WO2023118627A1 - Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmision de ultrasonidos a traves de un medio fluido delimitado por un elemento solido flexible - Google Patents
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- WO2023118627A1 WO2023118627A1 PCT/ES2022/070748 ES2022070748W WO2023118627A1 WO 2023118627 A1 WO2023118627 A1 WO 2023118627A1 ES 2022070748 W ES2022070748 W ES 2022070748W WO 2023118627 A1 WO2023118627 A1 WO 2023118627A1
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- B08B—CLEANING IN GENERAL; PREVENTION OF FOULING IN GENERAL
- B08B3/00—Cleaning by methods involving the use or presence of liquid or steam
- B08B3/04—Cleaning involving contact with liquid
- B08B3/10—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration
- B08B3/12—Cleaning involving contact with liquid with additional treatment of the liquid or of the object being cleaned, e.g. by heat, by electricity or by vibration by sonic or ultrasonic vibrations
Definitions
- the present invention relates to a device that includes an ultrasound generator covered by a fluid medium contained within a flexible container.
- This flexible container is a solid flexible hollow that acts as an enveloping container, and which rests on the surface to be cleaned during the cleaning process. In this way it happens that the ultrasound wave emitted by the generator travels through the contained fluid until it reaches the interior of the surrounding container.
- a layer of fluid is deposited externally between the surrounding container and the surface to be cleaned, the transmission fluid.
- the inner and outer fluids may not be the same.
- the amount of fluid needed to clean surfaces is significantly lower compared to currently existing cleaning systems.
- the present invention eliminates the need to immerse the part to be cleaned, which would be technically unproductive and economically unfeasible for cleaning solar plants, both concentration (heliostats and parabolic trough) and photovoltaic.
- ultrasonic cleaning is highly efficient, but requires, due to the current state of the art, immersing the product to be cleaned in the fluid medium to which the ultrasound waves are transmitted.
- ES 2649989 Positioning device for cleaning surfaces of various geometries by means of proximity or contact, and use procedure, whose main characteristics are that it is located perpendicular to the surface, arranging the cleaning equipment in a line parallel to the same, covering it entirely, of so that, by spraying water, with or without a dirt-removing element (brush or similar), the cleaning of the entire surface to be cleaned is optimized.
- An ultrasonic cleaning method for cleaning a surface comprising the steps of: introducing a transducer; immersing the ultrasonic transducer and at least a part of the surface of the assembly in a liquid; and generating ultrasonic energy at a power level and at a determined frequency.
- a wheel-type ultrasonic transducer probe comprises a hub portion and a rotatable rim portion, both made of substantially rigid thermoplastic material.
- the probe is sized to be useful for thickness measurement and for this purpose it is constructed to cause the ultrasonic signal at equal transverse distances in the hub portion and the rim portion.
- US 5419196 a technique for ultrasonic investigation of the side of a rail head and other parts of the rail with a plurality of simultaneous operation of ultrasonic transducers. It consists of placing a transducer on the axis of a conventional fork inside a wheel filled with rotating fluid in such a way that the transducer produces a distance reading.
- US 6325127 An equipment for seam welding of at least two stacked sheet-like workpieces.
- the sewing and cutting element comprises a receiving wheel and a cutting surface thereon.
- An emitter and a wheel receive the high frequency current and convert it into mechanical ultrasonic vibrations having the same frequency.
- WO 90 13814 a method and apparatus for detecting defects in rolling stock wheels by performing an ultrasonic scan of the wheels, the ultrasonic wheel testing facility automatically scans each wheel of a set of wheels and comprises two probes ultrasonic wheel for each wheel.
- the proposed invention contains novelties, advantages and therefore novelties with respect to the known state of the art, while there are no references to a system that meets all these characteristics that the proposed invention brings together, what is the consistent novelty in the introduction of the differentiation between the wave transmission fluid and the cleaning fluid, so that with this the following is produced:
- the proposed invention "Device for cleaning surfaces by transmitting ultrasound through a fluid medium delimited by a flexible solid element", at the procedure level requires implementing the following achievement of actions: in In the first instance, generate an ultrasonic wave inside a container, which will be characterized in that at least the surface that will be in contact with the surface to be cleaned will be flexible, in order to adapt to different possible geometries and not erode this surface. to clean. In addition, the material of this enveloping container must not be opaque to the ultrasonic wave. Indispensably inside the container there will be a fluid that will be in charge of transmitting the ultrasonic wave from the ultrasound generator to the inner surface of the flexible container.
- the proposed invention "Device for cleaning surfaces by transmitting ultrasound through a fluid medium delimited by a flexible solid element”, is carried out from the following constituent elements:
- Cleaning equipment supporting system Made up of the following elements: a. Anchorage structure of ultrasound generation systems. It is a structure configured so that the arrangement of the cleaning equipment covers, segmented into different sections or through a single element, the entire surface to be cleaned. This structure can, in turn, incorporate mobile elements that make it possible to avoid possible obstacles that may appear along the route necessary to sweep the entire length of the surface to be cleaned. This supporting system will be necessary equipment for the start-up and use of the ultrasonic cleaning system described in this document, although it will not strictly be an integral part thereof. b. Support equipment for the total set of component elements, which may include a transport vehicle that enables cleaning of all surfaces, each one of them along its entire length.
