WO2010149804A1 - Paquete filtrante secuencial para fluidos - Google Patents

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Definitions

  • the present patent refers to a filter pack of those used in the filters that remove the solid particles dispersed in the fluids and that is formed by stacking around a shaft a series of discs or rings. This filter pack sequentially separates the dirt by diameters in different areas, which are then washed together.
  • filters with different filter elements are used, the packages formed with rings or superimposed discs which produce the best results, especially for the removal of very fine particles.
  • U 9801972 patent cites rings with uniformly inclined drawn grooves on one of its faces.
  • Utility models U 200102537 and U 200302059 show a grooved ring on both sides.
  • the GB 2147516A patent presents a ring package formed by a helical belt.
  • EP 1308195A1 describes a filter system based on perforated discs.
  • Patent US4740302 (A) refers to a filter with a filter package formed by rings with highlighted U-shapes and passage through microchannels.
  • the P200603116 patent divides the dirt by diameters in different places, according to the different filtration phases, which represents an important advantage that delays the clogging time.
  • the last phase of the filter indicated in this patent comprises a pack of rings, but its configuration is not shown.
  • the present invention describes a filter package composed of a set of rings, as disks with circular crown geometry, which are stacked around a central outlet manifold.
  • each ring has different projections, distributed according to equal circular sectors, until the obverse of the ring is circumferentially covered.
  • projections include: arches linked together covering the entire perimeter of the ring; final arches located after the first arches; channels of decreasing section in the direction of the center of the ring and channels of increasing section in the direction of the center of the ring, both types of channels located alternately on the entire surface of the ring and separated by partitions.
  • the back of the ring is flat and has a series of grooves of small depth and section appropriate to the degree of filtration required, which can be triangular, square, rectangular or curved, whose grooves are circumferentially drawn with the center of the disk and extended coinciding with the part corresponding to the area of the obverse provided with the mentioned partitions.
  • Each of the linked arches constitutes a barrier of uniform height, and when several sets of arches are successively established, the arcs of each set are of uniform height to each other and the arcs of successive sets are of increasing height, as one advances towards the center of the ring.
  • the free space between each set of arches, and the next ring located above, will determine the maximum thickness of the solid particles that can pass, and therefore the filtration is carried out by successively separating the solid particles by diameters in different zones.
  • the diameter of the retained particles is determined based on the height of the separation walls; in each set of arcs the diameter of the retained particles is determined based on the gap left by the arc height itself; and in the channels of decreasing section, the diameter of the retained particles is determined according to the dimensions of the small grooves located on the back of the ring.
  • the first filtration zone is established on the outer surface of the ring pack and only particles with a diameter smaller than the separation between consecutive ring edges can penetrate the filter cartridge, leaving the rest on the package surface until they are removed. by any of the cleaning methods.
  • the flow passes through two or more barriers, constituted by the sets of arches, progressively increasing in height, to retain solid particles of smaller and smaller diameter. Between two sets of successive arcs, a free-flowing area of the flow is defined, which ensures the passage of the fluid even when the steps defined by the previous projections are blocked.
  • the set of final arches that is established has the highest height among all the arches and is located at the entrance of the channels of decreasing section.
  • each arch is made to coincide with the entrance of a new area delimited by the partitions that are directed towards the center, whose height is constant and maximum with respect to the height of the other projections on the obverse
  • These channels occupy a relatively wide area that decreases in width when approaching the center of the ring and serves as a backwater for the finest particles to settle on it.
  • Each one of these channels of decreasing section alternates with another channel of increasing section, said channels of decreasing section being closed in their beginning and advancing towards the center of the ring with a progressive increase in their section.
  • the ring package can be used in any of the existing filters and its washing can be done manually, in small installations that contain only one or few filters, or mechanically in the equipment of multiple filters by the reverse flow procedure using the water filtered by the other elements.
