MX2013005409A - Sistema de precalentamiento y refrigeracion integrado para matrices. - Google Patents

Sistema de precalentamiento y refrigeracion integrado para matrices.

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Camillo Penocchio
Paolo Bonvicini
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Abstract

La invención se refiere a un sistema para la regulación térmica de las matrices de fundición a presión, matrices para fundición con coquilla y similares. Se compone de un depósito (11) que contiene un fluido de refrigeración; un circuito hidráulico principal (12) para una circulación del fluido de refrigeración desde el depósito a la matriz a ser enfriada y desde ésta al depósito a través de un intercambiador de calor (SC); un circuito neumático secundario (13) conectado al circuito hidráulico principal (12) para la circulación de un fluido gaseoso en la matriz a ser enfriada en una forma alternativa y en una forma mixta con el fluido refrigerante líquido, y un circuito hidráulico de precalentamiento (112) integrado con el circuito hidráulico primario (12) y asignado a la producción y la circulación de un fluido líquido caliente para el precalentamiento de la matriz a ser termorregulada.

Description

SISTEMA DE PRECALENTAMIENTO Y REFRIGERACIÓN INTEGRADO PARA MATRICES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un sistema para la regulación térmica de dispositivos en las plantas de procesos industriales que operan a altas temperaturas, en particular matrices de fundición a presión, matrices por fundición con coquilla y similares.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Las matrices anteriormente mencionadas también pueden trabajar a temperaturas más altas, por ejemplo de aproximadamente 350 °C y superiores. Para su uso correcto en el campo de proceso de formación de matriz, tienen que ser termorreguladas, al menos por refrigeración de las mismas donde su temperatura tiende a valores extremos e inadmisibles.
Por lo general, la refrigeración se lleva a cabo por medio de un fluido de transferencia de calor, tal como agua o aceite diatérmico, procedente de un depósito y que circula en los conductos obtenidos en la matriz y, posteriormente, en un intercambiador de calor para ser enfriado a su vez antes de su regreso al depósito.
Según la técnica principal, el fluido de refrigeración, en el caso del agua, está contenido en un depósito a presión y que se hace circular en un circuito cerrado a alta presión de aproximadamente 16.900 kPa a 350 °C, por ejemplo, implicando este último problemas estructurales relevantes acerca de sellado y seguridad del circuito en sí.
En una patente anterior IT 1 368 475 del mismo solicitante, que se describe y reivindica un sistema para la regulación térmica de las matrices de fundición a presión, matrices para fundición con coquilla y similares, que comprende un depósito abierto que contiene un fluido de refrigeración por líquido, particularmente agua , un circuito hidráulico primario para una circulación de dicho fluido líquido desde dicho depósito a la matriz a ser termorregulada y desde esta última al depósito a través de un intercambiador de calor. El circuito primario está integrado con el circuito secundario destinado a la circulación de un fluido gaseoso, normalmente aire, en la matriz a ser acondicionada tanto en una forma alternativa como en una mixta con el fluido líquido, y con una unidad para controlar y operar el circuito hidráulico primario y el circuito neumático secundario para la operación del sistema y para la termorregulacion de la matriz con el único fluido líquido, con el único fluido gaseoso o con el fluido gaseoso mezclado con el fluido líquido.
Este sistema es viable y fiable, lo que permite ventajosamente la circulación del fluido de transferencia de calor líquido con niveles de presión relativamente bajos, pero sólo es adecuado para la refrigeración de las matrices.
Sin embargo, en la práctica, a veces es necesario y conveniente, para operar y acelerar mejor el inicio del proceso de formación de la matriz, también un precalentamiento de las matrices a una temperatura de 140-160 °C, por ejemplo, de todos modos inferior a la temperatura de trabajo real de las mismas matrices.
El precalentamiento puede llevarse a cabo con el fluido líquido de retorno a partir de una matriz y recogido en el depósito del sistema después de su paso a través del intercambiador de calor, pero la temperatura del fluido en el depósito, por lo general en el rango de 90-100 °C, no es en sí suficiente para un calentamiento adecuado de las matrices. Por otra parte, el precalentamiento de la matriz con un fluido líquido calentado hasta la temperatura deseada en el mismo depósito del sistema termorregulador, o en otro depósito adicional, si no es en condiciones de presión, puede conducir a la formación de vapor, la pérdida de calor y el consumo de energía no deseados.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención ha sido diseñada para satisfacer también esta necesidad y, como una cuestión de hecho, es su principal objetivo establecer las condiciones, además de para la refrigeración de la matriz con un líquido y/o fluido gaseoso a presiones relativamente bajas, también para el precalentamiento de las propias matrices hasta una temperatura deseada de vez en cuando.