- Ultrasonic generating equipment In general, all ultrasound generation equipment consists of a generator, a converter, an amplifier and a sonotrode. The ultrasound is produced in the electronic generator that transforms the electrical voltage received into high voltage and high frequency (ultrasonic). The ultrasonic electrical voltage is transmitted to a piezoelectric type ultrasonic converter. The piezoelectric converter transforms electrical energy into mechanical vibrations at the applied frequency. These vibrations are transmitted to the amplifier, and this in turn to the sonotrode, which is the part that must be immersed in the contained fluid.
- the ultrasonic generating equipment itself is a necessary technical element and is mentioned as such, although it does not form part of the novelty of the present invention, nothing more than the need to define the geometry of the sonotrode and a configuration of the ultrasound frequency and amplitude values.
- a screen, reflector may be arranged that directs the ultrasound waves to a specific area of the container, specifically the one that is going to be in contact with the surface to be cleaned, in order to increase the effectiveness of cleaning.
- Auxiliary elements such as cleaning fluid projectors on the outside of the surrounding container, which supply the transmission fluid, necessary for the ultrasonic effect to clean the surface.
- Ultrasonic cleaning equipment in the surrounding container. It is in itself the foundation of the present invention. It will consist of the following integral parts: a. Sonotrode and amplifier support. Being these elements, the sonotrode and the amplifier, elements that physically are the ones that carry out the emission ultrasonic equipment, must be physically located in the workplace. On the other hand, they are elements that receive electrical current, so they must be isolated from current-transmitting fluids. Hence, it is necessary to make a support equipment that exposes the vibration to the transmitting fluid, but protects, in a watertight housing, the electrical systems, basically the sonotrode being the element that remains submerged. There are different types of sonotrode, the most interesting for its application in the present invention being the tubular and blade types: i.
- the tubular type may be attached at its end, being positioned coaxial with the axis of the enveloping container, leaving its fixing and the amplifier outside of it.
- the problem with this type of sonotrodes is that it radiates ultrasonic waves in 360 radial degrees, so it will be necessary to generate a surface that shields and redirects all these ultrasound waves towards a specific area; this screen is a reflector.
- Yo The blade type directs the ultrasound waves, but its fixation requires that the amplifier remain online, occupying a space inside the surrounding container, but it must be isolated from the fluid to receive electric current.
- b Surrounding continent. It is a jacket made of flexible material with a density very similar or equal to that of the liquid it contains so that it is permeable and produces little distortion in the ultrasound generated and transmitted inside.
- c Hollow filler. Both in the case of the tubular sonotrode and that of the blade, it is important that the weight of the assembly be reduced to a minimum, which is why it must be avoided that the entire interior of the surrounding container has contained fluid.
- the surface opposite to that exposed to waves in the reflector will be the inside face of a hollow filler.
- this hollow filling will have the double function of housing the amplifier of the ultrasonic generator system in addition to the function of generating an empty chamber.
- d. Content fluid This is the fluid contained in the surrounding container and in which the sonotrode is located. It is in charge of carrying the ultrasound waves to the inner face of the surrounding continent. and. Transmission fluid, and its supply systems.
- the enveloping container consists of a sleeve that slides on the surface and the second, more probable, said enveloping container consists of a roller that will roll over the surface to be cleaned.
- the rotation of this configuration will be motorized.
- Temperature control The ultrasonic cleaning system has the particular problem of raising the temperature of the fluid that surrounds the sonotrode, in this case the contained fluid. So that this increase in temperature does not pose a problem for the operation or for the integrity of the enclosing container, an internal refrigeration system can be located or the contained fluid can also be recirculated by passing it through a cooling exchanger.
- Figure 2. Section view with tubular sonotrode.
- Figure 3. Section view with blade sonotrode.
- a device will be described that integrates the two operating modes described, although depending on the type of dirt, the geometry of the surface to be cleaned and other factors that are part of the casuistry of the cleaning process, the use of one or both may be sufficient.
- the surface cleaning system by means of ultrasonic transmission through a fluid medium delimited by a flexible solid medium requires the use of additional external elements, such as a support structure, a positioning medium and a translation system that enables movement. of the set.
- the frequency and power of the ultrasound generated must be included within a range delimited by maximum and minimum values so that they define the optimal behavior in its operation as a cleaning system.
- the most recommended types of sonotrode (02) for installation are the blade type and the tubular type; For the description of the preferred construction, the tubular type will be considered as it turns out to be more complete in terms of the components required for its integration.
- the tubular sonotrode (02) has the amplifier (01) incorporated into its same axis, both pieces rigidly coupled, the area where they join being also defined for holding this assembly.
- the amplifier set (01) and sonotrode (02) For the union of the amplifier set (01) and sonotrode (02) to the final set, it must be based on the knowledge that the amplifier (01) is also cylindrical in section and has a larger diameter than the sonotrode (02), so in step from one part to the other a surface is generated that serves as a support.
- the sonotrode (02) and the part of the amplifier (01) are passed through a flange with a concentric internal hole, which will remain submerged and the part that rests on the flange ends in a threaded rod that, by placing its corresponding nut, serves both as fixing as insulation of the electrical components that connect to the amplifier (01).
- This flange will be built in such a way that it is the end of a piece that continues in a tube with a circular section where some bearings and retainers will make this fixing assembly a rotating axis.
- the open covers at the ends of the enveloping container (03) are fixed to flanges that will ensure the tightness of the interior and that, in the same way as described in the amplifier support (01) and sonotrode (02), this flange ends in a hollow axis that serves to, assembled together with the previous one, turns out that the enveloping container can rotate with respect to the axis formed by the amplifier (01) and the sonotrode (02).
- this enveloping container will rest on the surface to be cleaned (10) and moving along it, thanks to its rolling capacity, it will make the ultrasound waves generated inside it reach it.
