卫浴用品股份有限公司 | 用于射流装置的喷针 |
| CN103775678B (zh) * | 2013-04-27 | 2014-12-10 | 广州海鸥卫浴用品股份有限公司 | 可调射流阀 |
| CN103775668B (zh) * | 2013-04-27 | 2014-12-24 | 广州海鸥卫浴用品股份有限公司 | 射流阀芯 |
| US9279502B2 (en) * | 2014-01-30 | 2016-03-08 | Fives Bronx, Inc. | Fill valve apparatus |
| US10371265B2 (en) * | 2017-11-01 | 2019-08-06 | Fisher Controls International Llc | Process control valve and plug |
| GB2617334B (en) * | 2022-04-04 | 2024-11-13 | Weir Minerals Netherlands Bv | Valve |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2066315T3 (es) | 1990-10-12 | 1995-03-01 | Azionaria Costruzioni Acma Spa | Dispositivo distribuidor de dosificacion para maquinas de llenado. |
| WO1997002206A1 (fr) | 1995-07-05 | 1997-01-23 | Serac Group | Bec de remplissage a ecoulement laminaire |
| US5878992A (en) | 1997-05-07 | 1999-03-09 | Mott's Inc. | Two stage variable flow valve assembly |
| ES2128869T3 (es) | 1995-07-05 | 1999-05-16 | Serac Group | Boquilla de relleno de flujo laminar. |
| WO2001040098A1 (fr) | 1999-11-29 | 2001-06-07 | Serac Group | Bec de remplissage a debit reglable par un dispositif d'actionnement unique |
| WO2003037779A1 (en) | 2001-10-19 | 2003-05-08 | Sig Simonazzi Spa | Filling valve with fluid muscle valve activator |
| FR2861716A1 (fr) | 2003-10-29 | 2005-05-06 | Sidel Sa | Bec de remplissage |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3317184A (en) * | 1967-05-02 | Pintle valve and flow collimator | ||
| IT1233665B (it) * | 1989-07-06 | 1992-04-13 | Azionaria Costruzioni Acma Spa | Dispositivo erogatore per sostanze liquide |
| ES2256193T3 (es) * | 2001-11-09 | 2006-07-16 | Sig Simonazzi S.P.A. | Unidad de valvula para maquinas de llenado. |
| FR2897607B1 (fr) * | 2006-02-23 | 2008-05-09 | Sidel Participations | Dispositif de remplissage de recipients a debit de liquide variable |
| DE102009003362B4 (de) | 2009-01-19 | 2023-01-19 | Paul Hettich Gmbh & Co. Kg | Vorrichtung zum Öffnen und/oder Schließen von Schubkästen und Verfahren zu ihrer Kalibrierung |
-
2006
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- 2006-11-14 US US12/161,616 patent/US8312902B2/en active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ES2066315T3 (es) | 1990-10-12 | 1995-03-01 | Azionaria Costruzioni Acma Spa | Dispositivo distribuidor de dosificacion para maquinas de llenado. |
| WO1997002206A1 (fr) | 1995-07-05 | 1997-01-23 | Serac Group | Bec de remplissage a ecoulement laminaire |
| ES2128869T3 (es) | 1995-07-05 | 1999-05-16 | Serac Group | Boquilla de relleno de flujo laminar. |
| US5878992A (en) | 1997-05-07 | 1999-03-09 | Mott's Inc. | Two stage variable flow valve assembly |
| WO2001040098A1 (fr) | 1999-11-29 | 2001-06-07 | Serac Group | Bec de remplissage a debit reglable par un dispositif d'actionnement unique |
| ES2208439T3 (es) | 1999-11-29 | 2004-06-16 | Serac Group | Pico de llenado de caudal regulable para un dispositivo de accionamiento unico. |
| WO2003037779A1 (en) | 2001-10-19 | 2003-05-08 | Sig Simonazzi Spa | Filling valve with fluid muscle valve activator |
| FR2861716A1 (fr) | 2003-10-29 | 2005-05-06 | Sidel Sa | Bec de remplissage |
Non-Patent Citations (1)
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| CA2637738A1 (en) | 2007-07-26 |
| ES2307366B1 (es) | 2009-09-18 |
| CA2637738C (en) | 2014-09-02 |
| EP1975117A9 (en) | 2009-02-25 |
| US20090301605A1 (en) | 2009-12-10 |
| EP1975117A1 (en) | 2008-10-01 |
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