Un objetivo adicional de la invención es entonces proporcionar un sistema para la regulación térmica de las matrices en la que un circuito de refrigeración y un circuito de calefacción se combinan y se integran, en particular en las matrices de fundición a presión, matrices para fundición con coquilla y similares, operando con temperaturas relativamente altas.
Estos objetivos se alcanzan, según la invención, por un sistema de termorregulación según el preámbulo de la reivindicación 1 y caracterizado por el hecho de que el sistema integra, además, medios para precalentar el agua y un circuito hidráulico para precalentar la matriz o la coquilla con la agua caliente procedente de dichos medios.
Las ventajas de un sistema de precalentamiento y refrigeración integrado de matrices, además de las relacionadas en la ya citada patente IT 1 368 475, relativa a la posibilidad del uso de agua y de aire, tanto por separado como en conjunto, la seguridad, la limpieza y los aspectos ecológico y económico, son evidentemente capaces de usar un depósito de almacenamiento abierto de fluido de transferencia de calor, que está a la presión atmosférica, y para llevar y usar el mismo fluido de dos modos: de precalentamiento y refrigeración, de forma alternativa, en la misma planta, pero teniendo el líquido destinado para el precalentamiento la posibilidad de ser generado bajo la presión fuera del depósito de almacenamiento para obviar a la formación de vapor a las temperaturas requeridas en el precalentamiento de la matriz.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los detalles adicionales de la invención serán evidentes por la siguiente descripción, hecha con referencia al dibujo adjunto: La Fig. 1 muestra un esquema general del sistema de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Por lo tanto, y como se representa en a Fig. 1 , el sistema para la termorregulación de una matriz o coquilla 10 comprende esencialmente un depósito abierto de almacenamiento 11, un circuito hidráulico primario 12, un circuito neumático secundario 13 y un circuito de precalentamiento auxiliar 112 conectado a la circuito hidráulico primario.
El depósito de almacenamiento 11 tiene un volumen de fluido de transferencia de calor, preferiblemente agua cargada en el mismo y luego se llena en caso necesario, a través de una línea de suministro 14 que tiene un filtro FA y una válvula de solenoide de carga EV1. El nivel de líquido en el depósito 11 es controlado por un sensor de nivel SL y un dispositivo de desbordamiento 15.
El circuito hidráulico principal 12 tiene una línea de suministro 12' desde el depósito a la matriz 10 y una línea de retorno 12" desde la matriz al depósito, mientras que el circuito neumático 13 está conectado a la línea de transporte 12' del circuito primario por medio de un eyector EJT.
A lo largo de la línea de transporte 12' se insertan al menos, una bomba de recirculación P1 y, aguas abajo de la misma, pero aguas arriba del eyector EJT, una válvula de solenoide EV4 con apertura regulable y, aguas abajo de dicho eyector, un interruptor de presión de suministro Pm1 , para operar la presión mínima en la misma línea 12', un manómetro M1 y una válvula de seguridad VS. En la longitud entre la bomba de recirculación P1 y la válvula de solenoide EV4, la línea de suministro 12' se vuelve a conectar al depósito de almacenamiento 11 a través de la línea de derivación 16 que tiene una válvula de encendido/apagado EVBP.
La línea de retorno 12" pasa a través de al menos un intercambiador de calor, SC, y que puede estar provista de un posible interruptor de presión para operar la presión de retorno mínima y con una válvula de medición de la regulación DRL. A su vez el intercambiador de calor SC es alimentado con un fluido de refrigeración a través de líneas de entrada y de salida 17 bajo el control de una válvula de solenoide EV5 en la línea de entrada.
El circuito neumático 13 se proporciona para la circulación de un fluido gaseoso, normalmente aire, y está conectado a la línea de suministro 12' del circuito hidráulico 12 a través del eyector EJT y que comprende al menos un manómetro M2, una válvula de solenoide de entrada EV2 y una válvula de no retorno VR1.