- the tubular sonotrode (02) emits ultrasound in the 360 of its radial section and along its entire length, but for the cleaning process it is only required that the waves reach the interior face of the area of the surrounding continent (03) that is in contact with the surface to be cleaned (10) so if most of the ultrasound produced is not redirected, it will be wasted.
- a rigid surface, impervious to ultrasonic waves, is fixed to the back of the sonotrode (02), the front part of which is directed radially towards the surface to be cleaned (10).
- This rigid surface is the reflector (04), which has a double paraboloid section so that one half of the ultrasonic waves bounces to an area ahead of the contact area between the surrounding container (03) and the surface to be cleaned (10) and the other half behind. .
- the reflector must be rigidly fixed to act as such, so it is necessary to fix it both to the support flange of the amplifier assembly (01) and sonotrode (02), so that it does not rotate with the rolling of the surrounding container, as well as to its homologous flange at the opposite end of the continent envelope (03), thus giving structural rigidity to the assembly in addition to performing the reflector function as such.
- This rolling motor (06) will be able to transmit the movement by a combination of pinions or by pulleys and belts or by friction, in any case they are known standard elements for the transmission of rotary movement and are easily interchangeable.
- the interior of the surrounding container (03) that is not occupied by an amplifier (01) sonotrode (02) or hollow filling (05) must be filled with a liquid, the contained fluid (07), which will be the means by which the ultrasonic waves will travel from the sonotrode (02) to the interior of the surrounding continent (03).
- these waves In order for these waves to end up impinging on the surface to be cleaned (10) and end up producing cleaning, it will be necessary to intermediate another transmission fluid (08) between the outer face of the enclosing container (03) and the surface to be cleaned (10).
- the application mode can be any of the many existing ones: flat fan injection nozzles, spraying or any other since it is only necessary for there to be a thin film of transmission fluid (08) for the wave to reach the surface to be cleaned (10).
- a temperature control system (09).
- the integration of a cooler inside the tool is mentioned (taking advantage of the interior volume of the hollow filling (05)) but it would also be valid to carry out constant recirculation of the contained fluid (07) so that once outside the enveloping continent (03) exchange heat, natural or forced. It is not considered necessary to make this description more extensive so that any expert in the field understands the scope of the invention and the advantages derived from it.
- the materials used, dimensions or the joining procedures themselves, will be subject to variation as long as this does not imply an alteration in the essential nature of the invention.
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Abstract
Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmisión de ultrasonidos a través de un medio fluido delimitado por un elemento sólido flexible que incluye un generador de ultrasonidos cubierto por un medio fluido contenido en el interior de un continente flexible, en donde el ultrasonido se transmite a través de un medio fluido delimitado por un continente permeable a los ultrasonidos, de manera que, aplicando un fluido exterior que intermedia entre la superficie a tratar y el útil de limpieza por ultrasonidos, se produce dicha limpieza por ultrasonidos sin necesidad de sumergir la pieza en el fluido donde se produce el ultrasonido.
Description
DESCRIPCION
Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmisión de ultrasonidos a través de un medio fluido delimitado por un elemento sólido flexible.
OBJETO DE LA INVENCION
Existe un método de limpieza muy efectivo consistente en emplear ultrasonidos. Estos ultrasonidos llegan a la superficie a limpiar a través de un medio fluido, generalmente una solución acuosa, y al alcanzar dicha superficie produce una implosión en el fluido, cuya energía desprende la suciedad adherida a la superficie. Este dispositivo tiene a favor la capacidad de desprender la suciedad adherida, incluso se usa para desprender capas de óxido, y que dado que el ultrasonido viaja a través de todo el fluido, la limpieza ocurre incluso en el interior de oquedades. Por el contrario, tiene el inconveniente de que, como se verá en el estado de la técnica, lo habitual es que deba sumergirse el objeto a limpiar en el interior de una cubeta llena del fluido y en cuyo interior se genera el ultrasonido.
La presente invención se refiere a un dispositivo que incluye un generador de ultrasonidos cubierto por un medio fluido contenido en el interior de un continente flexible. Este continente flexible es un sólido hueco flexible que hace de continente envolvente, y que durante el proceso de limpieza se apoya en la superficie a limpiar. De esta manera ocurre que la onda de ultrasonido emitida por el generador se traslada por el fluido contenido hasta alcanzar el interior del continente envolvente. Por otro lado, se deposita exteriormente una capa de fluido entre el continente envolvente y la superficie a limpiar, el fluido de transmisión. Construyendo el continente envolvente de un material con una densidad suficientemente parecida a la del fluido contenido, dichas ondas ultrasónicas atravesarán el continente envolvente con una mínima distorsión, continuando su expansión a través del fluido de transmisión y llegando, así, hasta la superficie a limpiar habiendo sin haber sido amortiguado tanto como para no crear, en la superficie a limpiar, la implosión que hace del ultrasonido un sistema de limpieza enormemente eficaz.
