ES2326635T3 - Separacion por centrifugacion de componentes mezclados en una corriente de fluido. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para la separación de materia en partículas de un fluido en el que la materia en partículas está suspendida, comprendiendo el procedimiento: introducción de un fluido que contiene materia en partículas en una cámara (472) de un vaso (316) a través de una entrada, estando delimitada la cámara al menos parcialmente por una pared (468) periférica y comunicándose la cámara también con una salida; rotación del vaso alrededor de un eje (466) de rotación que se extiende a través del vaso de manera tal que al menos una parte de la materia en partículas se sedimenta fuera del fluido y contra al menos parte de la pared periférica del vaso; envío de una corriente de fluido de retirada al interior del vaso rotatorio en o contigua la pared periférica, de manera tal que el envío del fluido de retirada al interior del vaso hace que al menos una parte de la materia en partículas se deposite contra la pared periférica para suspenderse de nuevo dentro del fluido; extracción del vaso de al menos una parte del fluido que tiene la materia en partículas suspendida de nuevo en su interior a través de un tubo (412) de extracción, teniendo el tubo de extracción una abertura (445) para recibir el fluido en o contiguo a la pared periférica; y retirada a través de la salida del vaso de al menos una parte del fluido del que la que materia en partículas se ha sedimentado; caracterizado por la rotación concurrentemente con el vaso (316) de un conjunto (322) de eje que se extiende a través de, y está acoplado con, el vaso (316), rotando el conjunto (322) de eje alrededor del eje de rotación; la introducción de la corriente de fluido de retirada en la cámara (472) a través de un canal (362) de envío delimitado por el conjunto (322) de eje; la introducción del fluido que contiene la materia en partículas en la cámara (472) a lo largo de un canal (372) de entrada delimitado por el conjunto (322) de eje, teniendo el canal (362) de envío y el canal (372) de entrada cada uno un eje longitudinal central que se extiende a lo largo del eje (466) de rotación.
Description
Separación por centrifugación de componentes
mezclados en una corriente de fluido.
La presente invención se refiere a
procedimientos de separación de componentes de fluidos de diferentes
densidades centrífugamente.
La patente de EE. UU. nº 2,557.629 revela un
separador centrífugo que tiene un primer tubo que transporta un
líquido a separar a un cuerpo rotatorio. La materia en partículas
pesada del líquido se asienta en el perímetro exterior del cuerpo
rotatorio. Un segundo tubo espaciado del primer tubo transporta un
líquido de impulsión al cuerpo rotatorio. El líquido de impulsión
se usa para ayudar en la retirada de la materia en partículas
pesada del cuerpo rotatorio de manera que el procedimiento de
separación pueda continuar.
La patente de EE. UU. nº 4.846.780 revela un
separador centrífugo que tiene un rotor que rota dentro de un
alojamiento. Una corriente de fluido recibida dentro del rotor se
acelera en la pared del rotor. Inicialmente, el separador elimina
cualquier gas de la corriente de luido. El resto de la corriente de
fluido se separa seguidamente dentro de sus componentes
individuales a lo largo de la longitud de la pared sobre la base del
peso específico de los diferentes componentes.
La Solicitud Internacional de PCT nº WO 01/10562
A revela un separador centrífugo presurizado que tiene un vaso
rotatorio con una pluralidad de aletas dispuestas en su interior. El
vaso tiene una entrada, una salida de componentes ligeros y una
salida de componentes pesados. La salida de componentes pesados y la
salida de componentes ligeros están separadas del eje de rotación
del vaso de manera que se puede formar una línea de separación entre
ambas.
La purificación de agua es una actividad antigua
dedicada a lograr tanto agua potable como agua de uso industrial.
Con el crecimiento de la industrialización, la purificación de agua
tomó una nueva importancia a causa del uso del agua industrial
generalmente concerniente a la descarga de agua contaminada al medio
ambiente.
Con el aumento de la preocupación por el medio
ambiente, el agua descargada al medio ambiente ha sido sometida a
estándares crecientemente mayores. De esta manera, se han emprendido
esfuerzos incrementados para identificar procedimientos de
tratamiento del agua para reducir sustancialmente tanto los
contaminantes disueltos como los particulados.
Un aspecto de la purificación de agua que es
especialmente lento y/o intensivo en equipo es la separación de
líquidos y sólidos. Tradicionalmente, se han usado estanques de
asentamiento o empesadores en los que se permite residir un gran
volumen de agua que contiene partículas en un estado inactivo. Con
la fuerza de la gravedad que actúa sobre la mezcla, las partículas,
incluso las que se encuentran en régimen de flujo de Stokes se
separarán del líquido.
Una desventaja del uso de espesadores es que
tienen que ser extremadamente grandes para tener una capacidad de
flujo significativa. Por lo que su uso no es práctico en áreas
urbanas muy pobladas donde es mayor la necesidad de dichos sistemas
de purificación de agua. Consecuentemente, se han desarrollado
espesadores que permiten un flujo continuo de líquido que contiene
partículas alrededor del centro del espesador, produciendo un
líquido flotante clarificado y un lodo compacto. El lodo compacto
que sale del fondo del espesador, típicamente tiene un contenido de
agua equivalente a entre 10 y 30 por ciento del agua total que
alimentó el espesador.
En la última década aproximadamente los
espesadores tradicionales han sido mejorados con la llegada del
espesador de gran caudal. El espesador de gran caudal tiene un pozo
de alimentación central que se extiende bajo la línea de lodo del
material de flujo inferior. Consecuentemente, toda el agua que entra
en el espesador tiene que pasar a través del lodo que actúa como
medio de filtro. Usando el lodo como medio de filtro, se incrementan
las velocidades de separación de sólidos y líquidos, aunque
solamente se incrementa en comparación con los espesadores
tradicionales. Además, los espesadores de gran caudal también tienen
que ser muy grandes y, consecuentemente, también tienen grandes
espacios ocupados, lo que hace su uso impracticable en muchas
situaciones.
Otro aspecto de la separación incluye sistemas
de líquido-líquido, tales como la separación de
aceite y agua de un sumidero de un taller mecánico o de estanque de
lavado de trenes o autobuses etc. En la industria de los alimentos
se utilizan otros sistemas de separación de
líquido-líquido en los que tiene que tiene que
separarse aceite y agua y aceite. Uno de los problemas de la
técnica anterior es el efecto de perturbadores de carga tales como
el oleaje de aceite o agua en una operación de limpieza que altera
el equilibrio de la relación de alimentación de aceite/agua al
separador. Aunque se puede controlar el separador para prevenir que
un componente entre en la corriente de salida errónea, una oleada
catastrófica de un componente u otro no se puede controlar.
Ahora se van a exponer varias realizaciones de
la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos. Se
aprecia que estos dibujos representan solamente realizaciones
típicas de la invención y, por consiguiente, no se deben considerar
limitativas de su ámbito.
