ES2277792B2 - Filtro para liquidos y su procedimiento de limpieza automatica. - Google Patents
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Abstract
Filtro para líquidos y su procedimiento de limpieza automática. La presente invención se refiere a un filtro para agua y otros líquidos, que incluye diferentes etapas de filtración en un mismo cuerpo, siendo su limpieza realizada automáticamente por un nuevo procedimiento. El filtro comprende un cuerpo exterior cilíndrico por cuya base inferior penetra tangencialmente la conducción de agua a filtrar, utilizándose la fuerza centrifuga en una primera etapa de filtrado para separar las partículas de mayor densidad. A continuación el liquido adquiere una trayectoria helicoidal y pasa por diversos dispositivos filtrantes, como mallas, anillas, etc., siendo recogida finalmente el agua filtrada, y por tanto ya limpia, en un tubo central convenientemente perforado que sale del filtro por el centro de su base inferior. Se utiliza para la limpieza de líquidos, fundamentalmente agua, en agricultura para riego localizado, en industria, medioambiente, etc.
Description
Filtro para líquidos y su procedimiento de
limpieza automática.
La presente invención se refiere a un filtro
para agua y otros líquidos, que incluye diferentes etapas de
filtrado en un mismo cuerpo, siendo su limpieza realizada
automáticamente por un nuevo procedimiento.
El filtro objeto de esta invención tiene un
ámbito de aplicación diverso, siendo muy indicado en el sector
agrícola, sector industrial, plantas desalinizadoras, sector urbano
y medioambiental.
Los líquidos contienen, normalmente, en
suspensión diversas partículas sólidas no deseables. Así, para
eliminar las partículas que contiene el agua y otros líquidos se
utilizan diferentes tipos de filtros.
En agricultura, la limpieza física del agua se
hace necesaria en el procedimiento de riego localizado, para lo cual
se requiere la utilización de diversos filtros, que son conocidos
como de arena, de mallas y de anillas, según su elemento filtrante.
También son usados los ciclones, así llamados por estar en la fuerza
centrifuga su principio de filtración.
La industria también utiliza filtros, bien en
procesos o para el vertido a cauces públicos de aguas contaminadas
que, tras pasar por ellos, resultan más tolerables
medioambientalmente.
Conocidas son las siguientes patentes: la
patente europea ES 2 200 901 T3 trata de un filtro monotamiz de
malla con limpieza mecánica por motor; la patente de invención 69206
se refiere a un filtro con paletas de limpieza; el modelo de
utilidad U 9900677 muestra un filtro de anillas simple, así como el
U 200201423 presenta un filtro con doble alojamiento de cartucho de
anillas.
Los diferentes tipos de filtros existentes
pretenden obtener agua carente de partículas sólidas con diámetro
superior a un valor determinado, y con facilidad de lavado cuando se
colmaten. Estos objetivos no son fácilmente conseguidos. Normalmente
se colocan diversos filtros en serie, dentro de casetas construidas
al efecto, requiriendo gran espacio y piezas de conexión. Las
pérdidas de energía son elevadas, como consecuencia de diseños poco
cuidadosos con este concepto y de sus instalaciones.
La presente invención coloca los elementos
filtrantes sucesivamente en una única envolvente metálica, lo que
simplifica enormemente la instalación, con la menor pérdida de
energía. Además, la facilidad de limpieza, incluso automática,
resuelve los problemas existentes, aportando ventajas nuevas que
quedarán patentes a lo largo de la presente descripción.
Comprende la presente invención un filtro para
líquidos y su procedimiento de limpieza automática. El dispositivo
está compuesto por las siguientes partes esenciales:
- \bullet
- Un cuerpo exterior envolvente cilíndrico vertical en cuyo interior se alojan los elementos filtrantes necesarios para realizar la eliminación de impurezas sólidas del líquido en diversas fases sucesivas.
- \bullet
- Un tubo que penetra tangencialmente sobre la base inferior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico anterior por el que entra el líquido a filtrar.
- \bullet
- Un tubo interior colector concéntrico al cuerpo exterior envolvente con salida inferior para el líquido filtrado.
- \bullet
- Una tapa desmontable hermética colocada en la base superior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico.