Para que la superficie pueda ser limpiada será necesario que el fluido de transmisión implosione por efecto del ultrasonido, removiendo la suciedad sobre la superficie y
ayudando a la eliminación de los residuos adheridos. En esta invención los fluidos interior y exterior pueden no ser los mismos. En todo caso, la cantidad de fluido necesaria para realizar la limpieza de superficies es sensiblemente inferior comparando con sistemas de limpieza existentes en la actualidad. Además, frente a sistemas convencionales de limpieza por ultrasonidos, en donde la pieza a limpiar se sumerge en un baño de fluido en donde se aplica el ultrasonido, la presente invención elimina la necesidad de sumergir la pieza a limpiar, lo que sería técnicamente improductivo y económicamente inviable para la limpieza de plantas solares, tanto de concentración (heliostatos y cilindro- parabólico) como para fotovoltaicas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La limpieza de grandes superficies, suelos, paredes o tanques, es una necesidad que se fortalece cuando la limpieza de dicha superficie determina el resultado de algún proceso. Existen procesos industriales en los que la limpieza de determinadas superficies es crucial, como puede ser tanques de fermentación y en general contenedores de producto alimentario, superficies reflectantes en plantas solares, por citar solo dos ejemplos. En los casos mencionados existe la particularidad de que son elementos de gran tamaño y cuyo traslado a instalaciones de limpieza resultan inviables técnica y económicamente, siendo necesario realizar la limpieza sin modificar el emplazamiento del elemento a limpiar. Por ello, los procesos de limpieza más aplicados en estos casos se basan en añadir al fluido de limpieza una serie de productos químicos que favorecen la descomposición o disolución de la suciedad y restos. Por el contrario, existen procesos de limpieza más efectivos pero que no son aplicables a los casos referidos porque requieren alguna forma de manipulación del equipo a limpiar. En concreto, la limpieza por ultrasonidos resulta altamente eficiente, pero requiere, por el estado de la técnica actual, sumergir el producto a limpiar en el medio fluido al que se transmite las ondas de ultrasonido.
Son conocidos en la actualidad distintos dispositivos para las funcionalidades indicadas, resultando de especial interés la mención de los siguientes:
1o) ES 2649989: Dispositivo de posicionamiento para limpieza de superficies de diversa geometría mediante medios de proximidad o contacto, y procedimiento de uso, cuyas principales características son que se sitúa perpendicular a la superficie, disponiéndose los equipos de limpieza en una línea paralela a la misma, cubriéndola íntegramente, de
manera que, mediante proyección de agua, con elemento removedor de la suciedad (cepillo o similar) o sin él, se optimiza la limpieza de toda la superficie a limpiar.
2o) ES 2223547: Un método de limpieza por ultrasonidos para limpiar una superficie, que comprende las etapas de: introducir un transductor; sumergir en un líquido el transductor ultrasónico y al menos una parte de la superficie del conjunto; y generar energía ultrasónica en un nivel de potencia y a una frecuencia determinada.
3o) US 3612920: Una sonda de transductor ultrasónico de tipo rueda comprende una porción de buje y una porción de llanta giratoria, ambas hechas de material termoplástico sustancialmente rígido. La sonda está dimensionada para ser útil para la medición de espesores y para este fin se construye para causar la señal ultrasónica a distancias ¡guales transversales en la porción del buje y la porción del borde.
4o) US 5419196: una técnica para la investigación ultrasónica del lado de una cabeza de riel y otras partes del carril con una pluralidad de funcionamiento simultáneo de transductores ultrasónicos. Consiste en la colocación de un transductor en el eje de una horquilla convencional dentro de una rueda llena de fluido rotativo de tal manera que el transductor produzca una lectura de distancia.
5o) US 6325127: Un equipo de soldadura por costura de al menos dos piezas de trabajo similares a una hoja apiladas. El elemento de costura y corte comprende una rueda receptora y una superficie de corte sobre el mismo. Un emisor y una rueda reciben la corriente de alta frecuencia y la convierten en vibraciones ultrasónicas mecánicas que tienen la misma frecuencia.
6o) WO 90 13814: un método y aparato para detectar defectos en ruedas de material rodante mediante la realización de una exploración ultrasónica de las ruedas, la instalación de prueba de rueda ultrasónica explora automáticamente cada rueda de un juego de ruedas y comprende dos sondas de rueda ultrasónicas para cada rueda.
Todas las invenciones identificadas y que tienen como finalidad la misma que la presente invención tienen como denominador común la integración de los siguientes elementos técnicos necesarios:
1. Conjunto de elementos de generación de onda ultrasónica, a la frecuencia y amplitud correcta para la ejecución de la función requerida: medición, limpieza u otros.
2. Medio fluido de transmisión de la onda.
La distinción del medio fluido de propagación de la onda ultrasónica y el medio fluido de limpieza, separándolos mediante un continente flexible es, en esencia, un nuevo elemento técnico necesario que se añade.
Frente a ello, la invención propuesta contiene novedades, ventajas y por tanto novedad respecto del estado de la técnica conocido, en tanto que no se encuentran referencias a un sistema que cumpla con todas estas características que la invención propuesta reúne, cual es la novedad consistente en la introducción de la diferenciación entre el fluido de transmisión de onda y el de limpieza, de forma que con ello se produce:
- Aumento de la calidad de la limpieza frente a sistemas convencionales, con un consumo inferior de fluido de limpieza durante el proceso de limpieza.
- En el uso de tecnologías ultrasónicas en procesos de limpieza, eliminación del requisito de inmersión o de acercamiento a distancias mínimas del generador de ultrasonidos a la superficie a limpiar.
- Consecuencia del beneficio anterior, se posibilita la implantación de sistemas ultrasónicos para limpieza de superficies, sin modificar la ubicación ni la instalación del equipo a limpiar.