La figura 1 es una vista general mediante un
diagrama de bloques de un procedimiento que usa uno o más
separadores de la presente invención;
La figura 2 es una vista en perspectiva de una
realización de un separador de sólido-líquido útil
para comprender la presente invención pero ajeno a su ámbito;
La figura 3 es una vista en sección transversal
de una realización de separador de sólido-líquido
mostrado en la figura 2;
Las figuras 4A-B son vistas en
sección transversal tomadas a lo largo de las líneas
4A-4A y 4B-4B de la figura 3,
respectivamente;
La figura 5 es una vista en perspectiva de un
conjunto parcial del interior del vaso del separador de
sólido-líquido mostrado en la figura 3, que revela
una parte del conjunto de aletas y discos;
La figura 6 es una vista en perspectiva de un
conjunto parcial del interior del vaso del separador de
sólido-líquido ilustrado en la figura 3, que revela
una parte más completa del conjunto de aletas y discos;
Las figuras 7A, B y C son realizaciones de
aletas alternativas que pueden utilizarse en los separadores de la
presente invención;
La figura 8 es una vista en perspectiva de un
conjunto parcial del interior del vaso del separador de
sólido-líquido ilustrado en la figura 3, que revela
un conjunto de aletas y discos terminado;
La figura 9 es una vista en sección transversal
de un alzado tomada a lo largo de la línea 9-9 de la
figura 3;
La figura 10 es una vista en sección transversal
del separador de sólido-líquido ilustrado en la
figura 3 que muestra el separador de sólido-líquido
en operación;
La figura 11 es una vista en sección transversal
de una realización de un separador de
líquido-líquido útil para la comprensión de la
presente invención pero ajeno a su ámbito;
La figura 12 es una vista en perspectiva de un
conjunto parcial del interior del vaso del separador de
líquido-líquido mostrado en la figura 11, que revela
una parte del conjunto de aletas y discos perforados;
Las figuras 13A-13C son
diagramas de bloque que muestran realizaciones alternativas de
conjuntos de válvula que controlan el flujo de líquido hacia dentro
y fuera del separador de líquido-líquido;
La figura 14 es un diagrama de bloques que
muestra otra realización de un conjunto de válvula que controla el
flujo de líquido hacia dentro y fuera del separador de
líquido-liquido;
La figura 15 es un diagrama de bloques de una
visión general de un procedimiento de la presente invención que usa
el separador de líquido-líquido en conexión con un
hidrociclón;
La figura 16 es una vista en sección transversal
de una realización alternativa de un separador, en el que el vaso a
presión esférico ha sido sustituido por un vaso a presión
troncocónico doble;
La figura 17 es una vista en perspectiva de un
conjunto parcial del interior del vaso del separador mostrado en la
figura 16;
La figura 18 es una vista lateral en alzado de
una realización alternativa de un separador de acuerdo con la
invención y que puede funcionar como separador de
sólido-líquido y/o
líquido-líquido;
La figura 19 es una vista lateral en sección
transversal del separador mostrado en la figura 18 sin el bastidor
de soporte;
La figura 20 es una vista en perspectiva
parcialmente recortada de un conjunto de árbol del separador
mostrado en la figura 19;
La figura 21 es una vista lateral en sección
transversal del separador tomada a lo largo de la línea
21-21 de la figura 19;
La figura 22 es una vista en sección transversal
ampliada del vaso a presión del separador mostrado en la figura
19;
La figura 23 es una vista lateral en sección
transversal de un tubo de extracción del separador mostrado en la
figura 22;
La figura 24 es una vista en perspectiva de una
tobera del tubo de extracción mostrado en la figura 23;
La figura 25 es una vista en planta de una aleta
del separador mostrado en la figura 22;
La figura 26 es una vista en perspectiva de un
conjunto de aleta del separador mostrado en la figura 19;
La figura 27 es una vista lateral en sección
transversal de una realización alternativa del tubo de extracción
mostrado en la figura 24;
La figura 28 es una vista lateral en sección
transversal de otra realización alternativa del tubo de extracción
mostrado en la figura 24; y
La figura 29 es una vista en perspectiva de un
conjunto de aleta del separador mostrado en la figura 19 que usa
discos sólidos.
La presente invención se refiere a sistemas
correspondientes a un aparato de clarificación y/o separación de
componentes de una corriente de fluido. Por ejemplo, en una
realización el sistema se puede usar para clarificar agua u otros
líquidos que han sido contaminados con materia en partículas, que
incluye contaminantes orgánicos e inorgánicos. El sistema también
se puede usar para separar líquidos inmiscibles tales como una
mezcla de aceite-agua o separar líquidos de
diferente densidad. Ahora se hace referencia a los dibujos en los
que los números de referencia similares refieren a operaciones o
estructuras unitarias similares. Se entiende que los dibujos son
diagramáticos y/o esquemáticos y no necesariamente dibujado a escala
ni son limitativos del espíritu y ámbito de la presente
invención.
La figura 1 es un diagrama de bloques de una
visión general de una realización de un sistema 8 que usa un
separador de la invención como separador 10 de
sólido-líquido y/o un separador 22 de
aceite-agua. Como se ilustra en la figura 1, los
separadores 10 y 22 están conectados con una variedad de otros
componentes de tratamiento. El sistema 8 está configurado para el
tratamiento de una corriente 12 de alimentación que contiene agua,
aceite y partículas. Se aprecia que en función del contenido de la
corriente 12 de alimentación y de los componentes finales deseados,
la selección de componentes del sistema 8 representado puede,
eliminarse, intercambiarse en otro aparato o que se puedan añadir
otros componentes.
La corriente 12 de alimentación puede constar de
una variedad de composiciones diferentes, tales como agua con
contaminantes como aceite, contaminantes bacterianos, metales
disueltos, y sólidos suspendidos coloidalmente. La corriente 12 de
alimentación puede originarse, a modo de ejemplo y no como
limitación, de instalaciones industriales, instalaciones de
tratamiento de productos animales, tratamiento de aguas residuales,
tratamiento de aguas municipales, la industria del petróleo, y
cualquier otro tipo de instalación o sistema que tenga un producto
de desecho fluido que tenga que ser clarificado y/o separado.
La corriente 12 de alimentación alimenta
inicialmente un depósito 14 de almacenamiento que actúa como
depósito de retención para almacenar un flujo de entrada grande de
fluido. El depósito 14 de almacenamiento puede incluir cualquier
depósito de almacenamiento disponible comercialmente, un estanque en
el suelo, u otro vaso de retención de líquido. En otras
realizaciones, el depósito 14 de almacenamiento no es necesario y se
puede eliminar del sistema. Desde el depósito 14 de almacenamiento,
el fluido sigue una vía 16 de flujo hasta un filtro 18 de basura
para eliminar basura y partículas sobredimensionadas que pudieran
atascar el sistema. Al salir del filtro 18 de basura, el fluido
sigue una vía 20 de flujo hacia dentro de un separador 22 de
aceite-agua que desune una corriente 24 de aceite
de una corriente 26 de agua. Como se va a exponer más adelante con
mayor detalle, el separador 22 de aceite-agua
también puede ser enjuagándolo a presión periódicamente para
eliminar materia en partículas recogida dentro del separador 22. La
materia en partículas se enjuaga a presión a través de una línea 21
de sólidos hacia un filtro 46 expuesto más adelante.
Aunque se puede emplear una variedad de
separadores de aceite-agua, en una realización el
separador 22 de aceite-agua, como se va a exponer
más adelante más detalladamente, se compone de un separador que
tiene muchas de las características de la invención como se va a
exponer con respecto al separador 10 de
sólido-líquido. Alternativamente, el separador 22
de aceite-agua puede comprender un separador de
aceite-agua tal como los separadores revelados en
las Patentes de EE. UU. Números 5.387.342, 5.582.724 y
5.464.536.
La corriente 26 de agua se puede combinar con un
filtro de corriente 28 de agua para formar una corriente 29 de
alimentación que se introduce en un coagulador 32 electrostático. El
coagulador 32 electrostático opera para esterilizar eléctricamente
el agua matando organismos vivos, descomponiendo suspensiones
coloidales e impurezas coloidales de un coagulante. Este tipo de
sistemas está disponible en Scott Powell Water Systems, Inc. de
Denver, Colorado.
Una corriente 34 de aguas residuales coaguladas
suministra a un depósito 36 de desarrollo que típicamente tiene un
tiempo de residencia de entre aproximadamente un minuto y cinco
minutos o más largo. Mientras que en el depósito 36 de desarrollo,
el tamaño de las partículas del coagulante crece. La corriente 38 de
aguas residuales desde el depósito 36 de desarrollo suministra al
separador 10 de sólido-líquido que se expondrá más
adelante con mayor detalle. El separador 10 de
sólido-líquido genera una corriente 40 con
partículas que constituyen la materia en partículas que ha sido
eliminada de la corriente 38 de aguas residuales, y una corriente
42 clarificada que constituye el agua u otro líquido clarificado. El
agua clarificada de la corriente 42 clarificada se descarga bien
directamente o a través de un filtro 45 posterior al medio ambiente
o en otro destino previsto. La corriente 40 con partículas se
suministra al filtro 46 del cual se generan una corriente 28 de agua
filtrada y un depósito 48 de sólidos.