El circuito de precalentamiento hidráulico 112 de la matriz es sustancialmente en forma de anillo en su interior y está integrado con el sistema descrito hasta ahora. De acuerdo con la invención, en la línea de retorno 12" del circuito primario 12 se inserta una válvula de solenoide de tres vías EV5, y el circuito de precalentamiento 112 comprende un conducto de suministro 112' hacia la matriz, preferiblemente en común y coincidente con la misma línea de suministro 12' del circuito hidráulico principal 12, y una línea de retorno 112" que se extiende desde una salida de dicha válvula de tres vías EV5 hasta que se une con la línea de transporte 12', 112 'común con los circuitos primario 12 y de precalentamiento 112, en una parte aguas arriba de la bomba de recirculación P1.
Además, en la línea común 12', 112' de los dos circuitos primario y de precalentamiento 12, 112, se inserta un segundo depósito 111 , este último conteniendo también agua y estando provisto de una resistencia eléctrica R para calentar y mantener la temperatura del líquido aquí contenido.
En el ejemplo representado, dicho segundo depósito 111 está colocado aguas abajo de la bomba de recirculación P1 , entre este último y el eyector EJT. Se dispone, además, con una sonda térmica S3 para detectar la temperatura del agua en su interior y con una línea de ventilación 111' con una válvula de solenoide de ventilación EV6, que se conecta con la línea de retorno 12" del circuito hidráulico primario aguas abajo de la válvula de solenoide de tres vías EV5, que está aguas arriba del intercambiador de calor SC.
Para suministrar y distribuir el agua de precalentamiento desde el segundo depósito 111 hacia la matriz 10 y de ésta última al mismo segundo depósito, se puede proporcionar una segunda bomba P2, o la bomba de presurización, que se inserta en la línea de suministro 12', en el ejemplo representado, desde el depósito de almacenamiento 11 a la matriz 10. Alternativamente, la circulación del fluido de precalentamiento en el circuito de precalentamiento 112 puede ser realizada por la misma bomba de recirculación P1 , colocada y activada convenientemente, del fluido de refrigeración.
La planta puede comprender además una sonda de temperatura: S1 del agua en el depósito de almacenamiento, una sonda de temperatura S2 en la matriz 10, así como una válvula de no retorno VR2, un recipiente de expansión 114, un interruptor de presión Pm2 y un manómetro M3 en la línea de la segunda bomba P2.
El sistema de la invención puede funcionar de acuerdo con tres modos diferentes: 1. para enfriar alternativamente la matriz con aire/agua a alta presión (hasta aproximadamente 1.400 kPa); 2. para enfriar la matriz con aire mezclado con agua a baja presión (aproximadamente 100 -200 kPa); 3. para precalentar la matriz con agua a presión caliente todo controlado por un dispositivo electrónico (PLC) programado para gestionar las lecturas procedentes del número de instrumentos de control y los instrumentos para la apertura y el cierre de las válvulas solenoides.
En cambio, la apertura/cierre de las válvulas VBP y DRL en el circuito primario puede llevarse a cabo manualmente.
En el primer modo de funcionamiento, el agua que se extrae del depósito de almacenamiento y se hace circular en el circuito primario 12 mediante la bomba de recirculación 12 representa el fluido de refrigeración principal. El sistema tiene zonas con diferentes presiones y temperaturas que permiten que de todos modos el agua de refrigeración no se evapore nunca. Por otro lado, el aire podría entonces ser usado tanto para el ajuste de la temperatura del agua, en el caso de una refrigeración insuficiente de la matriz, y como fluido de refrigeración de emergencia, con funciones de seguridad en respuesta a diferentes alarmas y/o fallos de la bomba de recirculación P1 u otros componentes del circuito hidráulico principal 12.
Cuando se inicia el sistema de refrigeración, la bomba de recirculación P1 se detiene, la válvula de solenoide de entrada EV2 del circuito neumático 13 se abre para admitir aire en el circuito hidráulico 12 y la válvula de solenoide EV1 se abre para llenar de agua el recipiente/depósito 11 bajo el control de un sensor de nivel SL. Después de un tiempo predeterminado, y si los parámetros de presión y temperatura en el sistema están dentro de un límite determinado, la válvula de solenoide EV2 se cierra y se inicia la bomba P1 , activando de este modo la refrigeración por agua de la matriz o coquilla 10.
Durante la refrigeración, el agua en el depósito 11 mantiene una temperatura inferior a 90 °C, la presión en el conducto de suministro 12' del circuito hidráulico principal 12 es relativamente alta, el agua entra en la matriz o la coquilla 10 y sale calentada a una temperatura de aproximadamente 180 a 200 °C, y luego vuelve de nuevo a dicho depósito después de que haya pasado a través del intercambiador de calor, en el que se enfrió y se llevó de vuelta a una temperatura de 90 °C.