- En comparación con el uso de medios mecánicos para la limpieza, como cepillos y similares, elimina la posibilidad de abrasión o rallado de la superficie a limpiar, prolongando su vida útil y preservando su estado de conservación.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención propuesta, “Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmisión de ultrasonidos a través de un medio fluido delimitado por un elemento sólido flexible”, a nivel procedimiento requiere implantar la siguiente consecución de acciones: en
primera instancia, generar una onda ultrasónica en el interior de un continente, que se caracterizará porque al menos la superficie que se encontrará en contacto con la superficie a limpiar será flexible, con el objeto de adaptarse a distintas geometrías posibles y de no erosionar esta superficie a limpiar. Además, el material de este continente envolvente deberá no ser opaca a la onda ultrasónica. Indispensablemente en el interior del continente existirá un fluido que será el encargado de transmitir la onda ultrasónica desde el generador de ultrasonidos hasta la superficie interior del continente flexible. Del lado exterior de este mismo continente, que no es opaco al ultrasonido, se obtendrá una onda ultrasónica similar a la emitida en el interior. La segunda acción a realizar es la de Irrigar la superficie exterior del continente, en concreto el área que va a entrar en contacto con la superficie a limpiar, de manera que exista un mínimo de líquido que haga de fluido de transmisión y que implosione por efecto del ultrasonido sobre la superficie a limpiar, así se consigue la limpieza por ultrasonido sin tener que exponer la superficie a limpiar al mismo fluido que se encuentra en contacto con el generador de ultrasonidos. Finalmente será recomendable retirar el fluido de transmisión tras la limpieza, para evitar que al evaporar deje restos de suciedad obtenidos durante el proceso de limpieza.
La invención propuesta, “Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmisión de ultrasonidos a través de un medio fluido delimitado por un elemento sólido flexible”, se lleva a cabo a partir de los siguientes elementos constituyentes:
1. Sistema portante del equipo de limpieza. Formado por los siguientes elementos: a. Estructura de anclaje de sistemas de generación de ultrasonido. Se trata de una estructura configurada de manera que la disposición de los equipos de limpieza cubra, segmentado en diferentes tramos o mediante un solo elemento, toda la superficie a limpiar. Esta estructura puede a su vez incorporar elementos móviles que permitan sortear posibles obstáculos que puedan aparecer a lo largo del recorrido necesario para barrer toda la longitud de la superficie a limpiar. Este sistema portante será un equipo necesario para la puesta en marcha y uso del sistema de limpieza por ultrasonidos objeto que se describe en el presente documento, aunque no será en rigor parte integrante del mismo.
b. Equipo de sustentación del conjunto total de elementos integrantes, que podrá incluir un vehículo para el traslado que posibilita la limpieza de todas las superficies cada una de ellas en toda su longitud.
La omisión de alguno o todos estos elementos anteriores reducirá la efectividad del sistema de limpieza, aunque no son estrictamente partes integrantes de la invención presente.
2. Equipo generador de ultrasonidos. En general todos los equipos de generación de ultrasonidos consisten en un generador, un convertidor, un amplificador y un sonotrodo. El ultrasonido se produce en el generador electrónico que transforma la tensión eléctrica recibida en alta tensión y alta frecuencia (ultrasónica). La tensión eléctrica ultrasónica se transmite hasta un convertidor de ultrasonidos de tipo piezoeléctrico. El convertidor piezoeléctrico transforma la energía eléctrica en vibraciones mecánicas a la frecuencia aplicada. Estas vibraciones son transmitidas al amplificador, y éste a su vez al sonotrodo que es la pieza que debe sumergirse en el fluido contenido. El equipo generador de ultrasonidos en sí mismo es un elemento técnico necesario y como tal se cita, aunque no forma parte de la novedad de la invención presente nada más que en la necesidad de realizar una definición de la geometría del sonotrodo y una configuración de los valores de frecuencia y amplitud del ultrasonido. Adicionalmente en el interior del continente que aloja el generador de ultrasonidos, cuando el sonotrodo sea del tipo eje de sección circular, podrá disponerse una pantalla, reflector, que direccione las ondas de ultrasonidos a un área concreta del recipiente, en concreto la que va a estar en contacto con la superficie a limpiar, con el fin de aumentar la eficacia de la limpieza.
3. Elementos auxiliares, como proyectores de fluido de limpieza en la parte exterior del continente envolvente, que suministra el fluido de transmisión, necesario para que el efecto de los ultrasonidos realice la limpieza de la superficie.
4. Equipo de limpieza por ultrasonidos, en continente envolvente. Es en sí mismo el fundamento de la presente invención. Estará formado por las siguientes partes integrantes: a. Soporte de sonotrodo y amplificador. Al ser estos elementos, el sonotrodo y el amplificador, elementos que físicamente son los que realizan la emisión
de ultrasonidos, deben estar físicamente situados en el lugar de trabajo. Por otro lado, son elementos que reciben corriente eléctrica por lo que deben estar aislados de fluidos transmisores de corriente. De ahí que sea necesario realizar un equipo soporte que exponga la vibración al fluido transmisor, pero proteja, en alojamiento estanco, los sistemas eléctricos, siendo básicamente el sonotrodo el elemento que queda sumergido. Existen diferentes tipos de sonotrodo, siendo los más interesantes para su aplicación en la presente invención los tipos tubular y pala: i. El tipo tubular podrá quedar sujeto en su extremo siendo posicionado coaxial con el eje del continente envolvente quedando su fijación y el amplificador fuera del mismo. El problema de este tipo de sonotrodos es que irradia ondas ultrasónicas en los 360 grados radiales, por lo que será necesario generar una superficie que apantalle y redireccione hacia un área concreta todas esas ondas de ultrasonido; esta pantalla es un reflector.