En una realización, el gas y el aceite residual
recogidos en la parte superior del depósito 36 de desarrollo pueden
extraerse directamente a través de la línea 49 hacia el filtro 46.
También se aprecia que el separador 22 de
aceite-agua, el coagulador 32 electrostático, el
depósito 36 de desarrollo, el separador 10 de
sólido-líquido, y el filtro 46 cada uno puede ser
operado a una presión elevada, tal como por la aplicación de una
bomba, para facilitar flujos deseados a través del sistema. La
presión puede variar en uno o más de los componentes 22,32, 36,10 y
46 para controlar el flujo en direcciones deseadas.
En la figura 2 se representa una realización de
separador de sólido-líquido útil para la comprensión
de la presente invención. El separador 10 de
sólido-líquido incluye un vaso 60 a presión
impulsado por un motor 62. Aunque el separador 10 de
sólido-líquido de la presente invención se puede
fabricar en varios tamaños diferentes, la realización representada
está diseñada para tratar aproximadamente 40 litros/minuto. En dicha
realización, se puede utilizar un motor eléctrico 3440 RUM de 2,5
caballos de vapor.
Preferiblemente, el vaso 60 a presión está
montado dentro de un protector 64. El protector 64 meramente provee
una cubierta o alojamiento como mecanismo de seguridad para
mantener a la gente y objetos alejados del vaso 60 a presión
giratoria. En la realización ilustrada, está instalado un conjunto
66 de bastidor en el que está montado el protector 64 por medio de
aletas 68 de montaje. Por supuesto que un experto en la técnica
puede apreciar que el protector 64 puede estar configurado y unido
al bastidor 66 de varias maneras.
El conjunto 66 de bastidor está configurado
además para dar soporte al motor 62 y a la estructura de rodamiento
que soporta el vaso 60 a presión. El separador 10 de
sólido-líquido incluye un alojamiento 70 de entrada
fijo configurado para recibir una línea 72 de entrada.
Análogamente, el alojamiento 74 de salida está situado en el
extremo opuesto del vaso 60 a presión al que está unida una línea 78
de eliminación de salida y una línea 78 aguas residuales de
salida.
Se usa una bomba 80 para recibir e introducir la
corriente 38 de aguas residuales en el separador 10 de
sólido-líquido a través de la línea 72 de entrada.
La bomba 80 presuriza la corriente 38 de aguas residuales en la
línea 72 de entrada de manera tal que el separador 10 de
sólido-líquido opera a dicha presión. Por lo tanto,
la bomba 80 debe ser capaz de bombear la corriente 38 de aguas
residuales con una capacidad de caudal del separador 10 de
sólido-líquido manteniendo al mismo tiempo una
presión deseada. En una realización, la bomba 80 mantiene la
corriente de aguas residuales a una presión en el rango de entre
aproximadamente 1 libra/pulgada^{2} (6,89 x 103 Pa) y
aproximadamente 600 libras/pulgada^{2} (4,14 x 106 Pa) siendo más
preferente una presión de entre aproximadamente 30
libras/pulgada^{2} (2,07 x 105 Pa) y aproximadamente 125
libras/pulgada^{2} (8, 61 x 105 Pa). La bomba también produce
caudales en el rango de entre aproximadamente 3 litros/minuto y
aproximadamente 1.000 litros/minuto. Cualquier bomba disponible
comercialmente que pueda crear las presiones anteriores y los
caudales deseados puede funcionar para el fin deseado. Dependiendo
de uso previsto, se aprecia que el rango de presión y de flujo
también puede ser mayor o menor.
Como se ilustra en la figura 3, el vaso 60 a
presión está montado para rotar alrededor del eje 90 de rotación
que también coincide con el eje de rotación del separador 10 de
sólido líquido. El vaso 60 a presión incluye una pared 92
periférica que tiene una superficie 93 interior que limita una
cámara 95. En la realización representada, la cámara 95 tiene forma
de esfera, aunque pueden usarse otras configuraciones. Debido a que
el vaso 60 está montado para rotar alrededor del eje 90 de
rotación, el vaso 60 a presión incluirá generalmente una geometría
que comprende un cuerpo de rotación alrededor del eje 90.
Además, es deseable, aunque no requerido, que
las paredes del vaso 60 a presión estén inclinadas radialmente
exteriormente hacia un ecuador 97 que tiene un diámetro mayor que
rodea el eje 90 de rotación. De manera que, aunque un vaso a
presión con paredes 92 esféricas sea una realización deseada debido
a sus cualidades de rodamiento a presión eficientes, también se
pueden emplear otros vasos curvos tales como los que tienen una
forma oval, elíptica o simétricamente irregular. Además, se pueden
usar configuraciones de líneas rectas tales como dos conos
truncados con sus extremos amplios fijos entre sí. Análogamente, se
puede usar un vaso de configuración cilíndrica en los bordes y con
un centro formado por conos truncados conectados entre sí. En otras
realizaciones, la el vaso 60 no necesita tener paredes inclinadas
hacia fuera. Por ejemplo, el vaso 90 puede ser cilíndrico o tener
una sección transversal poligonal.
El vaso 60 a presión puede estar hecho de una
variedad de materiales que incluyen acero inoxidable, plástico,
compuestos, estructuras bobinadas de filamento, y otros materiales
convencionales. En una realización, el vaso 60 a presión es capaz
de resistir presiones en el rango de entre aproximadamente 1
libras/pulgada^{2} (6,89 x 103 Pa) y aproximadamente 2.000
libras/pulgada^{2} (1,38 x 107 Pa) siendo más preferentes
presiones de aproximadamente 100 libras/pulgada^{2} (6,89 x 105
Pa) a aproximadamente 1.000 libras/pulgada^{2} (6,89 x 106 Pa).
En la realización representada, el vaso 60 a presión está hecho de
acero inoxidable y tiene dos mitades de fácil fabricación y
construcción. Las dos mitades están aseguradas entre sí tal como por
soldadura, pernos u otros procedimientos convencionales de manera
tal que se forma una costura en el ecuador 97 del vaso 60.
Como se ilustra en la figura 3, el separador 10
de sólido-líquido incluye un árbol 94 de transmisión
en su extremo de entrada que está montado rígidamente en el vaso
60. El árbol 94 de transmisión está configurado para enganchar el
motor 62 (figura 2) como es sabido en la técnica. El árbol 94 de
transmisión está montado dentro de un eje 98 hueco que está
asegurado dentro de un collarín 100 de montaje de la entrada,
asegurado a su vez al vaso 60 entre una pluralidad de pernos 102,
de manera conocida para un experto en la técnica.
El árbol 94 de transmisión, el eje 98 hueco, y
el collarín 100 de montaje de entrada están, por consiguiente,
asegurados entre sí y al vaso por cualquiera de los procedimientos
conocidos en la técnica, tales como por soldadura o por el uso de
pernos, tales como pernos 102 de montaje que enganchan una brida 104
de montaje de entrada. Estos componentes comprenden un conjunto de
de transmisión que está fijo rígidamente al vaso 60 y,
consecuentemente, rota con el vaso 60.
El conjunto de transmisión está configurado para
engancharse al alojamiento 70 de entrada. El alojamiento 70 de
entrada soporta el conjunto de transmisión con un conjunto 106 de
rodamiento de entrada que, en esta realización, engancha el
collarín 100 de montaje de entrada. El conjunto 106 de rodamiento de
entrada es un conjunto de rodamiento de bolas estanco que se apoya
en una almohadilla tal como las conocidas por expertos en la
técnica.
El alojamiento 70 de entrada está configurado
con una entrada 114 de corriente de alimentación que está
configurada para recibir la línea 72 de entrada (figura 2) por
medio de cualquier procedimientos de unión conocidos en la técnica
para proveer comunicación fluida. Como se ilustra con referencia a
las figuras 3 y 4A, el alojamiento 70 de entrada está configurado
además con una cavidad 108 de colector anular que rodea el eje 98
hueco. El eje 98 hueco incluye una pluralidad de puertos 110 de
acceso. Las juntas 112 estancas de la bomba están instaladas entre
el eje 98 hueco y el alojamiento 70 de entrada a cada lado de la
cavidad 108 de colector, aportando así una estanqueidad fluida que
permite al mismo tiempo el movimiento rotatorio relativo entre el
alojamiento 70 fijo y el eje 98 hueco. Las juntas mecánicas de la
bomba, tales como las que están disponibles en A.W. Chesterton Co.
of Stoneham, Massachusetts funcionan para el fin deseado.
