ES2847307T3 - Sistema y procedimiento para dosificar múltiples componentes - Google Patents
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Abstract
Sistema (10) que comprende: una pluralidad de bombas de desplazamiento positivo (12), cada bomba para suministrar un componente de fluido separado; una pluralidad de reguladores de fluido (14), estando conectado cada regulador de fluido a una de las bombas para regular la presión de fluido de uno de los componentes de fluido; una pluralidad de medidores de flujo (18), cada medidor de flujo para medir el caudal de uno de los componentes de fluido; un dispositivo (20) para recibir y mezclar los componentes de fluido separados para producir una mezcla de modo que empiece a tener lugar una reacción química inmediata; y un sistema de control (22) que realiza un control basándose en los caudales detectados para producir una relación deseada de los componentes de fluido separados, en el que el sistema de control (22) incluye una pluralidad de actuadores (16), controlando cada actuador uno de los reguladores de fluido, proporcionando cada actuador una presión de aire variable al regulador de fluido que controla para producir una presión de fluido regulada en una salida del regulador de fluido, en el que uno primero (16A) de la pluralidad de actuadores (16) puede ajustarse manualmente para establecer la presión de fluido regulada en la salida de uno primero (14A) de la pluralidad de reguladores de fluido (14) y uno segundo (16B) de la pluralidad de actuadores (16) responde al sistema de control para controlar una respectiva presión de fluido regulada en la salida de una segunda (14B) de la pluralidad de reguladores de fluido (14) basándose en los caudales detectados.
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimiento para dosificar múltiples componentes
Referencia cruzada a solicitud(es) relacionada(s)
Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud provisional estadounidense con número de serie 61/816.265, presentada el 26 de abril de 2013, titulada Plural component proportioner and regulator (Dosificador y regulador de múltiples componentes).
Antecedentes
La presente invención se refiere a sistemas de dispensación de múltiples componentes, y más particularmente a un sistema para tomar múltiples componentes de material y dosificarlos de manera precisa con una relación de mezcla específica.
Los dosificadores de fluidos comprenden sistemas de dispensación que reciben componentes de fluidos inertes separados, mezclan los componentes en una relación predeterminada y a continuación dispensan los componentes como compuesto activo. Por ejemplo, se utilizan dosificadores de fluidos para dispensar resinas epoxídicas y poliuretanos que solidifican después de mezclar un componente de resina y un material de activación, que son individualmente inertes. Sin embargo, después del mezclado empieza a tener lugar una reacción química inmediata que da como resultado la reticulación, curado y solidificación de la mezcla. Por tanto, los dos componentes se encaminan por separado hacia el dosificador de modo que puedan permanecer separados el mayor tiempo posible. Un colector recibe cada componente después de que se haya bombeado por separado y mezcla los componentes de modo que la mezcla pueda dispensarse desde un pulverizador acoplado al colector.
Un dosificador de fluidos típico comprende un par de bombas de desplazamiento positivo que, de manera individual, introducen fluido desde tolvas de fluido separadas y bombean fluidos a presión hacia el colector de mezcla. Las bombas se accionan de manera síncrona por un motor común, normalmente un motor de aire o motor hidráulico, que tiene un eje de transmisión recíproco. Estas configuraciones son simples y fáciles de diseñar cuando los componentes de fluido se dispensan en una relación de 1:1 y las bombas tienen un mismo desplazamiento volumétrico. En estas configuraciones el equilibrio de fuerzas puede producirse de manera adecuada colocando el motor a mitad de camino entre las bombas. De este modo, las fuerzas generadas entre las bombas y el motor son iguales.
Sin embargo, la mayor parte de poliuretanos y resinas epoxídicas de dos componentes no presentan una relación de 1:1 de los componentes. Normalmente es necesario un primer componente principal en una concentración superior que un segundo componente secundario.
El documento US 2002/0044494 (A1) da a conocer un procedimiento y un sistema en los que se extraen flujos de componentes individuales de respectivos contenedores de almacenamiento y se transportan a través de un sistema controlado, sistema que incluye dispositivos de medición del flujo y elementos de regulación. Los caudales de los componentes individuales se regulan de una manera cuantitativamente proporcional con referencia al caudal de un primer componente. Los caudales regulados resultantes se introducen en un contenedor de recepción, bien directamente o bien después de que los caudales individuales se hayan conducido completa o parcialmente de manera conjunta. Un objetivo del sistema es permitir un procedimiento con el que, de manera continua, puedan producirse mezclas de sustancias que contienen componentes que pueden reaccionar entre sí, junto con la liberación de un calor de reacción moderado, con lo que la reacción real sólo tiene lugar en el contenedor de transporte o en un contenedor intermedio proporcionado para su uso adicional.