¡i. El tipo pala direcciona las ondas de ultrasonido, pero su fijación requiere que el amplificador quede en línea, ocupando un espacio en el interior del continente envolvente, pero debe estar aislado del fluido por recibir corriente eléctrica. b. Continente envolvente. Se trata de una camisa de material flexible y con una densidad muy similar o igual a la del líquido que contiene para que resulte permeable y produzca poca distorsión en el ultrasonido generado y transmitido en su interior. c. Relleno hueco. Tanto en el caso del sonotrodo tubular como en el de pala es importante que se reduzca el peso del conjunto al mínimo, razón por la cual se debe evitar que todo el interior del continente envolvente posea fluido contenido. En el caso del sonotrodo tubular con reflector, la superficie contraria a la expuesta a las ondas en el reflector será la cara interior de un relleno hueco. En el caso del sonotrodo de pala, este relleno hueco tendrá la doble función de alojar el amplificador del sistema de generador de ultrasonidos además de la función de generar una cámara vacía.
d. Fluido contenido. Se trata del fluido contenido en el continente envolvente y en el que se encuentra el sonotrodo. Es el encargado de llevar las ondas de ultrasonido hasta la cara interior del continente envolvente. e. Fluido de transmisión, y sus sistemas de aporte. La superficie a limpiar, antes de acercársele el sistema de limpieza, debe ser impregnada de un fluido que creará película entre la superficie a limpiar y el exterior del continente envolvente, de manera que continúa siendo medio de transmisión del ultrasonido hasta la superficie; también ocurre en este fluido, en la superficie, la implosión propia de la limpieza por ultrasonidos. Para aplicar este fluido de transmisión puede usarse cualquier sistema de inyección de los disponibles y la instalación de los mismos no requiere de desarrollo particular para esta aplicación. f. Mecanismos de aproximación y adecuación. Serán sistemas de actuación lineal, con o sin amortiguación, con posibilidad de rotación y acción basculante para facilitar la adecuación a las superficies y el apoyo de toda la línea del continente envolvente. g. Motor de rodadura. Se consideran factibles dos montajes, en el primero el continente envolvente consiste en una manga que desliza sobre la superficie y el segundo, más probable, dicho continente envolvente consiste en un rodillo que rodará sobre la superficie a limpiar. Para favorecer que dicha rodadura se produce sin deslizamiento sobre la superficie a limpiar, para con ello evitar arañazos por arrastre de la suciedad, se motorizará el giro de esta configuración. h. Control de temperatura. El sistema de limpieza por ultrasonidos tiene el problema particular de producirse elevación de la temperatura del fluido que envuelve al sonotrodo, en este caso el fluido contenido. Para que este aumento de temperatura no suponga un problema para el funcionamiento ni para la integridad del continente envolvente se podrá situar un sistema de refrigeración interior o se podrá también recircular el fluido contenido haciéndolo pasar por un intercambiador de enfriamiento.
Montaje alternativo, manga deslizante que apoya en la superficie a limpiar. El amplificador y el sonotrodo, en forma de lámina o cuchilla, se sitúan de manera que emiten ondas ultrasónicas a un fluido contenido en un volumen de sección rectangular y ancho adecuado, flexible, que a modo de manta apoya en la superficie a limpiar en un tramo de su longitud y esta superficie apoyada, de igual manera a como ocurre en la
configuración de envolvente rotativo, se ejecute la limpieza por ultrasonidos gracias a la existencia de un fluido de limpieza previamente aplicado a la superficie a limpiar.
BREVE 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, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica de la misma, se acompaña como parte integrante de esta descripción, un juego de figuras en las que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
Figura 1.- Vista isométrica de conjunto general.
Figura 2.- Vista de sección con sonotrodo tubular.
Figura 3.- Vista de sección con sonotrodo de pala.
Figura 4.- Manga deslizante.
En las citadas figuras se pueden destacar los siguientes elementos constituyentes:
01.- Amplificador.
02.- Sonotrodo.
03.- Continente envolvente.
04.- Reflector.
05.- Relleno hueco.
06.- Motor de rodadura.
07.- Fluido contenido.
08.- Fluido de transmisión.
09.- Control de temperatura.
10.- Superficie a limpiar.
DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PREFERIDA
A los efectos de la presente realización preferida se describirá un dispositivo que integre los dos modos operativos descritos, aunque en función del tipo de suciedad, de la geometría de la superficie a limpiar y otros factores que forman parte de la casuística del proceso de limpieza, puede ser suficiente el uso de una sola o de ambas.
El sistema de limpieza de superficies mediante la transmisión de ultrasonidos a través de un medio fluido delimitado por un medio sólido flexible requiere el uso de elementos adicionales externos, como son una estructura soporte, un medio de posicionamiento y un sistema de traslación que posibilite el desplazamiento del conjunto. En todo caso, son elementos que adecúan el uso de la presente invención en determinadas condiciones y para determinadas superficies, y aunque serán generalmente necesarias no son elementos técnicos necesarios para el objeto de la presente invención, que se ciñe a las siguientes partes integrantes: a) Conjunto de sistemas que realizan la generación de ultrasonidos, siendo de especial mención el amplificador (01) y el sonotrodo (02) por ser éstos los que deberán estar incluidos en el sistema mecánico. La frecuencia y potencia del ultrasonido generado deberán estar incluidas dentro de un rango delimitado por unos valores máximos y mínimos para que definen el comportamiento óptimo en su funcionamiento como sistema de limpieza. Los tipos de sonotrodo (02) más recomendados para su instalación son los del tipo pala y los del tipo tubular; para la descripción de la construcción preferida se considerará el tipo tubular por resultar ser más completa en los componentes que se requieren en su integración.