Con referencia de nuevo a la figura 3, se
ilustra y describe la estructura de soporte del vaso 60 en el
extremo 120 de salida. Como en el extremo 96 de entrada, el vaso 60
en el extremo 120 de salida 60 está configurado análogamente con
una brida 122 de montaje de la salida. Un collarín 124 de montaje de
la salida está unido a la brida 122 de montaje de salida 122 con
varios pernos 102. EL collarín 124 de montaje de salida está apoyado
sobre el alojamiento 74 de salida por medio de un conjunto 126 de
rodamiento de salida.
El alojamiento 74 de salida y el collarín 124 de
montaje de salida están configurados cada uno con un hueco interior
para recibir un tubo 128 de salida que tiene en su interior un canal
130 de eliminación. Como se ilustra en la figura 4B, el hueco
interior del alojamiento 74 de salida y del collarín 124 de montaje
de salida está configurado con respecto al tubo 128 de salida de
manera tal que se define un canal 132 de salida de aguas residuales
entre los mismos. El canal 132 de aguas residuales se extiende en el
exterior del tubo 128 de salida y está en comunicación fluida con
una salida 134 de aguas residuales configurada en el alojamiento 74
de salida. Con referencia de nuevo a la figura 3, en una
realización, la salida 134 de aguas residuales incluye una válvula
136 de seguridad para mantener la presión dentro del vaso 60. La
válvula 136 de seguridad puede ser una válvula de cierre en caso de
fallo cargada por muelle de una vía en la que la fuerza del muelle
debe ser superada por una presión suficiente del fluido para forzar
la apertura de la válvula.
Un extremo 129 de salida del tubo 128 de salida
está sobreajustado con una junta 138 mecánica de bomba. El extremo
opuesto de la junta 138 de bomba mecánica está fijo rígidamente en
un escalón circular configurado en el extremo interior del
alojamiento 74 de salida. Así, la junta 138 de bomba mecánica actúa
como una barrera fluida entre el canal 130 de eliminación y el
canal 132 de aguas residuales y permite el movimiento rotatorio
relativo entre el tubo 128 de salida y el alojamiento 74 de salida.
El extremo de salida del alojamiento 74 de salida está configurado
además con un orificio 140 de salida que engancha la línea 76 de
eliminación de salida. La línea 76 de eliminación de salida es
accesible a través de una válvula 148 de salida que puede ser una
válvula estándar o de solenoide, tal como una válvula de bola que
está disponible comercialmente.
El tubo 128 de entrada también tiene un extremo
131 de entrada. En una realización, un obturador 162 es recibido
dentro de de la abertura del extremo 131 de entrada. Un orificio
164 de escape de gas se extiende a través del obturador 162 para
establecer comunicación fluida entre el centro de la cámara 95 y el
canal 130 que se extiende a través del tuco 128 de salida. El
orificio 164 de escape de gas típicamente tiene un diámetro en el
rango de entre aproximadamente 0,02 pulgadas (0,05 cm) y
aproximadamente 0,5 pulgadas (1,3 cm) siendo más preferente un
diámetro de entre aproximadamente 0,02 pulgadas (0,05 cm) y
aproximadamente 0,125 pulgadas (0,3 cm). Dependiendo del uso
previsto, esta dimensión también puede ser mayor o menor. En una
realización alternativa, el extremo 131 de entrada puede estar
formado simplemente con un orificio pequeño que comunica con el
canal 130 de eliminación, excluyéndose así la necesidad de un
obturador 162.
Con referencia de nuevo a la figura 3, el tubo
128 de salida se extiende hasta el centro del vaso 60. El
separador 10 de sólido-líquido también incluye una
pluralidad de tubos 160 de extracción que se extienden radialmente
por fuera. Cada tubo 160 de extracción tiene un primer extremo 161 y
un segundo extremo 163 en oposición. Cada primer extremo 161 está
en comunicación fluida con el tubo 128 de salida en el extremo 131
de entrada del mismo. Extendiéndose a través de cada tubo 160 de
extracción hay un canal que tiene un diámetro en un rango entre
aproximadamente 0,06 pulgadas (0,15 cm) y aproximadamente 2,0
pulgadas (5 cm) siendo más preferente un diámetro de entre
aproximadamente 0,125 pulgadas (0,3 cm) y aproximadamente 0,5
pulgadas (1,3 cm). En otras realizaciones el diámetro puede ser
mayor o menor. En una realización, se emplean ocho tubos 160 de
extracción, cada uno espaciado 45 grados del tubo contiguo. En
realizaciones alternativas, se puede usar cualquier número de
tubos 160 de extracción. En una realización, un número típico de
tubos 160 de extracción va desde aproximadamente 2 a
aproximadamente 144 siendo más preferente un número de tubos entre
aproximadamente 4 y aproximadamente 24.
En otra realización más, los tubos 160 de
extracción no es necesario que se proyecten radialmente hacia fuera
desde el tubo 128 de salida de manera tal que los tubos 160 de
extracción son perpendiculares al tubo 128 de salida.
Preferentemente, los tubos 160 de extracción pueden proyectarse
hacia fuera desde el tubo 128 de salida con una orientación en
ángulo. Por ejemplo, en una realización, el ángulo interior entre
cada tubo 160 de extracción y el tubo 128 de salida puede estar en
un rango de entre aproximadamente 90º y aproximadamente 160º. En
las realizaciones en las que el ángulo interior es superior a 90º,
el tubo 128 de salida puede ser más corto de manera que el extremo
131 de entrada del tubo 128 de salida se acople con el primer
extremo 161 de cada tubo 160 de extracción. En otras realizaciones,
el ángulo interior entra cada tubo 160 de extracción y el tubo 128
de salida puede ser inferior a 90º.
Cada uno de los tubos 160 de extracción se
extiende exteriormente una distancia igual desde el eje 90 de
rotación del separador 10 de sólido-líquido. Cada
tubo 160 de extracción tiene una abertura 166 en su segundo extremo
163 para recibir materia en partículas separada y fluida. En
operación, los tubos 160 de extracción, como se explica más
adelante, ayudan en la definición de una línea límite entres la
materia en partículas recogida y el líquido clarificado. Por lo
tanto, la longitud de los tubos 160 de extracción se fija para
proveer una línea límite predeterminada con el vaso 60. En una
realización en la que el vaso tiene un diámetro interior máximo de
47,5 cm en el ecuador 97, los tubos 160 de extracción están
configurados para dejar un espacio de 0,25 pulgadas (0,65 cm) entre
la abertura 166 de los tubos 160 y la pared 92 del vaso 60. En
realizaciones alternativas, que incluyen vasos de diferentes
tamaños, el espacio entre la abertura 166 de los tubos 160 de
extracción y la pared 92 del vaso está típicamente en un rango de
entre aproximadamente 0,125 pulgadas (0,3 cm) y aproximadamente 2
pulgadas (5 cm) siendo más preferente un espacio de aproximadamente
0,25 pulgadas (0,6 cm) a aproximadamente 1 pulgada (2,5 cm). En
otras realizaciones, el espacio puede ser menor o mayor.