  • the rings allow the following adaptations:
  • the inner edge of the rings is arranged at an angle to facilitate the detachment of the rings when the jets affect them in the reverse process of backwashing.
  • the edges that require it will be rounded to facilitate the dragging of the solid particles in the backwash, that is, for a direction of the flow from the center outwards.
  • Pressurized air can be injected into the backwash circuit, mixed with the reverse flow of this process, to save water and because of the instability it produces, which facilitates the entrainment of retained particles.
  • Figure 1 comprises a view of the obverse of the rings, showing the various arched barriers (11) and (13), as well as a circumferential intermediate flow interconnection channel (12), the partition walls (14) are also shown, for decreasing (15) and increasing (16) section channels of filtered liquid.
  • Figure 2 shows the back of the rings with the small grooves (21) responsible for the final filtration degree.
  • Figure 3 indicates the dotted position of the small grooves on the obverse of the rings when they overlap.
  • Figure 4 represents an enlarged part of the ring with various enlarged transverse cuts made in a channel of decreasing section AB, in another of increasing section CD or on an partition wall EF, in which the angle ⁇ of the chamfer of the inner edge can be observed and also The outer edge is extended in detail to show the arches and grooves (21).
  • the filter ring device is placed around a central outlet manifold of the filter, constituting a package when stacking successive discs in the shape of a circular crown.
  • Each of these rings has an obverse and a reverse, being placed to form a package by matching the obverse of one ring with the reverse of the next.
  • each ring there are arches (11) linked together, final arches (13); channels of decreasing section (15) and channels of increasing section (16).
  • the partitions (14) that separate some channels from others have a uniform height, which turns out to be the maximum height with respect to the height of the rest of the projections, said height determining the free space on the surface of the package between ring and ring when overlap. Particles with dimensions greater than this free space cannot penetrate the package, remaining on its surface until the washing process arrives. But the finest particles will pass, meeting a set of arches (11) circumferentially linked, of uniform height. There may be several sets of arches whose height will increase, but in this case only two are foreseen. These arches act as barriers and will retain particles of smaller and smaller dimensions.
  • a circumferential intermediate interconnection channel (12) will be established that facilitates the passage of fluid between each longitudinal set of arcs so that all remain active, even when the previous arcs are They are clogged with impurities.
  • the last successive set of arches (13) gives way to areas limited by partitions (14) that move towards the center with decreasing width, defining channels of decreasing section (15). Alternating with these zones, other zones that move towards the center defining channels of increasing section (16) to conduct the clean flow.
  • the fine partitions (14) that delimit these areas have their upper part finished on a flat surface, all of them at the same height, which cannot be large because it serves to establish the free zone between rings of the first filtration phase located in the package edge.
  • the back of the rings is flat with circumferential grooves (21) of rectangular section and very small depth distributed in an area that corresponds to the abovementioned partitions, as shown in Figure 3.
  • the grooved area coincides with the upper surfaces of the partitions, leaving the small sections of the grooves free for the passage of water.
  • the flow after cleaning successively through the arches, goes from the area corresponding to the channels of decreasing section (15) to those of increasing section (16), leaving the smallest particles in the channel of decreasing section because they cannot cross the small grooves (21) on the back of the rings, while clean water flows through the channels of increasing section (16) to the outlet manifold.
  • the inner edge of the rings is chamfered to facilitate the detachment of the rings by the action of the backwash jets (Figure 4, ⁇ ).
  • the edges that can retain particles are rounded, hindering their drag in the backwash (Detail A in Figure 4). Pressurized air will be injected into the backflow to favor cleaning and save washing water.

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Abstract

La presente invención se refiere a un paquete filtrante formado apilando anillas siendo utilizado como elemento final en filtros de varias etapas o de una etapa. El proceso de filtración se realiza separando sucesivamente las partículas en suspensión según su grosor en diferentes zonas.