El filtro se compone, pues, de un cuerpo
exterior envolvente cilíndrico vertical en cuyo interior se alojan
los elementos filtrantes necesarios para realizar la eliminación de
impurezas sólidas del líquido en diversas fases sucesivas. Para la
entrada del líquido a filtrar se dispone de un tubo que penetra
tangencialmente sobre la base inferior del cuerpo exterior
envolvente cilíndrico continuando con una pieza de adaptación del
flujo que efectúa el cambio gradual de la sección hasta una sección
rectangular que produce trayectorias circulares, por cuyo motivo las
partículas pesadas descienden y se aproximan a la periferia, al
actuar sobre ellas las fuerzas de gravedad y centrifuga. En esta
zona inferior se coloca una trampilla para recoger dichas partículas
pesadas, las cuales quedan almacenadas en una cámara inferior de
impurezas. A continuación de esta primera etapa de filtración, la
corriente fluida sigue una superficie sólida alabeada dispuesta
para impulsar al fluido con un movimiento helicoidal ascendente.
La corriente con movimiento helicoidal, se
utiliza para arrastrar la suciedad hacia la periferia y zonas más
altas del dispositivo, retirándola de las partes filtrantes más
activas, las cuales reciben, así, una limpieza adicional.
Las siguientes etapas en la filtración se
producen por la interposición sucesiva al flujo de diferentes
elementos filtrantes con formas de superficies cilíndricas
concéntricas o de corona circular para los paquetes de anillas.
Esta disposición es conveniente, en primer
lugar, porque todos los elementos filtrantes quedan dentro de la
misma envolvente, con una considerable reducción de espacio y de
piezas de conexión. En segundo lugar, el paso del fluido se realiza
hidrodinámicamente, quedando los elementos filtrantes interpuestos
sucesivamente en el camino del líquido, sin cambios bruscos en su
desplazamiento, y produciéndose la menor pérdida de carga.
En la base superior del citado cuerpo exterior
envolvente cilíndrico se dispone una tapa desmontable hermética. En
esta tapa se sitúan uno o varios mecanismos de ventosa de bola para
facilitar la salida y entrada de aire en el llenado y vaciado del
filtro. Dicha tapa tiene varias entallas circulares concéntricas
para fijar los elementos filtrantes; sobre la de mayor diámetro se
fija un panel cilíndrico de mallas y en la menor de dichas entallas
se centra un muelle que produce la compresión de un paquete de
anillas ranuradas colocadas concéntricas al tubo interior colector.
Este muelle actúa sobre una pieza en forma de omega que guía el
muelle y cuya parte interior se ajusta a la parte superior del tubo
interior colector concéntrico al cuerpo exterior envolvente, dejando
entre ambas partes una cámara de volumen variable, conectada
mediante un tubo de pequeño diámetro directamente a la salida del
referido tubo interior colector.
La parte inferior del filtro comprende una
cámara por la que se realiza el drenaje de todas las impurezas,
soportando, además, los elementos filtrantes. Unas compuertas
unidireccionales permiten la salida hacia esta cámara del flujo, con
las partículas sucias que no han atravesado los elementos
filtrantes, pero nunca el flujo en sentido contrario.
Normalmente, los filtros se instalan formando
equipos de varias unidades. Todos los filtros se conectan en
paralelo entre la tubería general con líquido bruto de entrada y el
colector general de salida de líquido limpio filtrado. Otro colector
drenará la suciedad de las cámaras inferiores. Cada una de estas
tres conducciones estará dotada de una válvula para regular el
flujo.
El funcionamiento del dispositivo propuesto se
entiende claramente después de la descripción anterior y comprende
dos procesos bien diferenciados: la filtración y la limpieza.
Durante el proceso de filtración el líquido
bruto que llega al equipo de filtros atraviesa cada uno de ellos por
sus diferentes etapas, dejando las partículas sólidas retenidas, y
saliendo el líquido limpio al colector general de líquido
filtrado.
Pero la suciedad acumulada durante el filtrado
colmata los elementos filtrantes y ha de ser retirada en algún
momento. Este proceso de limpieza se inicia con el cierre de la
válvula situada sobre la entrada del tubo tangencial a la base
inferior del cuerpo envolvente cilíndrico y la válvula de dos vías
situada a la salida del tubo interior colector, a la par que se abre
la válvula situada a la salida de la cámara inferior de impurezas,
así se descarga el líquido a través de esta cámara arrastrando la
suciedad, colaborando a ello dos cepillos flotantes albergados entre
los elementos filtrantes, los cuales se desplazan al subir y bajar
el nivel del líquido en el filtro y rascan las superficies
filtrantes y arrastran así la suciedad. El retorno de las válvulas a
su posición de filtrado pondría el filtro nuevamente en
funcionamiento con un tiempo mínimo inactivo.