El vaso 60 también se configura con una
pluralidad de aletas y discos para canalizar el flujo de fluido a
través del vaso 60. Una realización del separador 10 de
sólido-líquido incluye un disco 170 central situado
en el centro del vaso 60 y orientado perpendicularmente al eje 90 de
rotación, como se ilustra en la figura 3, el disco 170 central está
configurado con un orificio central que encaja sobre el obturador
162. El disco 170 central se extiende con una configuración
circular radialmente hacia fuera desde el obturador 162. El borde
172 exterior del disco 170 es circular (siguiendo la curvatura del
vaso 60) y está configurado para dejar un pasadizo 174 de flujo
axial entre el borde 172 del disco 170 y la pared 92 del vaso 60. El
pasadizo 174 de flujo bajo se extiende anularmente alrededor del
eje 90. El borde 172 exterior está típicamente, aunque no
necesariamente, dispuesto radialmente hacia dentro desde la abertura
166 de los tubos 160 de extracción. En una realización, la
distancia entre el borde 172 del disco 170 y la pared 92 del vaso
está en un rango de entre aproximadamente 0,5 pulgadas (1,3 cm) y
aproximadamente 4 pulgadas (10 cm) siendo más preferente una
distancia de aproximadamente 0,8 pulgadas (2 cm) a aproximadamente
1,2 pulgadas (3 cm) siendo más preferente una distancia de 0,8
pulgadas (2 cm) a aproximadamente 1,2 pulgadas (3 cm). En otras
realizaciones, la distancia puede ser también mayor o menor.
La realización representada también incluye
cuatro discos 176, 178, 202 y 204 adicionales. Los discos 176 y 202
están situados en el lado de entrada del vaso 60 estando situados
los discos 178 y 204 en el lado de salida. Los discos 176, 178, 202
y 204 se usan en parte para facilitar el ensamblaje del separador 10
de sólido-líquido y proveer soporte estructural
durante la operación de la misma. Alternativamente, el separador 10
de sólido-líquido se puede ensamblar con un número
menor o mayor de discos de ensamblaje. También se contempla que la
invención del separador 10 de sólido-líquido pueda
construirse sin discos asegurando las aletas, como se expone más
adelante, directamente al tubo 128 de salida y/o a la pared 92 del
vaso 60.
Como se ilustra en las figuras 5 y 6, los discos
176 y 202 incluyen orificios 180 centrales que permiten extraer el
gas que se recoge en el centro del vaso 60. Los discos 178 y 204
están configurados de manera similar con orificios 182 centrales
ligeramente mayores que el diámetro exterior del tubo 128 de salida,
acomodándose así el pasadizo a su través del tubo 128 de salida.
Pueden formarse muescas 210 en V, tal como por estar cortadas por
láser, en el borde 172 exterior del disco 170. Estas muescas en V
minimizan la perturbación de la materia en partículas cuando el
agua clarificada fluye alrededor del disco 170. En una realización,
estas muescas 210 en V están cortadas en el borde 172 del disco 170
que tiene una anchura en el rango de entre aproximadamente 0,1
pulgadas (0,25 cm) y aproximadamente 1 pulgada (2,5 cm) y una
profundidad en el rango de entre aproximadamente 0,1 pulgadas (0,25
cm) y aproximadamente 1 pulgada (2,5 cm). El número de muescas 210
en V que se cortan en el disco 170 central entre cada par de aletas
184 está típicamente en el rango de entre aproximadamente tres
muescas y aproximadamente ocho muescas. Alternativamente, el número
y tamaño de estas muescas 210 en V se puede incrementar o
reducir.
Con referencia ahora a la figura 5, el separador
10 de sólido-líquido también incluye una pluralidad
de aletas 184 radiales. Cada aleta 184 tiene un borde 186 interior
que es generalmente paralelo al eje 90 de rotación y un borde 188
exterior que sigue generalmente la curvatura del vaso 60. Así, en la
configuración ilustrada en la presente, en la que se emplea un vaso
60 esférico, el borde 188 exterior de las aletas 184 tiene una
configuración sustancialmente semicircular.
En la realización ilustrada en la figura 8, se
usan dos tipos de aletas 184: aletas 212 recortadas y aletas 214 no
recortadas. Como se representa en la figura 7A, cada aleta 212
recortada incluye un borde 186 interior sustancialmente plano y un
borde 188 exterior enfrente del anterior. El borde 188 exterior
incluye una parte 187 lateral sustancialmente plana que se proyecta
ortogonalmente desde cada extremo del borde 186 interior, una parte
189 de morro sustancialmente plana dispuesta sustancialmente
paralela al borde 186 interior, y una parte 191 de reborde curvo
que se extiende desde cada parte 187 interior hasta los extremos
opuestos de la parte 189 de morro.
Como se ilustra en la figura 7B, cada aleta 214
no recortada incluye un borde 186 sustancialmente plano y un borde
188 exterior enfrente del anterior. El borde 188 exterior incluye
una parte 187 lateral sustancialmente plana que se proyecta
ortogonalmente desde cada extremo del borde 186 interior y una parte
193 de cara curva que se extiende entre cada parte 187 lateral.
Sobre la parte 193 de cara está formada una muesca 194 semicircular
dispuesta centralmente.
En la figura 7C se ilustra una aleta 215
alternativa. La aleta 215 tiene sustancialmente la misma
configuración que la aleta 214 no recortada, excepto que la muesca
194 está sustituida por orificios 196 que se extienden a través de
la aleta 215. Dichos orificios 196 típicamente tienen un diámetro en
el rango de entre aproximadamente 0,5 pulgadas (1,3 cm) y
aproximadamente 1,5 pulgadas (3,8 cm).
Las aletas 184 están situadas dentro de la
cámara 95 del vaso 60 perpendicularmente a los discos 170, 176,
178, 202 y 204 como se ilustra mejor en las figuras 5 y 6. Cada
disco está dotado con una ranura 198 que se corresponde con cada
aleta 184. Las ranuras 200, que se corresponden con cada disco 170,
176, 178, 202 y 204, también están configuradas en cada aleta 184.
Las aletas 184 y los discos 170, 176, 178, 202 y 204 están formados,
en una realización, de acero inoxidable pero también pueden estar
formados de plástico, compuestos y otro material suficientemente
fuerte. Las ranuras 198 y 200 se pueden formar usando cualquier
procedimiento convencional tal como cortando por láser. Las ranuras
198 y 200 están configuradas para permitir que las aletas y los
discos se enganchen entre sí en una relación de adaptación de
ajuste exacto. De esta manera, las ranuras 198 configuradas en los
discos 170, 176, 178, 202 y 204 tienen una anchura al menos tan
grande como el espesor de las aletas 184. Análogamente, las ranuras
200 configuradas en la saletas 184, tienen una anchura al menos tan
grande como el espesor de los discos 170, 176, 178, 202 y 204 que
se corresponden con estas ranuras.
Así, el conjunto de aleta y disco dentro del
vaso 60 se ensambla como se ilustra en la figura 5 colocando los
discos 204 y 178 de salida sobre el tubo 128 de salida. El disco 170
central, como se ve en la figura 6, se coloca seguidamente
alrededor del obturador 162 y alguna saletas 184 se enganchan en sus
correspondientes ranuras de los discos 170 y 178 enganchándose al
mismo tiempo los discos con las correspondientes aletas sobre las
aletas 184. Cuando la aleta 184 está así colocada en enganche de
acoplamiento con un disco, virtualmente todo movimiento relativo
entre el disco y la aleta está impedido. Seguidamente, los discos
176 y 202 de entrada se colocan en enganche de acoplamiento con las
ranuras 200 sobre las aletas 184. Con los cinco discos 170, 176,
178, 202 y 204 ahora en posición, las aletas restantes se instalan
deslizándolas radialmente en posición, hasta que se complete la
configuración interior del vaso 60 como se ilustra en la figura 8.
Las ranuras 198 y 200 son simplemente un medio de aseguramiento de
las aletas y los discos entre sí. En realizaciones alternativas,
las aletas y los discos pueden soldarse, sujetarse, moldearse
integralmente o, de otra manera, asegurarse entre sí usando
procedimientos convencionales.