Description

PAQUETE FILTRANTE SECUENCIAL PARA FLUIDOS
Título
Paquete filtrante secuencial para fluidos
Campo de Ia invención
La presente patente se refiere a un paquete filtrante de los utilizados en los filtros que retiran las partículas sólidas dispersas en los fluidos y que se conforma apilando alrededor de un eje una serie de discos o anillas. Este paquete filtrante separa secuencialmente la suciedad por diámetros en diferentes zonas, que luego se lavan conjuntamente.
La utilización de este tipo de filtros está generalizada en agricultura para los equipos de filtración del agua utilizada en riego localizado. Igualmente, cada día las exigencias medioambientales recomiendan el uso de filtros para los vertidos a cauces públicos de aguas industriales y urbanas. Son muy útiles en las plantas desaladoras de agua y también pueden utilizarse en aire y otros fluidos.
Antecedentes de la invención
Para la limpieza del agua con partículas sólidas en suspensión, se utilizan filtros con diferentes elementos filtrantes, siendo los paquetes formados con anillas o discos superpuestos los que producen los mejores resultados, sobre todo para la eliminación de partículas muy finas.
Conocidas son diversas patentes que utilizan cartuchos filtrantes con anillas en forma de corona circular ranuradas de diferente manera. Así, la patente U 9801972 cita unas anillas con ranuras trazadas uniformemente inclinadas en una de sus caras. Los modelos de utilidad U 200102537 y U 200302059 muestran una anilla ranurada en ambas caras. La patente GB 2147516A presenta un paquete de anillas formado mediante una cinta helicoidal. La EP 1308195A1 describe un sistema filtrante a base de discos perforados. La patente US4740302(A) se refiere a un filtro con un paquete filtrante formado por anillas con formas de U resaltadas y paso por microcanales. La patente P200603116 divide la suciedad por diámetros en diferentes lugares, según las diversas fases de filtración, lo cual representa una ventaja importante que retrasa el tiempo de colmatación. La última fase del filtro indicado en esta patente comprende un paquete de anillas, pero no se muestra su configuración.
Los problemas de estos sistemas, que tienen una única fase de filtración, se acrecienta cuando el agua está muy sucia, pues la colmatación rápida del paquete filtrante en su zona de filtración hace que no exista tiempo práctico de filtrado y todo el caudal se utiliza para los lavados sucesivos necesarios. Esto hace disminuir el rendimiento del filtro aumentando grandemente el agua drenada en el lavado.
Este problema se aborda con la presente invención, que separa la suciedad por diámetros en diferentes zonas del paquete filtrante, aumentándose el tiempo entre lavados y el rendimiento de la filtración, como se indicará, además de otras mejoras, a lo largo de la descripción siguiente.
Descripción de la invención
La presente invención describe un paquete filtrante compuesto por un conjunto de anillas, a modo de discos con geometría de corona circular, que se apilan alrededor de un colector central de salida.
El anverso de cada anilla tiene diversos resaltes, distribuidos según sectores circulares iguales, hasta cubrir circunferencialmente el anverso de la anilla. Estos resaltes comprenden: unos arcos enlazados entre sí cubriendo todo el perímetro de la anilla; unos arcos finales situados a continuación de los primeros arcos; canales de sección decreciente en dirección al centro de la anilla y canales de sección creciente en dirección al centro de la anilla, situados ambos tipos de canales de forma alternada sobre la toda la superficie de la anilla y separados entre sí por tabiques. El reverso de la anilla es plano y tiene una serie de ranuras de pequeña profundidad y sección apropiada al grado de filtración exigido, que puede ser triangular, cuadrada, rectangular o curvada, cuyas ranuras están trazadas circunferencialmente con centro el del disco y extendidas coincidiendo con la parte correspondiente a la zona del anverso provista de los citados tabiques.