El sonotrodo (02) tubular tiene incorporado en su mismo eje el amplificador (01), acopladas rígidamente ambas piezas siendo la zona de unión de ellas la definida también para la sujeción de este conjunto. Para la unión del conjunto amplificador (01) y sonotrodo (02) al conjunto final debe partirse del conocimiento de que el amplificador (01) también es de sección cilindrica y tiene un diámetro mayor que el sonotrodo (02) por lo que en el paso de una parte a la otra se genera una superficie que sirve de apoyo. En una brida con orificio interior concéntrico se hace pasar el sonotrodo (02) y la parte de amplificador (01) que quedarán sumergidos y la parte que apoya en la brida acaba en vástago roscado que mediante la colocación de su correspondiente tuerca sirve tanto de fijación como aislamiento de los componentes eléctricos que conectan en el amplificador (01). Esta brida estará construida de forma que sea el cabo de una pieza que continúa en un tubo de sección circular en donde unos rodamientos y retenes harán de este conjunto de fijación un eje rotativo.
b) Continente envolvente (03) consistente en una columna hueca de espesor constante y de sección circular con los cabos cerrados creando una capa en los planos radiales de los extremos de este cilindro, pero que está esta capa acabada en un determinado radio que supone ser un agujero en ambas caras de extremos. El material con que se construye el continente envolvente (03) será flexible, podrá contener en su interior, sin derrames excesivos por porosidad, un líquido como el agua y deberá ser permeable a las ondas ultrasónicas.
Las tapas abiertas de los extremos del continente envolvente (03) se fijan a unas bridas que asegurarán la estanqueidad del interior y que de igual manera a como se describió en el soporte de amplificador (01) y sonotrodo (02) esta brida acaba en un eje hueco que sirve para, montado en conjunto con el anterior, resulte que el continente envolvente puede rotar respecto del eje que forman el amplificador (01) y el sonotrodo (02).
Durante el proceso de limpieza este continente envolvente se apoyará en la superficie a limpiar (10) y desplazándose por ella gracias a su capacidad de rodadura hará llegar a ella las ondas de ultrasonidos generados en su interior. c) El sonotrodo (02) tubular emite los ultrasonidos en los 360 de su sección radial y a lo largo de toda su longitud, pero para el proceso de limpieza solo se requiere que las ondas lleguen a la cara interior del área del área del continente envolvente (03) que se encuentra en contacto con la superficie a limpiar (10) por lo que si no se redirigen la mayoría de los ultrasonidos que se producen se producirá un desperdicio de los mismos. Para ello se fija una superficie rígida, impermeable a las ondas ultrasónicas, a la espalda del sonotrodo (02) siendo el frontal del mismo la parte que se dirige radialmente hacia la superficie a limpiar (10). Esta superficie rígida es el reflector (04) que tiene una sección doble paraboloide para que rebote una mitad las ondas ultrasónicas a un área adelantada a la de contacto entre continente envolvente (03) y la superficie a limpiar (10) y la otra mitad atrasada. El reflector deberá estar rígidamente fijado para actuar bien como tal, por lo que se hace necesario fijarlo tanto a la brida de soporte del conjunto amplificador (01) y sonotrodo (02), para que no gire con la rodadura del continente envolvente, como a su brida homologa en el extremo contrario del continente
envolvente (03), dando de esta manera rigidez estructural al conjunto además de realizar la función de reflector como tal. d) En las aplicaciones de limpieza de parques solares, tanto de concentración (heliostato y CCP) como fotovoltaica, el factor del peso de los instrumentos de limpieza es determinante, debiéndose reducir al mínimo. Si todo el interior del continente envolvente (03) no ocupado por amplificador (01), sonotrodo (02) y reflector (04) estuviera relleno de líquido el peso a manejar sería excesivo. Para evitar esto, la superficie el reflector (04) y sus anclajes a las bridas de los extremos se usan como una de las caras de un volumen de relleno hueco (05) que ocupa todo el volumen a la espalda del sonotrodo (02). Al ser hueco, y estanco, su volumen interior tendrá aire y no líquido, reduciéndose drásticamente el peso del útil de limpieza.
Además, en el caso de sonotrodo (02) de tipo pala, este volumen hueco y estando servirá como alojamiento del amplificador (01) y sus conexiones eléctricas. Finalmente, su construcción podrá aumentar la rigidez mecánica del conjunto. e) Si por defecto o por exceso de presión en el apoyo del continente envolvente (03) en la superficie a limpiar (10) se generase un impedimento a la rodadura, con el desplazamiento del útil de limpieza a lo largo de la superficie a limpiar (10) se produciría un arrastre de la suciedad, pudiendo ello generar arañazos en la superficie a limpiar (10). Para evitar este supuesto indeseable se integra un motor de rodadura (06) en uno de los extremos de los ejes de fijaciones de amplificador (01) y sonotrodo (02) con continente envolvente (03). Este motor de rodadura (06) podrá transmitir el movimiento por una combinación de piñones o por poleas y correas o por fricción, en todo caso son elementos estándares de transmisión de movimiento rotatorio conocidos y fácilmente sustituidles entre sí. f) El interior del continente envolvente (03) que no está ocupado por amplificador (01) sonotrodo (02) ni relleno hueco (05) se deberá llenar con un líquido, el fluido contenido (07), que será el medio por el que las ondas ultrasónicas se desplazarán desde el sonotrodo (02) hasta el interior del continente envolvente (03).