Sumario
Según aspectos de la invención, se proporciona un sistema según la reivindicación 1 y un procedimiento según la reivindicación 4.
En las demás reivindicaciones se exponen características preferibles.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema dosificador de fluidos de dos componentes con reguladores de fluidos variables independientes y medidores de flujo individuales según una forma de realización de la presente invención.
La figura 2 es un diagrama de bloques de un sistema de mezclado de múltiples materiales para tratar una pluralidad de materiales de fluido suministrados desde bombas individuales a través de medidores de flujo y reguladores de fluido controlados de manera variable hacia un dispositivo de mezclado, descrito a modo de antecedentes de la presente invención.
Descripción detallada
La figura 1 es un diagrama de bloques del sistema de dosificación de fluidos 10 según una forma de realización de la presente invención, que puede utilizarse, por ejemplo, en un sistema de pulverización de múltiples componentes. En la forma de realización particular mostrada en la figura 1, el sistema 10 está diseñado para una aplicación de mezclado de dos componentes en la que se mezclan dos componentes de fluido inerte separados en una relación predeterminada y a continuación se dispensan como compuesto activo. Los dos componentes se denominarán componente de fluido de base y componente de fluido catalizador.
La figura 1 incluye una bomba de base 12A y una bomba de catalizador 12B, un regulador de fluido de base 14A y un regulador de fluido catalizador 14B, un actuador de base 16A y un actuador de catalizador 16B, un medidor de flujo de base 18A y un medidor de flujo catalizador 18B, un dispositivo de mezclado 20 y un controlador 22. El material de fluido de base se bombea a presión por la bomba de base 12A al regulador de fluido de base 14A, que regula la presión de fluido del material de base en respuesta al actuador de base 16A. El material de base fluye desde el regulador de fluido de base 14A a través del medidor de flujo de base 18A al dispositivo de mezclado 20. El medidor de flujo de base 18A detecta el caudal del material de base a medida que fluye hacia el dispositivo de mezclado 20.
El componente de fluido catalizador se bombea a presión por la bomba de catalizador 12B hacia el regulador de fluido catalizador 14B. La presión de fluido del componente de fluido catalizador se regula mediante el regulador de fluido catalizador 14B bajo el control del actuador 16B. El componente de fluido catalizador se suministra desde el regulador de fluido catalizador 14B a través del medidor de flujo catalizador 18B al dispositivo de mezclado 20.
En el dispositivo de mezclado 20 se mezclan los componentes de base y catalizador, lo que produce una reacción química inmediata. La mezcla que ha reaccionado se suministra por el dispositivo de mezclado 20 a un dispensador (no mostrado).
Dependiendo de los materiales de base y catalizador que se utilizan, la relación de mezclado entre los materiales de base y catalizador puede variar de manera significativa. A menudo el material de base es el componente principal y se requiere a una concentración mucho mayor que el componente catalizador. En el sistema 10, el regulador de fluido de base 14A y el regulador de fluido catalizador 14B se controlan mediante actuadores 16A y 16B para producir la relación de mezclado deseada para los materiales de base y catalizador particulares utilizados. El control de la relación de mezclado se basa en los caudales detectados de los materiales de base y catalizador producidos por el medidor de flujo de base 18A y el medidor de flujo catalizador 18B, respectivamente.
En una forma de realización, el regulador de fluido de base 14A y el regulador de fluido catalizador 14B son reguladores de fluido controlados por aire. Los actuadores 16A y 16B proporcionan presión de aire a los reguladores 14A y 14B, respectivamente, para ajustar la presión de fluido regulada de los materiales de base y catalizador, respectivamente. En una forma de realización, el actuador 16A es un regulador de aire ajustado manualmente, y puede producir una presión de aire variable de entre 0 y 0,58 MPa (0 y 85 psi). El actuador 16B es un regulador de aire controlado eléctricamente que puede variar la presión de aire de 0 a 0,58 MPa (0 a 85 psi) basándose en una señal de control eléctrica variable procedente del controlador 22. La señal de control, por ejemplo, puede ser una tensión variable de entre 0 y 10 voltios.