Cada uno de los arcos enlazados constituye una barrera de altura uniforme, y cuando se establecen sucesivamente varios conjuntos de arcos, los arcos de cada conjunto son de altura uniforme entre sí y los arcos de conjuntos sucesivos son de altura creciente, conforme se avanza hacia el centro de la anilla. El espacio libre entre cada conjunto de arcos, y la anilla siguiente situada encima, va a determinar el grosor máximo de las partículas sólidas que pueden pasar, y por tanto la filtración se efectúa separando sucesivamente las partículas sólidas por diámetros en diferentes zonas.
A la entrada del paquete filtrante, el diámetro de las partículas retenidas está determinado en función de la altura de los tabiques de separación; en cada conjunto de arcos el diámetro de las partículas retenidas está determinado en función del hueco dejado por la propia altura de los arcos; y en los canales de sección decreciente, el diámetro de las partículas retenidas está determinado en función de las dimensiones de las pequeñas ranuras situadas en el reverso de la anilla.
Así, en la superficie exterior del paquete de anillas se establece la primera zona de filtración y sólo las partículas con diámetro inferior a la separación entre bordes de anillas consecutivas podrán penetrar en el cartucho filtrante, quedando el resto sobre la superficie del paquete hasta ser retiradas por cualquiera de los métodos de limpieza. A continuación, el flujo pasa por dos o más barreras, constituidas por los conjuntos de arcos, de altura progresivamente en aumento, para retener las partículas sólidas de diámetro cada vez menor. Entre dos conjuntos de arcos sucesivos se define una zona de libre circulación del flujo que asegura el paso del fluido incluso cuando los pasos definidos por los resaltes anteriores estén obstruidos. El conjunto de arcos finales que se establezca tiene la mayor altura entre todos los arcos y se sitúa a la entrada de los canales de sección decreciente. Se hace coincidir la posición de cada arco con la entrada de una nueva zona delimitada por los tabiques que están dirigidos hacia el centro, cuya altura es constante y máxima con respecto a la altura del resto de resaltes del anverso. Estos canales ocupan una zona relativamente amplia que decrece en anchura al acercarse al centro de la anilla y sirve de remanso para que las partículas más finas se depositen en ella. Cada uno de estos canales de sección decreciente se alterna con otro canal de sección creciente, estando cerrados en su comienzo dichos canales de sección decreciente y avanzando los mismos hacia el centro de la anilla con un aumento progresivo en su sección.
Al coincidir, cuando se forma el paquete filtrante, el reverso ranurado sobre los tabiques del anverso, queda libre un paso exiguo de agua por las pequeñas ranuras circunferenciales. El flujo va desde ambos lados de los canales de sección decreciente hasta los canales de sección creciente que conducen el flujo de agua limpia hasta el colector central de salida del filtro. Es aquí donde se produce el filtrado final, siendo las dimensiones de las pequeñas ranuras del reverso de las anillas las responsables del grado definitivo de filtración, al no permitir el paso de partículas sólidas superiores al determinado por sus pequeñas dimensiones. Pero durante todo el paso del fluido por la serie de barreras establecidas, se ha ido produciendo en diferentes lugares una separación secuencial de la suciedad por diámetros, que va a determinar la menor colmatación del paquete filtrante y un rendimiento del filtro elevado, que se traducirá en mayor tiempo dedicado a la filtración y menores consumos de agua de lavado.
