ES2821406T3 - Bomba de émbolo y utilización de una bomba de émbolo - Google Patents
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Abstract
Bomba de émbolo para el transporte de un fluido, con al menos un émbolo (2) que se puede accionar de forma oscilante y es guiado sin contacto en una disposición de sellado (9) que separa una cámara de aspiración (4) que presenta una línea de alimentación (5) de un compartimento de trabajo (12), y un fuelle (7) que envuelve de herméticamente parte del émbolo (2), que está unido herméticamente al émbolo (2), por un lado, y, por el otro, a una pared delimitadora (8) en la zona de una abertura de paso para el émbolo (2), caracterizada por que de forma adyacente a la cámara de aspiración (4) se encuentra una cámara de compensación (6) abierta al interior del fuelle (7) y que durante el funcionamiento está llena de un medio presurizado, en el que la presión del medio es igual o menor que la presión de entrada del fluido a la que está sometida el fuelle (7) desde el exterior.
Description
DESCRIPCIÓN
Bomba de émbolo y utilización de una bomba de émbolo
La invención se refiere a una bomba de émbolo de acuerdo con el término genérico de la reivindicación 1 y a la utilización de una bomba de émbolo.
Este tipo de bombas de émbolo son bien conocidas. Por ejemplo, se hace referencia a la patente EP 1260712 B1, en la que se pueden accionar varios émbolos, es decir, específicamente tres émbolos, mediante un engranaje, en donde los émbolos están montados sobre un cigüeñal con un desplazamiento de 120°. Esta disposición de los émbolos compensa las fuerzas dinámicas y, en particular, reduce la pulsación del flujo.
Para separar herméticamente un compartimento intermedio de una cámara de engranajes, se proporciona un fuelle que envuelve parcialmente el émbolo y se sujeta por un lado al émbolo y por otro lado a una pared delimitadora. En el lado de la presión, el émbolo es guiado en una disposición de sellado sin contacto que separa una cámara de aspiración de una cámara de presión, en el que se proporciona una válvula de aspiración y una válvula de presión asignadas a un cabezal de bomba.
En general, la bomba de émbolo conocida mediante la patente EP 1260712 B1 ha demostrado su eficacia.
En determinadas áreas de aplicación, en particular para la homogeneización de alimentos líquidos, por ejemplo leche, también se utilizan bombas de émbolo, cuyo émbolo es guiado en una disposición de sellado con contacto. Una bomba de émbolo de este tipo se describe en la patente EP 2941 567 B1.
Sin embargo, el funcionamiento de esta bomba de émbolo para la utilización mencionado resulta insatisfactorio y, sobre todo, no cumple los requisitos en materia de higiene y asepsia.
La junta de contacto, que consta de al menos una junta tórica de un material de sellado relativamente blando que se apoya sobre el émbolo, desprende partículas de abrasión debido al movimiento oscilante del émbolo, que penetran en la cámara de aspiración y, por tanto, en la leche que se desea homogeneizar. Esta contaminación no es aceptable desde un punto de vista higiénico y, en última instancia, ocasiona que el fluido no se pueda seguir utilizando.
Independientemente de esto, esta bomba de émbolo está diseñada de tal manera que con cada movimiento de aspiración parte del émbolo penetra en un área séptica, lo que puede ocasionar la acumulación de gérmenes en la superficie del émbolo, que en el siguiente movimiento de presión, entrarán en contacto con el fluido, por lo que también existe el riesgo de que la leche se contamine de manera inaceptable. Para evitar esto, la zona en cuestión se somete a vapor o condensado caliente durante todo el proceso de producción, pero esto requiere un esfuerzo grande y costoso.
En este sentido, la limpieza de la bomba de émbolo para el funcionamiento de un dispositivo de homogeneización también constituye un problema, ya que se deben poner a disposición diversos productos y equipos de limpieza para este propósito. Sin embargo, la generación de vapor, así como la propia limpieza, consumen mucho tiempo y son particularmente desventajosas desde un punto de vista económico, especialmente porque dicha limpieza se debe realizar a intervalos relativamente cortos.
La patente DE 102014106520 A1 se refiere a una bomba de émbolo, cuyo émbolo está separado herméticamente de un compartimento interior separado físicamente por un fuelle. Sin embargo, a diferencia del tipo genérico, estos fuelles no se sujetan herméticamente al émbolo, por un lado, y, a una pared delimitadora en la zona de una abertura de paso para el émbolo, por el otro.