En la forma de realización en la que el actuador 16A es un regulador de aire manual y el actuador 16B es un regulador de aire controlado eléctricamente, un operario ajustará el regulador de aire manual 16A para producir una presión de fluido regulada deseada en la salida del regulador 16A. Con esta presión de fluido regulada, se establece un caudal del material de base desde el regulador 14A hacia el dispositivo de mezclado 20 y se mide por el medidor de flujo de base 18A. El regulador de fluido catalizador 14B se controla mediante el controlador 22 a través del actuador 16B de modo que el caudal del material catalizador se ajuste a escala hasta el caudal del material de base. El factor de ajuste a escala utilizado se basa en una relación objetivo deseada de base con respecto a catalizador, requerida por el dispositivo de mezclado 20 para producir la mezcla deseada del fluido de reacción. El controlador 22 puede recibir señales de realimentación desde el medidor de flujo de base 18A y el medidor de flujo catalizador 18B para proporcionar una señal de control al actuador 16B que dará como resultado una presión de fluido regulada en la salida del regulador 16B que da como resultado un caudal de catalizador que producirá la relación objetivo deseada. Alternativamente, un operario puede leer los caudales producidos por los medidores de flujo de base y catalizador 18A y 18B y proporcionar una entrada de control al controlador 22.
En el sistema 10, el caudal de catalizador sigue el caudal de base. Como resultado, el caudal global del material suministrado por el dispositivo de mezclado 20 viene dictado por el ajuste del actuador de base 16A, que puede ser un regulador de aire manual ajustado por el operario. En este caso, el operario ajustaría el actuador 16A manualmente hasta que el medidor de flujo 18A midiera un caudal de base deseado y suministraría al controlador 22 una entrada indicativa de la relación objetivo deseada.
El sistema 10 proporciona una serie de ventajas. El sistema 10 no incluye el sistema de suministro que alimenta su material de base y catalizador. El funcionamiento de las bombas 12A y 12B no tiene que ser sincronizado y puede
tener diferentes presiones de salida de bomba. Los reguladores 14A y 14B actúan como acumuladores para reducir las variaciones de presión de material y atenuar los efectos que se producirían, por ejemplo, durante un cambio de bomba o durante cambios en el suministro de aire.
Mediante el uso de la realimentación de los medidores de flujo 18A y 18B, el sistema 10 puede mantener la relación objetivo deseada utilizando la regulación de la presión de fluido mediante los reguladores 14A y 14B. Utilizando reguladores y medidores de flujo separados para cada material individual, puede conseguirse una regulación de relación apropiada.
En la forma de realización preferida, el material predominante (a menudo denominado material de “resina” o “base” o “A”) se regula a un flujo fijo ajustando el regulador de fluido asociado hasta un ajuste fijo. Ambos materiales se suministran a presión mediante bombas de suministro simples a presiones (por ejemplo 34,47 MPa (5000 psi)) sustancialmente por encima del nivel al que se dispensarán. El regulador en el lado A regula la presión de fluido hasta el nivel (por ejemplo 13,79 MPa (2000 psi)) que producirá el flujo deseado. Entonces, el controlador observa el flujo producido en el lado A y regula el regulador de fluido en el lado B para producir el flujo deseado en ese lado de manera proporcional a la relación requerida por el material utilizado.
Por ejemplo, los materiales pueden tener relaciones entre los lados A y B en cualquier punto entre 1:1 y 10:1 o incluso más. En este ejemplo, se desea regular el lado B a una presión similar a la del lado A para garantizar que se mantiene la relación deseada. Regulando el flujo controlado a través de los medidores de flujo a un nivel de presión sustancialmente por debajo del producido por las bombas de suministro, se eliminan de manera eficaz las variaciones de presión debidas a un cambio u otros factores.
La figura 2 muestra el sistema 30 descrito a modo de antecedentes de la presente invención, que es un sistema de mezclado de N componentes en el que se mezclan N componentes de fluido individuales. El sistema 30 incluye las bombas 32A-32N, los reguladores de fluido 34A-34N, los actuadores 36A-36N, los medidores de flujo 38A-38n , el dispositivo de mezclado 40 y el controlador 42.