El paquete de anillas puede ser utilizado en cualquiera de los filtros existentes y su lavado puede hacerse de forma manual, en instalaciones pequeñas que contienen solo uno o pocos filtros, o mecánicamente en los equipos de múltiples filtros por el procedimiento de flujo invertido utilizando el agua filtrada por los demás elementos. Para facilitar el lavado mecánico, las anillas permiten las siguientes adaptaciones:
a) El borde interior de las anillas se dispone en ángulo para facilitar el despegue de las mismas cuando inciden sobre ellas los chorros en el proceso inverso de contralavado. b) Las aristas que lo requieran estarán redondeadas para facilitar el arrastre de las partículas sólidas en el contralavado, o sea para una dirección del flujo del centro hacia afuera. c) Puede inyectarse aire a presión en el circuito de contralavado, mezclado con el flujo inverso de este proceso, para ahorrar agua y por la inestabilidad que produce, lo cual facilita el arrastre de las partículas retenidas.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 comprende una vista del anverso de las anillas, mostrándose las diversas barreras arqueadas (11) y (13), así como un canal intermedio circunferencial de interconexión (12) de flujo, también se muestran los tabiques de división (14), para los canales de sección decrecientes (15) y crecientes (16) de líquido filtrado.
La figura 2 muestra el reverso de las anillas con las pequeñas ranuras (21) responsables del grado de filtración definitiva.
La figura 3 indica punteada la posición de las pequeñas ranuras sobre el anverso de las anillas cuando se superponen.
La figura 4 representa una parte ampliada de anilla con diversos cortes ampliados transversales realizados en un canal de sección decreciente A-B, en otro de sección creciente C-D o sobre un tabique E-F, en los que puede observarse el ángulo θ del chaflán del borde interior y también se amplia en el Detalle A el borde exterior para mostrar los arcos y las ranuras (21).
Descripción de una forma de realización preferente de la invención
A continuación se hace una descripción completa de una realización preferente del dispositivo aludido, la cual se hará a título de ejemplo, con carácter no limitativo y susceptible de todas aquellas modificaciones de detalle que no alteren fundamentalmente sus características esenciales. El dispositivo de anillas filtrantes se coloca alrededor de un colector central de salida del filtro, constituyendo un paquete al apilar sucesivos discos con forma de corona circular. Cada una de estas anillas tiene un anverso y un reverso, colocándose para formar un paquete haciendo coincidir el anverso de una anilla con el reverso de la siguiente.
Sobre el anverso de cada anilla se disponen arcos (11) enlazados entre sí, arcos finales (13); canales de sección decreciente (15) y canales de sección creciente (16). Los tabiques (14) que separan unos canales de otros tienen una altura uniforme, que resulta ser la máxima altura con respecto a la altura del resto de resaltes, determinando dicha altura el espacio que queda libre en la superficie del paquete entre anilla y anilla cuando se superponen. Las partículas con dimensiones superiores a este espacio libre no podrán penetrar dentro del paquete, quedando en su superficie hasta que llegue el proceso de lavado. Pero las partículas más finas sí pasarán, encontrándose con un conjunto de arcos (11) enlazados circunferencialmente, de altura uniforme. Puede haber diversos conjuntos de arcos cuya altura irá en aumento, pero en este caso se prevén sólo dos. Estos arcos actúan a modo de barreras e irán reteniendo partículas cada vez de menores dimensiones. Entre el conjunto de arcos (11) y de arcos finales (13) se establecerá un canal intermedio circunferencial de interconexión (12) que facilita el paso de fluido entre cada conjunto longitudinal de arcos para que todos permanezcan activos, aún cuando los arcos anteriores se hallen obstruidos con impurezas.
El último conjunto sucesivo de arcos (13) da paso a zonas limitadas por los tabiques (14) que avanzan hacia el centro con anchura decreciente, definiendo canales de sección decreciente (15). Alternando con dichas zonas, otras zonas que avanzan hacia el centro definiendo canales de sección creciente (16) para conducir el flujo limpio. Los finos tabiques (14) que delimitan estas zonas tienen su parte superior terminada en una superficie plana, todos ellos a una misma altura, que no puede ser grande pues sirve para establecer la zona libre entre anillas de la primera fase de filtración situada en el borde del paquete. La razón de la variación de las secciones en los canales se sección creciente (16) y de sección decreciente (15), frente a otros sistemas de secciones constantes o en U, es de diseño hidráulico pues, definidas las secciones correctamente, se reducirán las pérdidas de carga y aumentará la eficiencia de las anillas al admitir un mayor número de dichos canales hasta llenar circunferencialmente la superficie anular del anverso.