En la realización representada se utilizan
veinticuatro aletas 184 en el vaso 60, como se ilustra en las
figuras 8 y 9. En realizaciones alternativas, el número de aletas
184 está típicamente en el rango de entre aproximadamente 8 y
aproximadamente 144 siendo más preferente un número de
aproximadamente 12 a aproximadamente 48. Como se representa mejor
en las figuras 3, 8, y 9, las aletas 184 ensambladas se proyectan
exteriormente desde el eje 90 de rotación en alineación
sustancialmente paralela con el eje 90 de rotación. Cada borde 186
interior está separado del centro del eje 90 de rotación de manera
que se forma un canal 219, representado en la figura 3, que se
extiende desde el extremo 96 de entrada hasta el orificio 164 de
escape de gas. El canal 219 tiene un diámetro típicamente en el
rango de entre aproximadamente 0,25 pulgadas (0,6 cm) y
aproximadamente 2 pulgadas (5 cm) siendo más preferente un diámetro
de aproximadamente 0,25 pulgadas (0,6 cm) a aproximadamente 1
pulgada (2,5 cm). Dependiendo del uso previsto, el diámetro también
puede ser menor o mayor. Como se ilustra en las figuras 7A y 7B el
borde 186 interior de cada aleta 184 se corta para prevenir
interferencias con el tubo 128 de salida y el obturador 162 de
escape de gas.
Para acomodar los ocho tubos 160 de extracción
radial, las aletas 212 recortadas están modificadas con una muesca
216 central como se ilustra en la figura 5. La muesca 216 está
dimensionada para permitir algún grado de intersección de las
aletas 212 recortadas con los tubos 160 de extracción, como se
ilustra en la figura 9. Por lo tanto, en la realización
representada, se utilizan dieciséis aletas 212 recortadas
modificadas con una muesca 216 en combinación con ocho aletas 214
no recortadas que no han sido modificadas.
En una realización alternativa, se aprecia que
esas aletas 184 no necesitan proyectarse exteriormente radialmente
en alineación con el eje 90 de rotación. Preferentemente, el borde
186 interior de cada aleta 184 puede estar desviado de la
alineación con el eje 90 de rotación y, a pesar de eso, ser retenido
en posición por los discos. Con el uso en la especificación y en
las reivindicaciones adjuntas de la frase, "aleta que se proyecta
desde alrededor del eje de rotación" se pretende ampliamente
incluir realizaciones en las que un borde interior de una aleta
está dispuesto en un plano que ni está alineado con ni está desviado
del eje de rotación, donde al menos un aparte del borde interior
está dispuesto directamente a lo largo del eje de rotación o está
espaciado radialmente hacia fuera del eje de rotación, y/o donde el
borde interior es paralelo a o forma ángulo con el eje de
rotación.
Con las aletas y los discos ensamblados
alrededor del tubo 128 de salida, como se ilustra en la figura 8,
el conjunto interno está acotado dentro de la cámara 95 del vaso 60.
En una realización, el vaso 60 está compuesto de dos mitades
aseguradas entre sí, tal como solándolas o empernándolas con una
junta tal como una frisa o anillo dispuesta entre las mismas.
Protegiendo el conjunto interno de la figura 8 dentro de la pared 92
del vaso 60, las aletas y los discos quedan bloqueados entre sí en
enganche relativo y no es necesaria soldadura alguna para
mantenerlos seguros.
Específicamente, como se representa en la figura
10, las partes 187 laterales planas de cada aleta 184 están
dispuestas contiguas a las bridas 104 y 122 de montaje. Las partes
188 de reborde curvas de aletas 212 recortadas están dispuestas
contiguas a la pared 92. Análogamente, las partes 193 de la cara
curva de las aletas 214 no recortadas también están dispuestas
contiguas a la pared 92. Las partes 187 laterales, las partes 188 de
reborde, y la parte 193 de cara de las aletas 184 pueden estar
predispuestas directamente contra el vaso 60. Alternativamente,
puede estar formado un pequeño espacio, típicamente menor que
aproximadamente 6,3 mm, entre el vaso 60 y las partes 187, 188, y
193. Como se ilustra en la figura 9, la colocación de las aletas 184
contiguas a la pared 92 da lugar a la formación de una pluralidad
de canales 218 de flujo discreto a través del vaso 60 y a lo largo
del eje de rotación. Sin embargo, cada canal 218 de flujo está
parcialmente bloqueado por la intersección de los varios discos
170, 176, 178, 202, y 204. Como consecuencia de los discos, el
fluido que se desplaza a través de los canales 218 de flujo es
necesario que fluya alrededor del borde exterior de los discos.
Volviendo a la figura 10, entre la parte 189 de
morro plana de las aletas 214 recortadas y la pared 92 está formado
un pasadizo 190 de flujo bajo. El pasadizo 190 de flujo bajo
posibilita que el fluido fluya entre los canales 218 de flujo
discreto del ecuador 97. En una realización, el espacio máximo entre
la parte 189 de morro plana de la aleta 214 recortada y la pared 92
está en un rango de entre aproximadamente 0,125 pulgadas (0,3 cm) y
aproximadamente 2 pulgadas (5 cm) siendo más preferente una
separación de aproximadamente 0,25 pulgadas (0,6 cm) a
aproximadamente 1 pulgada (2,5 cm). En otras realizaciones, el
espacio máximo puede ser mayor o menor. Aunque no es un requisito,
en una realización la parte 189 de morro plana de cada aleta 184
está situada radialmente hacia dentro de la abertura 166 de cada
correspondiente tubo 160 de extracción.
Por supuesto, se contempla que las aletas 184
puedan estar formadas con una variedad de configuraciones diferentes
para facilitar el pasadizo 190 de flujo bajo entre los canales 218
de flujo 218. Por ejemplo, las aletas 212 recortadas pueden
sustituirse por aletas 215 alternativas. En esta realización, los
orificios 196 facilitan el paso 190 de flujo bajo. En otras
realizaciones, las muescas, las ranuras, los orificios, los surcos y
similares pueden estar formados en una aleta 184 para facilitar el
paso 190 de flujo bajo.
La muesca 194 (figura 7B) formada en las aletas
214 no recortadas está diseñada para realizar dos funciones.
Primera, en una realización en la que se forma una costura en el
ecuador 97, tal como una brida interior, la muesca 194 provee
espacio para recibir la costura. La muesca 194 también funciona para
permitir al menos algún flujo entre los canales 218 de flujo
separados por aletas 214 no recortadas. DE esta manera, el flujo de
fluido a través de la muesca 194 ayuda a asegurar que las capas
límite y los caudales sean iguales en cada canal 218 de flujo.
Una vez que el conjunto interno está acotado
dentro del vaso 60, los collarines 100, 124 de montaje de entrada y
salida, los conjuntos de rodamiento y los alojamientos ensamblados
como se describió anteriormente se empernan o, de otro modo, se
aseguran al vaso 60 usando procedimientos convencionales conocidos
por los expertos en la técnica.
En operación, como se ilustra en la figura 2, la
rotación del vaso 60 se inicia girando sobre el motor 62.
Típicamente, el motor 62 hace que el vaso 60 rote con una velocidad
de rotación en el rango de entre aproximadamente 600 rpm y
aproximadamente 10.000 rpm, siendo más preferente velocidades de
apropiadamente 1.200 rpm a aproximadamente 3.600 rpm. En el
separador 10 de sólido-líquido se recibe una
corriente 38 por medio de la bomba 80 que bombea dicha corriente a
través de la línea 72 de entrada. Preferiblemente, la corriente 38
se presuriza por medio de la bomba 80 de manera tal que se mantiene
una presión hidráulica dentro del vaso 60 durante la operación del
separador 10 de sólido-líquido. En una realización
el vaso 60 del separador 10 de sólido-líquido opera
a una presión hidráulica en un rango de entre aproximadamente 1
libra/pulgada^{2} (6,89 x 10^{3} Pa) y aproximadamente 600
libras/pulgada^{2} (4,14 x 10^{6} Pa) siendo más preferente una
presión de aproximadamente 30 libras/pulgada^{2} (2,07 x 10^{5}
Pa) a aproximadamente 125 libras/pulgada^{2} (8,61 x 10^{5} Pa).
Dependiendo del uso previsto, la velocidad de rotación puede ser
mayor o menor.
Además de la presión hidráulica aplicada al vaso
60 por la corriente 38, se aplica una fuerza centrífuga a la
corriente 38 y al vaso 60 como consecuencia de la rotación del vaso
60. Esta fuerza centrífuga se incrementa a medida que la distancia
al eje 90 de rotación se incrementa. Así pues, la fuerza total en el
perímetro del vaso 60 puede ser varias veces la de la presión
hidráulica.