En el sistema 30, cada componente individual (que puede denominarse componentes A a N) se suministra por separado al dispositivo de mezclado 40. Por ejemplo, el componente A se suministra a alta presión desde la bomba de desplazamiento positivo 32A hacia el regulador de fluido 34A. La salida del regulador 34A es una presión de fluido regulada variable. El componente A se suministra desde el regulador 34A a través del medidor de flujo 38A hacia el dispositivo de mezclado 40. La presión de fluido regulada se determina mediante una señal de actuación, que puede ser eléctrica o mecánica, desde el actuador 36A hacia el regulador 34A. El medidor de flujo 38A proporciona al controlador 42 una señal de caudal FRA que representa el caudal medido del componente A. El actuador 36A responde a la señal de control de actuador ACTA desde el controlador 42.
De manera similar, el componente B se suministra desde la bomba 32B al dispositivo de mezclado 40 a través del regulador 34B y del medidor de flujo 38B. El actuador 36B controla la presión de fluido variable proporcionada por el regulador 34B basándose en una señal de control de actuador ACT B desde el controlador 42. El medidor de flujo 38B proporciona una señal de caudal FRB medido al controlador 42.
El componente N se suministra a presión desde la bomba de desplazamiento positivo 32N al regulador 34N, que se controla mediante el actuador 36N. El componente N fluye a través del medidor de flujo 38N al dispositivo de mezclado 40. La señal de caudal FRN se suministra al controlador 42 mediante el medidor de flujo 38N.
El controlador 42 suministra señales de control de actuador ACTA-ACTN a los actuadores 36A-36N basándose en información de entrada de relación objetivo deseada y señales de realimentación de caudal FRA-FRN recibidas desde los medidores de flujo 38A-38N, respectivamente.
El sistema 30 controla individualmente la presión de fluido regulada y por tanto, el caudal de cada uno de los componentes para establecer y mantener la relación objetivo deseada de los componentes que se mezclan en el dispositivo de mezclado 40. Además, el controlador 42 puede controlar los caudales de todos los componentes individualmente de modo que se mantenga el flujo de salida deseado de la mezcla hacia el dispensador.
Los medidores de flujo utilizados con esta invención pueden medir el flujo directa o indirectamente. Los ejemplos de medidores de flujo que utilizan una medición directa incluyen los medidores de flujo industriales típicos tales como medidores de engranajes y medidores de flujo másico Coriolis. La medición indirecta puede alcanzarse, por ejemplo, midiendo el desplazamiento de posición de una bomba y hallando correlaciones que proporcionen una medición de flujo.
Los reguladores de fluido pueden adoptar una diversidad de formas. Por ejemplo, los reguladores de fluido pueden regular el flujo controlando un orificio variable. Un orificio más grande proporciona una menor caída de presión, mientras que un orificio más pequeño proporciona una mayor caída de presión. Otro tipo de regulador de flujo incluye una válvula de encendido/apagado, regulándose el flujo en función del tiempo que la válvula permanece abierta.
La invención también puede utilizarse sin incluir un mezclador para algunas aplicaciones. Un ejemplo es un procedimiento y un sistema para rellenar cartuchos separados con una relación específica. Cada cartucho (en lugar de un mezclador) es el dispositivo receptor para recibir los componentes separados.
Aunque la invención se ha descrito con referencia a (una) forma(s) de realización a modo de ejemplo, los expertos en la técnica entenderán que pueden hacerse varios cambios y que pueden sustituirse los elementos de la misma por otros equivalentes sin apartarse del alcance de la invención. Además, pueden hacerse muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la invención sin apartarse del alcance esencial de la misma. Por tanto, se pretende que la invención no se limite a la(s) forma(s) de realización particular(es) dada(s) a conocer, sino que la invención incluya todas las formas de realización que entren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Claims (7)
1. Sistema (10) que comprende:
una pluralidad de bombas de desplazamiento positivo (12), cada bomba para suministrar un componente de fluido separado;
una pluralidad de reguladores de fluido (14), estando conectado cada regulador de fluido a una de las bombas para regular la presión de fluido de uno de los componentes de fluido;
una pluralidad de medidores de flujo (18), cada medidor de flujo para medir el caudal de uno de los componentes de fluido;
un dispositivo (20) para recibir y mezclar los componentes de fluido separados para producir una mezcla de modo que empiece a tener lugar una reacción química inmediata; y
un sistema de control (22) que realiza un control basándose en los caudales detectados para producir una relación deseada de los componentes de fluido separados, en el que el sistema de control (22) incluye una pluralidad de actuadores (16), controlando cada actuador uno de los reguladores de fluido, proporcionando cada actuador una presión de aire variable al regulador de fluido que controla para producir una presión de fluido regulada en una salida del regulador de fluido, en el que uno primero (16A) de la pluralidad de actuadores (16) puede ajustarse manualmente para establecer la presión de fluido regulada en la salida de uno primero (14A) de la pluralidad de reguladores de fluido (14) y uno segundo (16B) de la pluralidad de actuadores (16) responde al sistema de control para controlar una respectiva presión de fluido regulada en la salida de una segunda (14B) de la pluralidad de reguladores de fluido (14) basándose en los caudales detectados.