El agua se mantiene a presión hasta que la válvula de medición DRL, ajustada y en operación para asegurar un pasaje mínimo de agua, para mantener la presión deseada en el circuito hidráulico aguas arriba de la válvula en sí, y para reducir la presión del agua desde el lado de su salida hacia el recipiente o depósito.
El circuito neumático secundario 13 comienza a funcionar automáticamente cuando controles, alarmas o fallos en el circuito hidráulico lo piden, de todas formas bajo el control del dispositivo electrónico programado (PLC) y programable de acuerdo con los requisitos.
Durante la refrigeración por aire, la bomba P1 se detiene y la válvula EV2 se abre, el aire llega a la línea de suministro 12' a través del eyector EJT y se ejecuta a través del circuito en la misma dirección del agua de refrigeración, lavando las tuberías desde el agua misma y determinando un refrigeración de la matriz hasta que se restablezcan las condiciones que permitan una correcta refrigeración por agua.
Con el segundo modo de funcionamiento, la presión del circuito se mantiene casi constante a medida que pasa el tiempo, dependiendo de la presión de aire. La presión de trabajo es entonces relativamente baja, 100-200 kPa, tal como se dijo anteriormente.
A continuación, el aire se convierta en el fluido refrigeración principal, a través del eyector EJT, se mezcla con agua en la cantidad deseada y determinada por medio de la válvula de solenoide EV4 impulsada por el dispositivo electrónico de funcionamiento.
Como resultado de una señal local y/o remota de inicio de refrigeración, hay entonces dos posibilidades. a. La refrigeración de la matriz sólo con aire, para lo cual la válvula de solenoide EV2 se abre para introducir aire, se inicia la bomba P1 , se abre la válvula de VBP en la línea de derivación 16, mientras que la válvula de solenoide EV4 en la línea de suministro 12' está cerrada para el regreso del agua al depósito, a continuación, un flujo de aire corre a través del circuito, entrando por el eyector EJT para circular entonces en la matriz y salir al depósito. b. La refrigeración de la matriz con aire mezclado con agua, para la que se inicia la bomba P1 , si no se ha iniciado todavía, y la válvula de solenoide EV2 para la introducción de aire está abierta cuando la válvula BHP está abierta en la línea de derivación 16. Al mismo tiempo un control electrónico (PLC) opera la apertura de la válvula de solenoide EV4 para medir la cantidad correcta de agua a ser distribuida con el aire que entra por el eyector EJT.
En el modo de precalentamiento de la matriz o coquilla 10, se usa el agua contenida en el segundo depósito 111 , preventivamente cargado con agua que pueda salir del depósito de almacenamiento 111.
A continuación, la bomba de recirculación P1 todavía está inactiva, la válvula de solenoide EV4 en la línea de suministro 12' del circuito hidráulico principal 12 está abierta y la válvula de solenoide de tres vías EV5 en la línea 2" que regresa desde la matriz o la coquilla se conecta de manera que una válvula de este tipo está cerrada en el lado conectado con el intercambiador y está abierta en el lado conectado con la línea de retorno 112" del circuito de precalentamiento 112.
En estas condiciones, el agua se puede calentar en el segundo depósito 111 mediante la resistencia eléctrica y luego se suministra por la bomba P2 hacia la matriz o la coquilla 10 para su precalentamiento, por ejemplo a una temperatura de 140-160 °C. El agua que sale de la matriz pasa a través de la válvula de solenoide de tres vías EV5 para su retorno al segundo depósito 111 a través de la línea de retorno 112" del circuito de precalentamiento 112.
A continuación, el dispositivo electrónico de control, tanto de forma independiente, como interactuando con las interfaces externas, estará programado para operar las etapas subsiguientes: - Sistema encendido, pero inactivo para la refrigeración de la matriz, ya que no se suministra ni aire ni agua; - Refrigeración de la matriz sólo con el aire; - Refrigeración de la matriz con aire mezclado con agua en diferentes modulaciones requeridas; - Precalentamiento de la matriz con agua caliente procedente de un segundo depósito provisto de un calentador.