La corriente 38 puede incluir virtualmente
cualquier líquido que haya sido contaminado con un componente en
partículas que tenga una densidad mayor que la del líquido. En la
mayor parte de las aplicaciones, sin embargo, el líquido es agua.
Por lo tanto, aunque el agua se denomina en la presente líquido que
se clarifica, se entenderá que el separador 10 de
sólido-líquido de la presente invención se puede
usar para clarifica runa variedad de líquidos.
Como se ilustra en la figura 10, la corriente 38
de alimentación entra en el separador 10 de
sólido-líquido a través de la entrada 114 de
corriente de alimentación. Cuando la corriente 38 de alimentación
llega al eje 98 hueco de rotación, es forzada a través de los
puertos 110 de acceso (véase también la figura 4) hacia dentro del
eje 98 hueco donde la corriente es acelerada hasta la misma
velocidad de rotación que la del vaso 60. El flujo a través del
eje 98 hueco de rotación prosigue en la dirección de a flecha A.
Tras la llegada a la entrada del vaso 60 contiguo a la brida 104
de montaje de la entrada, la fuerza centrífuga impuesta debida a la
rotación del vaso 60 empuja la corriente radialmente hacia la pared
92 del vaso 60. Cuando la corriente entra en el vaso 60, entra en
uno de los canales 218 de flujo (figura 9) y prosigue para llenar el
vaso 60.
Los canales 218 de flujo ayudan en la
eliminación del efecto Coriolis. Es decir, si se eliminaran las
aletas 184, cuando el fluido entra en el vaso 60, el fluido se
arremolinaría en un torbellino. Dicha agitación produce un flujo
turbulento que suspende partículas dentro del fluido. Como se expone
más adelante, en una realización el separador 10 de
sólido-líquido opera sedimentando la materia en
partículas contra o al lado de la pared 92 del vaso 60 de donde se
elimina posteriormente. Pasando el fluido a través de los canales
218 de flujo discreto, el arremolinamiento del flujo se elimina
sustancialmente. El fluido se desplaza en un flujo sustancialmente
laminar en el que el fluido rota a la misma velocidad que el vaso
60. Como consecuencia, el potencial de sedimentación de partículas
dentro del líquido se maximiza.
Cuando la corriente 38 entra en el vaso, es
forzada alrededor del disco 176 y a lo largo de la dirección de las
flechas B. Dentro del vaso 60, la corriente es sometida a tremendas
fuerzas centrífugas impuestas a la misma debido a la rotación del
vaso 60. Así, el componente de la corriente más denso, es decir, la
materia en partículas, fluye radialmente hacia fuera mientras que
el componente menos denso fluye radialmente hacia dentro o
permanece arriba. En una realización, las fuerzas centrífugas
presentes en el separador 10 de sólido-líquido
producen un promedio de aproximadamente 500 veces g a
aproximadamente 2.000 veces g sobre la mezcla de fluidos. La fuerza
centrífuga clarifica rápidamente el fluido dando lugar a un
contenido de líquido bajo en al materia en partículas más densa.
Así, el separador 10 de sólido-líquido puede lograr
en minutos o segundos la cantidad de separación que un separador de
depósito estático tarda horas para lograr el mismo resultado.
Como se expuso anteriormente, la materia en
partículas de la corriente 38 es forzada por la rotación del vaso
60 a acumularse contra la pared 92 en el ecuador 97. La materia en
partículas acumulada se identifica como sólidos 224 recogidos. Una
línea 228 límites está definida entre los sólidos 224 recogidos y el
agua 226 clarificada dispuesta radialmente hacia dentro de los
mismos Se permite que los sólidos 224 recogidos se acumulen y la
línea 228 límite asciende hasta que la línea 228 límite esté situada
radialmente hacia dentro de la abertura 166 de los tubos 160 de
extracción (una condición ilustrada en la figura 10). Los sólidos
224 recogidos se extraen seguidamente del vaso 60 a presión a
través de los tubos 169 de extracción, como se describe
seguidamente.
El agua que fluye alrededor del borde del disco
170 a través del pasadizo 174 de flujo axial puede agitar los
sólidos 224 recogidos que se han depositado en el radio de la mayor
dimensión o ecuador 97 del vaso 60 a presión. Aunque no siempre, en
una realización esta agitación producida por efectos de remolinos
actúa en oposición a la finalidad del separador 10 de
sólido-líquido. Por consiguiente, las muescas tales
como las muescas 210 en V expuestas anteriormente con respecto a la
figura 6 se pueden cortar en el perímetro exterior del disco 170.
Las muescas minimizan la agitación reduciendo la fuerza del flujo de
agua alrededor del disco 170, con lo que se reducen los efectos de
los remolinos. Así, los torbellinos 210 mantienen la capa 224 límite
entre los sólidos 224 recogidos y el agua 226 clarificada.
Además del funcionamiento de las aletas 184 de
soporte, los diferentes discos, especialmente el disco 170,
funcionan para ayudar en la eliminación de la materia en partículas.
Es decir, todo el fluido que entra en el vaso 60 debe fluir bien
hacia o alrededor del borde exterior del disco 170 antes de que
pueda salir del vaso 60. Forzando todo el fluido a fluir hacia el
borde exterior del disco 170 al ecuador 97, todo el fluido se
somete a las fuerzas centrifugas más grandes producidas por la
rotación del vaso 60, con lo que se asegura que se elimine del
fluido entrante la más alta concentración de materia en partículas.
Los discos 176 y 178 también funcionan a este fin. Además, situando
los discos 176 y 178 en lados enfrentados del disco 170, el fluido
fluye radialmente hacia dentro y hacia fuera cuando se mueve entre
los discos. Este movimiento radial del fluido incrementa el tiempo
de retención del fluido dentro del vaso, con lo que el fluido se
somete a una fuerza centrífuga en el vaso durante un periodo de
tiempo más prolongado. Como consecuencia, se elimina una gran parte
de la materia en partículas. Sin embargo, en una realización
alternativa, el separador 10 de sólido-líquido
puede ser operado sin el uso de discos, especialmente del disco
170.
Debido a que ocasionalmente pueden encontrarse
gases en la corriente 38 de alimentación, puede formarse una capa
230 de gas alrededor del eje 90 en lado de entrada del vaso 60. El
disco 170 sirve de manera efectiva como barrera entre el lado de
entrada y el lado de salida del vaso 60. Consecuentemente, los gases
encontrados dentro de la corriente de alimentación generalmente se
encontrarán solamente en el lado de entrada del vaso 60 porque es
probable que se separen antes de que el líquido pase a través del
pasadizo 174 de flujo axial.
A medida que la corriente 38 de alimentación
continua fluyendo hacia el interior del vaso 60, el fluido pasa
alrededor del perímetro exterior del disco 170 central y hacia
dentro del lado de salida del vaso 60. El agua 226 clarificada, que
puede ser otros fluidos en otras realizaciones, llena el lado de
salida del vaso 60 y seguidamente sale a través del canal 132 de
aguas residuales. Posteriormente, el agua 226 clarificada sale del
separador 10 de sólido-líquido a través de la salida
134 de aguas residuales y de la válvula 136 de seguridad. La
válvula 136 de seguridad solamente se abre cuando la contrapresión
en la salida 134 de aguas residuales supera la fuerza del muelle de
la válvula, asegurándose así que se mantenga una presión
predeterminada dentro del vaso 60. En una realización alternativa,
la válvula 136 de seguridad puede sustituirse por otros sistemas de
operación que realizan la misma función. Por ejemplo, la válvula 136
de seguridad puede sustituirse por una válvula operada
electrónicamente y un sensor de presión. La válvula se abre
electrónicamente cuando el sensor de presión detecta una presión
predeterminada dentro del vaso 60 o en la salida 134. En otras
realizaciones, la válvula 136 puede ser autoajustable para permitir
que el agua 226 clarificada fluya continuamente a su través a una
presión dada. Si el flujo aumenta o disminuye, la válvula 136 se
abre o se cierra automáticamente una cantidad proporcional de
manera que la presión se mantiene sustancialmente constante.