g) Las ondas ultrasónicas generadas en el sonotrodo (02), redirigidas por el reflector (04), viajan a través del fluido contenido (07) hasta alcanzar la cara interior del área del continente envolvente (03) que al ser permeable a estas ondas, deja que le traspasen con una mínima incidencia en sus características. Para que estas ondas acaben incidiendo en la superficie a limpiar (10) y acaben produciendo la limpieza será necesario intermediar otro fluido de transmisión (08) entre la cara exterior del continente envolvente (03) y la superficie a limpiar (10). El modo de aplicación puede ser cualquiera de los muchos existentes: boquillas de inyección en abanico plano, pulverización o cualquier otra ya que solo es necesario que exista una fina película de fluido de transmisión (08) para que la onda llegue a la superficie a limpiar (10).
Tras pasar el útil de limpieza por un área de la superficie a limpiar (10) el efecto conseguido es que la suciedad incrustada o adherida ha sido despegada por acción del ultrasonido, pero realmente la suciedad no ha sido retirada por lo que realmente no ha sido limpiada. Para producir esta retirada de la suciedad será necesario evacuar de la superficie los restos de fluido y la suciedad, lo que se consigue mediante aplicación de un fluido adicional, que produzca el aclarado de la superficie. Igualmente puede ser recomendable u oportuno retirar el fluido de aclarado, secando la superficie o pasando un labio de material flexible que lo arrastre. h) La generación de ultrasonidos produce aumento de temperatura (calor) en el fluido contenido (07). Para evitar que se alcancen cotas demasiado elevadas de temperatura, que podrían degradar los materiales del continente envolvente o disminuir la acción de transmisión de ultrasonidos, será necesario incluir un sistema de control de temperatura (09). A efectos de la fabricación preferida se menciona la integración de un enfriador en el interior del útil (aprovechando el volumen interior del relleno hueco (05)) pero igualmente sería válido realizar la recirculación constante del fluido contenido (07) para que una vez fuera del continente envolvente (03) haga intercambio de calor, natural o forzado.
No se considera necesario hacer más extensa esta descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el alcance de la invención y las ventajas que de la misma se derivan. Los materiales empleados, dimensiones o los propios procedimientos de unión, serán susceptibles de variación siempre y cuando ello no suponga una alteración en la esencialidad del invento.
Claims
1.- Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmisión de ultrasonidos a través de un medio fluido delimitado por un elemento sólido flexible, caracterizado por estar constituido a partir de: a) un sistema portante del conjunto de mecanismos de limpieza, formado, a su vez, por: i. Camión con depósito de agua y pluma.
¡i. Estructura de anclaje de sistemas de limpieza, también articulado para retirar parcial o totalmente todos o alguno de los útiles de limpieza para con ello sortear obstáculos durante el avance del conjunto a lo largo de la superficie en limpieza. b) dos grupos de Pulverizado de agua u otro líquido, con o sin aditivos este líquido, en dos posiciones: i. Previo al paso del útil de limpieza.
¡i. Posterior al paso del útil de limpieza, (para aclarado de la superficie acabada de limpiar). c) útil de limpieza por ultrasonidos encerrado en continente flexible, formado a su vez por: i. Soporte con amortiguación para fijación del útil a la estructura de anclaje, en sistema portante.
¡i. Componentes de generación de ultrasonidos, incluido sonotrodo. iii. Camisa de material impermeable y flexible que envuelve el sonotrodo y que se encuentra relleno de agua o líquido similar. En su interior además podrá incorporarse también otros elementos no imprescindibles, que se enumeran a continuación:
iv. Relleno hueco situado en el interior de la camisa, con la función de reducir la cantidad de líquido de relleno necesario. v. Superficie construida en material opaco para el ultrasonido, dispuesta a un lado del sonotrodo y con geometría circular o similar con el que direccionar las ondas de ultrasonidos hacia una superficie concreta del interior de la camisa.
2.- Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmisión de ultrasonidos a través de un medio fluido delimitado por un elemento sólido flexible según reivindicación 1 , donde el útil de limpieza tiene la camisa de sección tubular y con capacidad de rotación mientras está siendo apoyada en la superficie a limpiar.
3.- Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmisión de ultrasonidos a través de un medio fluido delimitado por un elemento sólido flexible según reivindicación 1 , donde la camisa consiste en una manga que apoya y desliza sobre la superficie a limpiar.
4.- Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmisión de ultrasonidos a través de un medio fluido delimitado por un elemento sólido flexible, según reivindicaciones 2 y 3, caracterizado porque añade un actuador rotatorio que asegura que la envolvente rotatoria no desliza sobre la superficie a limpiar.
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| ES202131184A ES2944612B2 (es) | 2021-12-21 | 2021-12-21 | Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmisión de ultrasonidos a través de un medio fluido delimitado por un elemento sólido flexible |
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| PCT/ES2022/070748 WO2023118627A1 (es) | 2021-12-21 | 2022-11-21 | Dispositivo de limpieza de superficies mediante la transmision de ultrasonidos a traves de un medio fluido delimitado por un elemento solido flexible |
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| FR2549745A1 (fr) * | 1983-07-27 | 1985-02-01 | Scp Biscornet | Procede de nettoyage par ultra-sons de surfaces et dispositif et installation mettant en oeuvre le procede |
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2022
- 2022-11-21 WO PCT/ES2022/070748 patent/WO2023118627A1/es unknown
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| ES2944612A1 (es) | 2023-06-22 |
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