El reverso de las anillas es plano con ranuras circunferenciales (21) de sección rectangular y muy pequeña profundidad distribuidas en una zona que se corresponde con los tabiques anteriormente indicados, como se muestra en la Figura 3. Al apilar las anillas para formar el paquete filtrante coincide la zona ranurada con las superficies superiores de los tabiques, dejando las pequeñas secciones de las ranuras libres para el paso del agua.
Así, el flujo, tras pasar limpiándose sucesivamente por los arcos, va desde la zona correspondiente a los canales de sección decreciente (15) a los de sección creciente (16), quedando las partículas más pequeñas en el canal de sección decreciente pues no pueden atravesar las pequeñas ranuras (21) del reverso de las anillas, mientras el agua limpia fluye por los canales de sección creciente (16) hasta el tubo colector de salida.
El borde interior de las anillas se achaflana para facilitar el despegue de las mismas por la acción de los chorros de contralavado (Figura 4, θ). Se redondean las aristas que puedan retener partículas dificultando su arrastre en el contralavado (Detalle A en la Figura 4). Se inyectará aire a presión en el flujo de contracorriente para favorecer la limpieza y ahorrar agua de lavado.
Las dimensiones han de ser apreciadas por un buen diseñador que, en función de la proporción entre los tamaños de las partículas a separar, determinará la secuencia de alturas en las sucesivas barreras establecidas para llegar al paquete filtrante más apropiado según esta invención.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Paquete filtrante secuencial para fluidos caracterizado porque comprende un conjunto de anillas superpuestas, a modo de discos con geometría de corona circular; cada una de las cuales en su anverso dispone de una pluralidad de resaltes; y en su reverso una pluralidad de ranuras distribuidas circunferencialmente.
2. Paquete filtrante secuencial para fluidos, según la reivindicación 1, caracterizado porque los resaltes del anverso están distribuidos ocupando sectores circulares iguales, hasta cubrir circunferencialmente el anverso de la anilla y porque dichos resaltes comprenden arcos enlazados entre sí (11); arcos finales (13); canales de sección decreciente (15) y canales de sección creciente (16).
3. Paquete filtrante secuencial para fluidos, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque los arcos enlazados (11) constituyen una barrera de altura uniforme, y cuando se establecen sucesivamente varios conjuntos de arcos, son de altura uniforme entre sí y creciente conforme se avanza hacia el centro de la anilla.
4. Paquete filtrante secuencial para fluidos, según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque los arcos finales (13) tienen la mayor altura entre todos los arcos, situándose dichos arcos finales a la entrada de los canales de sección divergente (15).
5. Paquete filtrante secuencial para fluidos, según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque entre cada conjunto de arcos se establece un canal intermedio circunferencial de interconexión (12) que facilita el paso de fluido alimentando a cualquier arco posterior, aun cuando el correspondiente arco anterior esté obstruido con impurezas.
6. Paquete filtrante secuencial para fluidos, según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende en el anverso de la anilla canales de sección decreciente (15) y canales de sección creciente (16), distribuidos alternados hasta cubrir la superficie de la anilla, estando dichos canales delimitados entre sí por tabiques (14) de separación, cuya parte superior está situada a una altura uniforme y máxima con respecto a la altura del resto de resaltes.
7. Paquete filtrante secuencial para fluidos, según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el reverso de las anillas es plano con una serie de pequeñas ranuras (21) circunferenciales, dimensionadas según el grado de filtración exigido y con sección seleccionada entre triangular; cuadrada; rectangular y formas curvadas.
8. Paquete filtrante secuencial para fluidos, según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en el borde interior de las anillas se realiza un chaflán para el despegue entre las anillas del paquete, y porque todas las aristas están redondeadas del centro hacia afuera.
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