Una limpieza más exhaustiva se llevaría a efecto
a partir de la anterior etapa de gravedad, mediante la etapa de
limpieza por flujo inverso. En este proceso se abre la válvula que
conecta al colector de líquido filtrado, que ahora procederá del
resto de los filtros, el cual penetra por el tubo interior colector,
dando inicio a la limpieza del conjunto con flujo inverso o, también
llamado, contralavado. En esta situación la presión máxima, que se
halla en la conexión al colector de líquido filtrado, es transmitida
por un tubo de pequeño diámetro a la cámara variable comprendida
entre la pieza en forma de omega y la parte superior del tubo
interior colector, venciéndose, así, la acción del muelle y
descomprimiéndose el paquete de anillas. Se producen a la par un
conjunto de chorros procedentes de los orificios del tubo interior
colector perforado, que han sido taladrados con un ángulo y
disposición adecuados para que al chocar sobre el interior del
paquete de anillas produzcan el giro y la desunión de las mismas,
favoreciéndose la limpieza de las partículas retenidas entre sus
ranuras. El flujo inverso arrastra las impurezas pasando por las
compuertas unidireccionales a la cámara inferior de impurezas y
junto con los sólidos densos atrapados en la etapa de gravedad,
salen todos hacia el exterior.
Se repiten las operaciones de llenado y vaciado
del filtro accionando la válvula del colector de líquido filtrado
cuantas veces se estimen necesarias, según el grado de limpieza
exigido, en cuyo momento se restablece el flujo de entrada de
líquido bruto y, cerrándose la salida de drenaje, se recupera la
presión de entrada en el filtro y sus operaciones de filtración.
Ambos procesos siempre pueden ordenarse
manualmente, pero en los equipos compuestos por varias unidades de
filtros se recomienda la forma automatizada para el buen
funcionamiento de la red abastecida, asegurando siempre una presión
correcta de salida mediante válvula reguladora situada en el filtro
último. Cuando esta presión es mínima se inicia la secuencia de
lavado de filtros, normalmente controlada por un programador.
La Figura 1 representa el alzado del filtro,
seccionado a un cuarto.
La Figura 2 muestra la planta del filtro.
Las Figuras 3 y 4 esquematizan las direcciones
del flujo en filtración y en limpieza.
A continuación se hace una descripción completa
de una realización preferente del aludido dispositivo, 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 se compone de un cuerpo exterior
envolvente cilíndrico vertical (1), cuya base inferior se cierra por
una tapa circular hermética sobre la cual se dispone tangencialmente
un tubo (2) que conduce el líquido bruto de entrada al filtro. Este
tubo se prolonga mediante una pieza que efectúa el cambio gradual de
la sección circular del tubo a otra rectangular (4) y adaptándose a
la periferia de la base indicada en un trayecto aproximado a media
circunferencia. A continuación una trampilla (5), repartida por la
parte inferior, atrapa las partículas pesadas que han sido allí
concentradas, por la acción de la gravedad y de la fuerza
centrífuga, quedando almacenadas en una cámara inferior de impurezas
(6). La parte superior de esta trampilla la forma una superficie
alabeada (7), por cuya especial forma, la corriente de líquido, que
llega procedente de la pieza semicircular, recibe un movimiento
helicoidal ascendente que resulta tangencial a un panel cilíndrico
de mallas (8) interpuesto a continuación. Este movimiento helicoidal
del líquido arrastra las partículas sólidas hasta la periferia y
partes superiores menos activas para la filtración.
A un menor radio se dispone un paquete de
anillas ranuradas (9) concéntricas a un tubo interior colector
concéntrico al cuerpo exterior envolvente (10), que está perforado y
soldado a la tapa inferior, atravesándola para servir de elemento
final de salida del líquido filtrado. Una rosca terminal u otro
elemento de unión permite el acoplamiento entre el filtro y dicho
tubo interior colector.
El filtro comprende, aquí, tres etapas de
filtración, la ciclónica para la separación de los sólidos densos
(5), la de mallas (8) para los de volumen medio y la de anillas (9)
para los de pequeño volumen, quedando las impurezas sólidas
separadas en zonas diferentes, lo cual supone menos colmatación y
una reducción del número de lavados necesarios por filtro.
La base superior del cuerpo exterior envolvente
cilíndrico se cierra por una pieza (11) a modo de tapa desmontable
con elementos de estanqueidad y cierre, generalmente, por abrazadera
de palanca, disponiéndose sobre dicha tapa una o varias ventosas
(12) de bola, así como varias entallas concéntricas. La entalla de
mayor diámetro sirve para fijar el panel de mallas y la menor centra
un muelle (13) de compresión del paquete de anillas, que actúa sobre
una pieza fabricada con termoplástico con forma de omega, cuya parte
central (14) guía el muelle de compresión y desliza sobre la parte
exterior del tubo interior colector (10) dejando entre ambas piezas
una cámara variable (15) conectada a la parte inferior del tubo
interior colector por otro tubo de pequeño diámetro (16).