Claims (8)

REIVINDICACIONES
1. Sistema de termorregulación de matrices de fundición a presión, matrices para fundición con coquilla y similares, caracterizado porque comprende: - un depósito abierto (11) que contiene un fluido de refrigeración líquido, en particular agua, - un circuito hidráulico primario (12) para una circulación de dicho fluido refrigerante líquido desde dicho depósito a la matriz a enfriar y desde éste al depósito a través de un intercambiador de calor (SC), - un circuito neumático secundario (13) conectado al circuito hidráulico primario (12) y proporcionado para la circulación de un fluido gaseoso en la matriz a ser enfriada en una forma alternativa y en una forma mixta con el fluido refrigerante líquido, y - una unidad de control del circuito hidráulico primario (12) y del circuito neumático secundario (13) para operar la refrigeración de la matriz con sólo el fluido refrigerante líquido, con sólo el fluido gaseoso o con el fluido gaseoso mezclado con el fluido líquido, caracterizado porque comprende además un circuito hidráulico de precalentamiento (112) integrado con el circuito hidráulico primario (12) y asignado a la producción y la circulación de un fluido líquido caliente para el precalentamiento de la matriz a ser termorregulada.
2. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado porque: - el circuito hidráulico primario (12) comprende al menos una bomba de recirculación (P1) para la circulación del fluido líquido, un conducto de suministro (12') desde el depósito de fluido (11) a la matriz y una línea de retorno (12") desde la matriz al depósito a través del intercambiador de calor para enfriar dicho fluido, - el circuito neumático secundario (13) está conectado a la línea de suministro (12') de dicho circuito hidráulico primario (12) por medio de un eyector (EJT) situado aguas abajo de dicha bomba de circulación y de una válvula de no retorno, y - el circuito hidráulico de pre-calentamiento (112) comprende • una válvula de solenoide de tres vías (EV5) en la línea de retorno (12") del circuito hidráulico primario (12), aguas arriba de dicho intercambiador de calor (SC), · un segundo depósito (111) que contiene fluido líquido de precalentamiento y está provisto de un calentador (R), en particular una resistencia eléctrica, para calentar y mantener la temperatura del fluido de precalentamiento contenido en él, • un conducto de suministro (112') del fluido de precalentamiento desde dicho segundo depósito (1 1 ) a la matriz, • una línea de retorno (112") del fluido de precalentamiento desde la matriz al segundo depósito (111) a través de dicha válvula de tres vías (EV5).
3. El sistema de conformidad con la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la línea de suministro (112') del circuito hidráulico de precalentamiento (112), que comienza en el segundo depósito (111) que contiene el fluido de precalentamiento, coincide al menos parcialmente con la línea de suministro del circuito hidráulico primario (12), en el que la línea de retorno (112") del circuito hidráulico de precalentamiento (112) coincide con la línea de retorno (12") del circuito hidráulico primario (12) al menos en la parte entre la matriz y la válvula de solenoide de tres vías (EV5), y en el que se proporciona una bomba para la circulación del fluido de precalentamiento en dicho circuito hidráulico de precalentamiento (112).
4. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la bomba para la circulación del fluido en el circuito de precalentamiento (112) es la misma bomba de recirculación (P1) para la circulación del fluido de refrigeración en el circuito hidráulico primario (12).
5. El sistema de conformidad con la reivindicación 3, caracterizado porque la bomba para la circulación del fluido en el circuito de precalentamiento (112) se compone de una segunda bomba (P2) que puede ser activada alternativamente a la bomba de recirculación (P1).
6. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo depósito (111) para el fluido de precalentamiento comprende una línea de ventilación (111') que está conectada a través de una válvula de solenoide de ventilación (EV6) a la línea de retorno (12") del circuito hidráulico primario (12) aguas abajo de la válvula de solenoide de tres vías (EV5), y una sonda térmica (S3) para controlar la temperatura del fluido de precalentamiento en el mismo depósito.
7. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el depósito (11) para el fluido de refrigeración y la matriz están provistos de sondas térmicas (S1 , S2) y en el que el circuito hidráulico primario (12), el circuito neumático secundario (13) y el circuito de precalentamiento (112) comprenden válvulas de solenoide, interruptores de presión y manómetros para controlar los fluidos que circulan actualmente.
8. El sistema de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en la línea de retorno (12") del circuito hidráulico primario (12), aguas abajo del ¡ntercambiador de calor (SC) se inserta una válvula de dosificación para garantizar un paso mínimo de fluido de refrigeración, para mantener una presión deseada en el circuito hidráulico aguas arriba de la válvula en sí, y para disminuir la presión de dicho fluido desde el lado de su salida hacia el depósito.
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