Una bomba de émbolo diferente al tipo genérico, que no presenta una disposición de sellado sin contacto en la que se puede guiar el émbolo, se conoce por la patente US 2013/0039788 A1.
En su interior, se encuentra un fuelle que envuelve parcialmente el émbolo bajo presión atmosférica y está conectado abiertamente a una cámara que recibe, por un lado, el exceso de volumen de aire cuando el fuelle se comprime durante un respectivo movimiento de elevación del émbolo y, por otro lado, el líquido que proviene de una cámara de aspiración en caso de fuga.
La invención se basa en el objetivo de desarrollar adicionalmente una bomba de émbolo del tipo genérico de tal
manera que se mejore su facilidad de utilización.
Este objetivo se logra mediante una bomba de émbolo con las características de la reivindicación 1.
La bomba de émbolo según la invención se puede utilizar donde existan requisitos higiénicos especiales para el transporte de un fluido o cuando se transporten sustancias peligrosas para el medioambiente. En este caso, el nuevo diseño de la bomba de émbolo permite evitar que estas sustancias entren en contacto con el medioambiente. La ventaja decisiva de la bomba de émbolo según la invención es que la zona del émbolo, que por su funcionamiento se encuentra fuera del fluido que se desea transportar y, que por lo tanto, se puede contaminar, está separada herméticamente del fluido que se desea transportar y que se encuentra dentro de la cámara de aspiración mediante fuelles.
Por lo tanto, una bomba de émbolo de este tipo es ideal para utilizar en un dispositivo de homogeneización.
Debido a que el émbolo está guiado en una disposición de sellado sin contacto, diseñada preferiblemente como una junta de separación, queda descartada la aparición de abrasión, como se describe en la técnica anterior.
Además, la bomba de émbolo según la invención se caracteriza por una larga vida útil de los elementos de sellado, que la experiencia ha demostrado es > 8000 horas de funcionamiento.
Además, el ajuste de potencia de la bomba de émbolo debe adaptarse a la aplicación específica, especialmente con respecto a la frecuencia de los movimientos, es decir, las revoluciones del cigüeñal.
Para el propósito mencionado, la disposición de sellado sin contacto presenta un manguito guía de un metal duro autorizado y resistente a la corrosión. Las otras piezas funcionales, en la medida en que estén en contacto con el fluido, también son preferiblemente de acero inoxidable.
La bomba de émbolo según la invención se caracteriza además por su estructura compacta, con un gran volumen de carrera, lo que permite minimizar los costes de fabricación en comparación con una bomba de diafragma, por ejemplo.
Según otro concepto de la invención, la cámara de compensación está separada herméticamente de un compartimento de accionamiento en donde se encuentra el engranaje, gracias a que se forma un compartimento intermedio entre la cámara de compensación y la cámara de engranajes.
A su vez, el compartimento intermedio en sí se puede separar herméticamente de la cámara de engranajes mediante un fuelle que se sujeta al émbolo, por un lado, y a una pared delimitadora de la cámara de engranajes, por otro lado, de modo que entre la cámara de engranajes y la cámara de aspiración se cuenta con un total de tres sellados herméticos, lo que permite descartar que el fluido que se encuentra dentro de la cámara de aspiración se contamine con lubricantes de la cámara de engranajes.
Según la invención, la presión del medio en la cámara de compensación es igual o menor que la presión del fluido en la cámara de aspiración. Según una variante ventajosa, la presión que prevalece en la cámara de compensación es de 0,05 a 0,2 bar, preferiblemente 0,1 bar menos que la presión de entrada del fluido.
Incluso en el caso de que el fuelle presente una fuga, el fluido es conducido a la cámara de compensación debido a la presión mayor, de modo que el medio dentro de esta, preferiblemente un gas inerte, p. ej., N2, no penetra en la cámara de aspiración debido a que la cámara de compensación en la zona de pasaje del émbolo está separada herméticamente del compartimento intermedio bajo presión ambiental mediante un sello de reborde.
El fuelle asignado a la cámara de aspiración es de un material termoplástico, por ejemplo PTFE, o de un material elastómero, que se caracteriza por una capacidad de resistencia particular, sobre todo, por una larga vida útil.
La función de los fuelles se puede supervisar mediante un circuito de control para supervisar y ajustar la presión diferencial entre la cámara de compensación y la cámara de aspiración.
Si se daña, ya no se puede mantener la diferencia de presión especificada, lo que se registra y provoca que se apague.