Cuando se utiliza un solo filtro la limpieza se
realiza manualmente quitando la tapa superior por donde salen todos
los elementos a limpiar, pero cuando son varias unidades las que
forman el equipo de filtración, pueden limpiarse secuencialmente los
filtros de dos maneras complementarias. La etapa de gravedad se
realiza cerrando las válvulas situadas sobre la entrada del tubo
tangencial a la base inferior del cuerpo envolvente cilíndrico (2) y
la válvula de dos vías situada a la salida del tubo interior
colector (10), a la par que se abre la válvula situada a la salida
(18) de la cámara inferior de impurezas, descendiendo dichas
impurezas por gravedad a través de las compuertas unidireccionales
(19) arrastradas por el agua que se descarga del filtro. Estas
compuertas unidireccionales se mantienen cerradas por mecanismos
sencillos, por ejemplo un muelle, y como el gradiente de presión es
positivo no tenderán a abrirse durante la filtración.
A continuación se lleva a cabo la etapa de
limpieza por flujo inverso o contralavado. En este proceso se abre
la válvula (25) que comunica con el conector de líquido filtrado.
Entonces, el tubo de pequeño diámetro (16) aporta agua a la cámara
variable (15) a la presión máxima para que sea vencida la acción del
muelle y liberado el paquete de anillas. En esta operación de flujo
invertido, los chorros procedentes de los orificios inclinados del
tubo interior colector (10) producen en las anillas un movimiento
giratorio con desplazamientos múltiples para liberar las partículas
retenidas entre sus ranuras. Las operaciones de limpieza se ven
favorecidas por la acción de dos cepillos flotantes (17) que rascan
las mallas y las anillas cuando se desplazan al subir y bajar el
nivel del líquido en el filtro.
Entre el colector general de llegada de líquido
bruto (20) y el colector general de salida de líquido filtrado (21)
se disponen los filtros en paralelo. Cada filtro tiene otra salida
que recoge el agua de limpieza hacia el colector de drenaje (22). El
flujo de todos los colectores se regula mediante las
correspondientes
válvulas.
válvulas.
En el proceso de filtración la salida general
del líquido debe permanecer a una presión aproximadamente constante,
lo cual no suele suceder en los equipos de filtrado actualmente
comercializados, pues la presión de salida es mayor cuando los
filtros están limpios y baja cuando los filtros se van colmatando,
llegando a ser mínima cuando se inicia la limpieza, pues además hay
que derivar un caudal de contralavado. Para evitar esto, se
instalará en una o varias de las válvulas de salida (23) un
mecanismo regulador de presión aguas abajo, que garantice una
presión constante de funcionamiento en la red, incluso cuando se
entre en el proceso de contralavado. De esta manera sólo los filtros
dotados en su salida de válvula con dispositivo regulador trabajarán
a caudal variable, siendo el funcionamiento de los restantes a
caudal óptimo, lo cual facilita el mejor arrastre de suciedad hacia
las zonas periféricas y superiores por el movimiento
helicoidal del líquido.
helicoidal del líquido.
Dada la orden de limpieza, por presión
diferencial mínima, por caudal o por tiempo, se procede
secuencialmente en cada filtro, dejando para el final los filtros
con válvulas reguladoras, si los hubiera. En primer lugar, se
cierran válvulas (23 y 25), excepto la de drenaje (24), en cuya
disposición el líquido contenido en el filtro se descarga
arrastrando la suciedad por el colector de drenaje. A continuación
se abre la válvula de líquido filtrado (23), dejando entrar
suficiente cantidad para realizar el proceso de contralavado,
seguidamente se corta esta entrada y se deja desaguar el filtro a
drenaje, repitiendo la operación cuantas veces se requiera según el
grado de limpieza exigido.
El cambio de válvulas, paso de líquido bruto y
cierre de drenaje, deja el filtro en su operación de filtración.
Toda la secuencia de operaciones para instalaciones complejas debe
encomendarse a un
programador automático.
programador automático.
Claims (13)
1. Filtro para líquidos caracterizado por
estar compuesto de las siguientes partes esenciales:
- \bullet
- Un cuerpo exterior envolvente cilíndrico vertical en cuyo interior se alojan los elementos filtrantes necesarios para realizar la eliminación de impurezas sólidas del líquido en diversas fases sucesivas.