2. El sistema (10) según la reivindicación 1, en el que los componentes de fluido incluyen un componente de base y un componente catalizador.
3. El sistema (10) según la reivindicación 1 o 2, en el que el sistema de control (22) incluye un controlador que controla el segundo de la pluralidad de actuadores basándose en una entrada de relación objetivo deseada y al menos un caudal detectado.
4. Un procedimiento que comprende:
bombear individualmente una pluralidad de fluidos inertes separados;
medir individualmente el caudal de cada uno de los fluidos inertes separados;
suministrar los fluidos inertes separados a un dispositivo receptor (20);
regular individualmente la presión de fluido de cada uno de los fluidos inertes separados para producir una relación objetivo deseada de los fluidos inertes separados suministrados al dispositivo receptor (20);
mezclar los fluidos inertes separados en el dispositivo receptor (20) para producir una mezcla de modo que empiece a tener lugar una reacción química inmediata; y
suministrar la mezcla a un dispensador;
en el que regular individualmente la presión de fluido de cada uno de los fluidos inertes separados comprende proporcionar, para cada fluido inerte separado, presión de aire variable a un regulador de fluido que regula la presión de fluido de ese fluido para producir una presión de fluido regulada para ese fluido en una salida del regulador de fluido, y en el que proporcionar una presión de aire variable de cada regulador de fluido comprende proporcionar una presión de aire ajustada manualmente a uno primero de los reguladores de fluido para ajustar la presión de fluido regulada en la salida del primero de los reguladores de fluido y proporcionar una presión de aire bajo el control de un controlador a uno segundo de los reguladores de fluido para controlar la presión de fluido regulada en la salida del segundo de los reguladores de fluido, para regular individualmente la presión de fluido del fluido inerte regulado por el segundo de los reguladores de fluido como una función de al menos el caudal medido para ese fluido inerte.
5. El procedimiento según la reivindicación 4, en el que los fluidos separados incluyen un componente de base y un componente catalizador.
6. El sistema (10) según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la pluralidad de bombas de desplazamiento positivo (12) incluye:
una primera bomba (12A) para suministrar un primer fluido a presión; y
una segunda bomba (12B) para suministrar un segundo fluido a presión;
en el que la pluralidad de reguladores de fluido (14) incluye:
un primer regulador de fluido (14A) para regular la presión de fluido del primer fluido; y
un segundo regulador de fluido (14B) para regular la presión de fluido del segundo fluido;
en el que la pluralidad de medidores de flujo (18) incluye:
un primer medidor de flujo (18A) para medir el caudal del primer fluido; y
un segundo medidor de flujo (18B) para medir el caudal del segundo fluido;
en el que el dispositivo (20) para recibir los componentes de fluido separados incluye:
un dispositivo de mezclado (20) para recibir y mezclar el primer fluido y el segundo fluido para producir una mezcla, basándose en una relación de mezclado del primer fluido y el segundo fluido, de modo que empiece a tener lugar una reacción química inmediata; y
en el que el sistema de control (22) incluye:
un controlador (22) que hace que el segundo regulador de fluido (14B) regule la presión de fluido del segundo fluido de modo que el caudal del segundo fluido se ajuste a escala hasta el caudal medido del primer fluido para producir la relación de mezclado;
un primer actuador (16A) para suministrar una primera presión al primer regulador de fluido (14A) para producir una primera presión de fluido regulada en una salida del primer regulador de fluido, en el que la primera presión de fluido regulada puede ajustarse manualmente a través del primer actuador; y
un segundo actuador (16B), que responde al controlador (22), para suministrar una segunda presión de control al segundo regulador de fluido (14B) para producir una segunda presión de fluido regulada en una salida del segundo regulador de fluido, en el que el segundo actuador responde al controlador.
7. El sistema (10) según la reivindicación 6, en el que el primer fluido es un componente de base y el segundo fluido es un componente catalizador.
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