La supervisión adicional en el área de la cámara de compensación adyacente al compartimento intermedio detecta
la entrada de fluido. La supervisión se puede realizar mediante la detección del valor de pH, la conductividad, el nivel de llenado, la turbidez o valores similares, para lo que se pueden instalar y activar varios sensores en paralelo. A las válvulas de aspiración y presión se les asigna un cabezal de bomba al que, cuando se utiliza la bomba de émbolo en un dispositivo de homogeneización, se conecta una válvula de homogeneización, en la que el fluido presurizado se expande para su homogeneización.
La limpieza, especialmente de la junta de separación, se puede realizar por medio de un lavado forzado mediante el líquido de limpieza a una presión mayor (50-100 bar) que la que es posible lograr con el estado de la técnica (5-6 bar) generado por la válvula de homogeneización ajustable. La válvula de homogeneización puede actuar como una bomba CIP (limpieza en el lugar), que ya no es necesaria, sin aumentar la potencia de accionamiento al aumentar la velocidad del cigüeñal. El caudal volumétrico resultante corresponde al de una bomba CIP pero con una potencia de accionamiento menor que esta debido a su mejor eficiencia.
Los compartimentos intermedios de los fuelles están sujetos a un efecto de autolimpieza debido al desplazamiento radial oscilante del volumen durante el movimiento de carrera y a una tendencia menor a adherirse a la superficie del fuelle, que preferiblemente es de un material de PTFE.
En las reivindicaciones dependientes se describen otras variantes ventajosas de la invención. A continuación se describe un ejemplo de realización de la bomba de émbolo según la invención con referencia al dibujo adjunto. La figura única muestra una bomba de émbolo en una vista esquemática en corte.
En la figura, se puede ver una bomba de émbolo con una carcasa 1 que presenta una cámara de engranajes 3 para alojar un engranaje, un compartimento intermedio 16 contiguo a este, una cámara de compensación 6 y una cámara de aspiración 4. A este último está conectada una línea de alimentación 5, a través de la cual se puede inyectar un fluido de entrada presurizado, en el ejemplo, un fluido que se desea homogeneizar, en particular, leche.
A un cigüeñal del engranaje, que no se muestra en detalle, están conectados tres émbolos 2 con un desplazamiento angular de 120°, en los que durante el funcionamiento los émbolos 2 se mueven de manera oscilante. Como se conoce por el estado de la técnica, los émbolos 2 se pueden construir con varias piezas.
En los efectos de la simplicidad, a continuación se hace referencia únicamente a un émbolo 2, ya que los otros émbolos son idénticos en cuanto a su construcción y función.
El émbolo 2 se puede desplazar axialmente con un cabezal en un manguito guía 23 de una disposición de sellado 9, que está diseñada de tal manera que entre el émbolo 2 y el manguito guía 23 se genera un sellado sin contacto, es decir, una junta de separación, como se conoce en la técnica anterior.
Se forma un compartimento de trabajo 12 al que están asignadas coaxialmente una válvula de aspiración 10 y una válvula de presión 11, específicamente, en la zona de un cabezal de bomba 19 que cierra la carcasa 1 y al que está conectada una válvula de homogeneización 13, que le corresponde a la válvula de presión 11.
Un fuelle 7 en el lado de la cámara de aspiración envuelve parte del émbolo 2 en la cámara de aspiración 4 y está unido herméticamente, por un lado, al émbolo 2 y, por el otro, herméticamente a una pared delimitadora 8, que separa la cámara de aspiración 4 de la cámara de compensación 6. Aquí, el fuelle 7 en el lado de la cámara de aspiración cubre una abertura de paso de la pared delimitadora 8 a través de la cual pasa el émbolo 2.
Según la invención, la cámara de compensación 6 se llena con un medio a una presión igual o menor que la presión del fluido en la cámara de aspiración 4, preferiblemente 0,1 bar menor.
Como medio se utiliza ventajosamente un gas inerte, que además provoca en el fuelle 7 en el lado de la cámara de aspiración una contrapresión a la presión del fluido de la cámara de aspiración 4, que se aplica en el exterior del fuelle 7 en lado de la cámara de aspiración.
En la zona del émbolo 2 el compartimento intermedio 16 está separado herméticamente de la cámara de compensación 6 por un sello de reborde 14 y de la cámara de engranajes 3 por un fuelle en el lado del compartimento intermedio, de modo que la cámara de aspiración 4 está separada herméticamente de la cámara de engranajes 3 por un sellado triple redundante, lo que efectivamente evita que, por ejemplo, el aceite de los engranajes entre a la cámara de aspiración 4.