- \bullet
- Un tubo que penetra tangencialmente sobre la base inferior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico anterior por el que entra el líquido a filtrar.
- \bullet
- Un tubo interior colector concéntrico al cuerpo exterior envolvente con salida inferior para el líquido filtrado.
- \bullet
- Una tapa desmontable hermética colocada en la base superior del cuerpo exterior envolvente cilíndrico.
2. Filtro para líquidos según reivindicación 1
caracterizado porque el tubo que penetra tangencialmente
sobre la base inferior del cuerpo envolvente cilíndrico continúa con
una pieza de adaptación del flujo que efectúa el cambio gradual de
la sección hasta una sección rectangular que produce trayectorias
circulares, por cuyo motivo las partículas pesadas descienden y se
aproximan a la periferia, al actuar sobre ellas las fuerzas de
gravedad y centrifuga.
3. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1
y 2 caracterizado porque el tubo interior colector
concéntrico al cuerpo exterior envolvente está perforado y soldado a
la tapa inferior, atravesándola para servir de elemento final de
salida del líquido filtrado.
4. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1
a 3 caracterizado porque en la zona inferior se coloca una
trampilla para recoger las partículas pesadas que quedan almacenadas
en una cámara inferior de impurezas que contiene compuertas
unidireccionales accionadas por un muelle.
5. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1
a 4 caracterizado porque en la base superior del cuerpo
exterior envolvente cilíndrico se dispone una tapa desmontable
hermética en la que se sitúan uno o varios mecanismos de ventosa de
bola para facilitar la salida y entrada de aire en el llenado y
vaciado del filtro.
6. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1
a 5 caracterizado porque la tapa desmontable hermética tiene
entallas circulares concéntricas para fijar los elementos
filtrantes.
7. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1
a 6 caracterizado porque sobre la entalla circular
concéntrica de mayor diámetro se fija un panel cilíndrico de
mallas.
8. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1
a 7 caracterizado porque en la entalla de menor diámetro se
centra un muelle que produce la compresión de un paquete de anillas
ranuradas colocadas concéntricas al tubo interior colector.
9. Filtro para líquidos según reivindicaciones 1
a 8 caracterizado porque una pieza en forma de omega guía el
muelle y se ajusta a la parte superior del tubo interior colector
concéntrico al cuerpo exterior envolvente, dejando entre ambas
partes una cámara de volumen variable conectada a la parte inferior
del tubo interior colector por un tubo de pequeño diámetro.
10. Filtro para líquidos según reivindicaciones
1 a 9 caracterizado porque alberga cepillos flotantes entre
los elementos filtrantes, los cuales se desplazan al subir y bajar
el nivel del líquido en el filtro y rascan las superficies
filtrantes arrastrando así la suciedad.
11. Procedimiento de limpieza del filtro para
líquidos descrito en las reivindicaciones 1 a 10 que comprende una
etapa de gravedad y una segunda etapa de limpieza por flujo
inverso.
12. Procedimiento de limpieza del filtro para
líquidos según reivindicaciones 1 a 11 caracterizado porque
la etapa de gravedad comprende las siguientes subetapas:
- \bullet
- Se cierra la válvula situada sobre la entrada del tubo tangencial a la base inferior del cuerpo envolvente cilíndrico y la válvula de dos vías situada a la salida del tubo interior colector.
- \bullet
- Se abre la válvula situada en la salida de la cámara inferior de impurezas.
- \bullet
- Las impurezas descienden por gravedad a través de las compuertas unidireccionales, arrastradas por el líquido, se descarga del filtro.
13. Procedimiento de limpieza del filtro para
líquidos según reivindicaciones 1 a 11 caracterizado porque
la etapa de limpieza por flujo inverso comprende las siguientes
subetapas:
- \bullet
- Se abre la válvula de dos vías situada a la salida del tubo interior colector.
- \bullet
- El tubo de pequeño diámetro que conecta la cámara de volumen variable a la parte inferior del tubo interior colector aporta agua a dicha cámara variable a la presión máxima para que sea vencida la acción del muelle y liberado el paquete de anillas.
- \bullet
- Los chorros procedentes de los orificios del tubo interior colector producen en las anillas un movimiento giratorio con desplazamientos múltiples para liberar las partículas retenidas entre sus ranuras.
- \bullet
- El flujo inverso arrastra las impurezas pasando por las compuertas unidireccionales a la cámara inferior de impurezas y junto con los sólidos densos atrapados en la etapa de gravedad salen hacia el exterior.
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