En la zona inferior, es decir, enfrente del fuelle 7 en el lado de la cámara de aspiración, se proporciona un detector de fugas 18 en la cámara de compensación 6, por ejemplo, un sensor mediante el cual se puede detectar la entrada de fluido de la cámara de aspiración 4 a la cámara de compensación 6 debido a un fuelle 7 defectuoso. Esta detección de fugas 18 se puede realizar en función de la determinación de un valor de pH, la conductividad, el nivel de llenado, la turbidez o valores similares. También es posible colocar varios sensores que puedan estar activos en paralelo.
Un dispositivo de control 17, que tiene un monitor de presión diferencial 20, un regulador 21 y una válvula reguladora de presión 22 con control de posición, está conectado a la cámara de aspiración 4, por un lado, y a la cámara de compensación 6, por otro lado.
En caso de avería del fuelle 7 en el lado de la cámara de aspiración, se produce una compensación de la presión entre la cámara de aspiración 4 y la cámara de compensación 6, y ya no se puede mantener la diferencia de presión, el valor mencionado de 0,1 bar, lo que es registrado por el dispositivo de control 17 y provoca la desconexión de la bomba de émbolo.
Lista de referencias
1 Carcasa
2 Émbolo
3 Cámara de engranajes
4 Cámara de aspiración
5 Línea de alimentación
6 Cámara de compensación
7 Fuelle en el lado de la cámara de aspiración
8 Pared delimitadora
9 Disposición de sellado
10 Válvula de aspiración
11 Válvula de presión
12 Compartimento de trabajo
13 Válvula de homogeneización
14 Sello de reborde
15 Fuelle del lado del compartimento intermedio
16 Compartimento intermedio
17 Dispositivo de control
18 Detección de fugas
19 Cabezal de bomba
20 Monitor de presión diferencial
21 Regulador
22 Válvula de control de presión
23 Manguito guía
Claims (9)
- REIVINDICACIONES1 Bomba de émbolo para el transporte de un fluido, con al menos un émbolo (2) que se puede accionar de forma oscilante y es guiado sin contacto en una disposición de sellado (9) que separa una cámara de aspiración (4) que presenta una línea de alimentación (5) de un compartimento de trabajo (12), y un fuelle (7) que envuelve de herméticamente parte del émbolo (2), que está unido herméticamente al émbolo (2), por un lado, y, por el otro, a una pared delimitadora (8) en la zona de una abertura de paso para el émbolo (2), caracterizada por que de forma adyacente a la cámara de aspiración (4) se encuentra una cámara de compensación (6) abierta al interior del fuelle (7) y que durante el funcionamiento está llena de un medio presurizado, en el que la presión del medio es igual o menor que la presión de entrada del fluido a la que está sometida el fuelle (7) desde el exterior.
- 2. Una bomba de émbolo según la reivindicación 1 o 2, caracterizada por que la presión del medio es 0,05 a 0,2 bar, preferiblemente 0,1 bar, inferior a la presión de entrada del fluido que prevalece en la cámara de aspiración (4).
- 3. Una bomba de émbolo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que se proporciona un dispositivo de control (17) conectado a la cámara de aspiración (4) y a la cámara de compensación (6), con lo que es factible supervisar diferencialmente las presiones en la cámara de aspiración (4) y la cámara de compensación (6).
- 4. Una bomba de émbolo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que una detección de fugas (18) está en conexión activa con la cámara de compensación (6), con la que se pueden detectar cambios en los parámetros materiales del medio.
- 5. Una bomba de émbolo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que entre una cámara de engranajes (3) que aloja un cigüeñal de un engranaje y la cámara de compensación (6) se provee un compartimento intermedio (16) que está separado herméticamente de la cámara de compensación (6) y de la cámara de engranajes (3).
- 6. Una bomba de émbolo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que una válvula de homogeneización (13) está conectada a un cabezal de bomba (19) al que están asignadas una válvula de aspiración (10) conectada al compartimento de trabajo (12) y una válvula de presión (11), que se comunica con el compartimento de trabajo (12) a través de la válvula de presión (11).
- 7. Una bomba de émbolo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que varios émbolos (2), preferiblemente tres, dispuestos a la misma distancia angular entre sí, están sujetos sobre el cigüeñal.
- 8. Una bomba de émbolo según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada por que el medio en la cámara de compensación (6) es un gas inerte.
- 9. La utilización de la bomba de émbolo según la reivindicación 1 para aumentar la presión de un fluido en un dispositivo de homogeneización.
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