La línea 228 límite se mantiene a un nivel
deseado abriendo la válvula 148 periódicamente y permitiendo que
los sólidos 224 recogidos sean extraídos a través de los tubos 160
de extracción. Cuando la válvula 148 se abre se crea un gradiente
de presión entre el interior del vaso 60 y la línea 76 de
eliminación de la salida. El flujo de sólidos 224 recogidos
prosigue desde el entorno de mayor presión dentro del vaso 60 hacia
la menor presión a través de los tubos 160 de extracción. Esta
presión diferencial se puede crear de varias maneras, tales como
operando el vaso 60 a presión ambiente e imponiendo una presión
negativa en los tubos 160 de extracción o, como se representa
actualmente, operando el vaso 60 a presión e imponiendo en los tubos
160 de extracción una presión próxima a la ambiental.
Admitiendo que los ocho tubos 160 de extracción
solamente se extienden hacia el interior de ocho de los canales 218
de flujo (figura 9), la línea 228 límite cae en estos canales 218 de
flujo a medida que los sólidos 224 recogidos son extraídos. Cuando
la línea 228 límite en estos canales 218 de flujo cae, los sólidos
224 recogidos de canales 218 de flujo contiguos fluyen a través del
pasadizo 190 de flujo bajo para mantener la línea 228 límite a un
nivel generalmente constante en toda la circunferencia del vaso 60.
En una realización alternativa, se contempla que pueda avanzarse un
tubo 160 de extracción hasta cada canal 218 de flujo discreto. En
esta realización no es necesario tener pasadizo 190 de flujo bajo
entre los canales 218 de flujo, es decir, las aletas 184 pueden
extenderse hasta el final de la pared 92 del vaso 60 a lo largo de
la longitud de las aletas 184.
Cuando la válvula 148 de salida se abre, todo el
gas que se haya acumulado dentro del vaso 60 para formar una capa
de gas comenzará inmediatamente a escapar a través del orificio 164
del obturador 162 que está en comunicación fluida con el canal 130
de eliminación. Por lo tanto, preferiblemente, el orificio 164
debería estar dimensionado de manera tal que toda acumulación de
gas prevista pueda ser eliminada por medio de la apertura periódica
de la válvula 148. Sin embargo, el orificio 164 debería ser
suficientemente pequeño para permitir una extracción suficiente en
los tubos 160 de extracción para eliminar los sólidos 224 recogidos.
Por lo tanto, el tamaño del orificio 164 depende en parte del
tiempo de residencia y de la naturaleza del flujo de fluido En una
realización, el orificio 164 tiene el interior roscado y un diámetro
de aproximadamente 0,375 pulgadas (1 cm). Este orificio de 0,375
pulgadas (1 cm) está roscado para posibilitar un inserto con el que
el diámetro del orificio puede reducirse o, incluso, ocluirse
totalmente, lo que depende del inserto seleccionado. Se puede
roscar un inserto incluso después de la construcción del vaso 60
porque el orificio 164 permanece accesible a través del orificio
140 de salida y del canal 130 de eliminación. La naturaleza
ajustable del diámetro de este orificio permite hacer el orificio
164 a la medida de los diferentes flujos de fluido usando al mismo
tiempo el mismo separador 10 de sólido-líquido.
En una realización de la presente invención, el
vaso 60 esférico tiene un diámetro interior de aproximadamente 19
pulgadas (48 cm) y es capaz de tratar aproximadamente 38 litros de
agua por minuto. Esto permite un tiempo de residencia de
aproximadamente 1,5 minutos en el separador 10 de
sólido-líquido sometiendo el agua al mismo tiempo a
fuerzas de un promedio de aproximadamente 700 g. Esto es
aproximadamente el equivalente a 2 horas de tiempo de residencia en
un clarificador estático de la misma capacidad. En una realización,
el separador de sólido-líquido es capaz de
clarificar agua para eliminar al menos 99% de sólidos. En
realizaciones alternativas, la presente invención contempla que los
vasos típicos puedan ser formados con un diámetro interior máximo
en un rango de entre aproximadamente 6 pulgadas (15 cm) y
aproximadamente 120 pulgadas (300 cm) siendo más preferente
aproximadamente 12 pulgadas (30 cm) a aproximadamente 60 pulgadas
(150 cm). Dichos vasos pueden diseñarse para tratar fluido a una
velocidad en un rango de entre aproximadamente 0 litros/minuto y
aproximadamente 4.000 litros/minuto, siendo mas preferente
aproximadamente 1 litro/minuto a aproximadamente 1.000
litros/minuto. Se aprecia que en otras realizaciones, las variables
anteriores pueden ser mayores o menores.
La corriente 40 de materia en partículas
resultante de pasa a través de un filtro de bolsa, prensa
filtradora, y/o filtro de cinta para eliminar el agua restante y
"aglutinar" los sólidos. Los sólidos "aglutinados" pueden
eliminarse seguidamente por compostaje u otros procedimientos
conocidos en la técnica. Finalmente, el procedimiento de
eliminación dependerá de la composición de los sólidos
"aglutinados". Por ejemplo, los sólidos que contienen metales
pesados no se pueden compostar y se deben usar procedimientos de
eliminación adecuados.
Para detener el separador 10 de
sólido-líquido, se desconectan la bomba y el motor,
seguidamente de drena el vaso 60 y se enjuaga a presión.
Alternativamente, simplemente puede dejarse fluido dentro del vaso
60 durante su inactividad.
En una realización, dependiendo de los
parámetros de operación y de la materia en partículas que se recoja,
puede ser difícil extraer totalmente del vaso 60 los sólidos 224
recogidos a través de los tubos 160 de extracción. Por ejemplo, los
sólidos 224 recogidos pueden estar aglutinados en la pared 92 en una
extensión tal que no fluyan libremente hacia dentro de los tubos
160 de extracción. En una aproximación a una eliminación de sólidos
224 recogidos más fácilmente y totalmente, el flujo entrante de la
corriente 38 al vaso 60 y el flujo saliente de agua 226 clarificada
del vaso 60 pueden ser detenidos momentáneamente. Mientras tanto el
vaso 60 continúa su rotación, y se puede bombear una corriente de
eliminación al canal 130 de eliminación del tubo 128 de salida de
manera que la corriente de eliminación descienda a través de los
tubos 160 de extracción y hacia el interior del vaso 60.
A medida que la corriente de eliminación pasa al
interior del vaso 60, a corriente de eliminación vuelve a suspender
los sólidos aglutinados en el fluido circundante. Sin embargo, la
fuerza centrífuga mantiene la materia en partículas sustancialmente
contigua a la pared 92 perimétrica. Una vez que la materia en
partículas vuelve a ser suspendida en una fase menos densa, los
tubos 160 de extracción pueden volver a su operación original en la
que el fluido que contiene la materia en partículas suspendida se
extrae fuera del vaso 60 a través de tubos 160 de extracción. Una
vez eliminada la cantidad deseada de materia en partículas, se puede
cerrar el flujo a través de los tubos 160 de extracción mientras
que la rotación del vaso reasienta la materia en partículas contra
la pared 92 periférica. Una vez que la materia en partículas está
suficientemente asentada, la corriente 38 de alimentación y el agua
clarificada pueden volver a fluir hacia dentro y fuera del vaso
60.
Como se va a exponer más adelante con mayor
detalle, pueden colocarse diferentes formas de toberas en el extremo
de los tubos 160 de extracción para volver a suspender más
eficientemente la materia en partículas. Además, se puede usar un
tubo aparte para enviar la corriente de eliminación al interior del
vaso 60.
En las figuras 11 y 12 está representada otra
realización útil para el entendimiento de la presente invención,
aunque está fuera de su ámbito, que se refiere a un separador 224 de
líquido-líquido que usa una construcción similar a
la del separador 10 de sólido-líquido representado
en las figuras 2-10. A diferencia con el separador
10 de sólido-líquido que está diseñado para
principalmente eliminar partículas de un fluido, el separador 244
de líquido-líquido está diseñado para principalmente
separar dos o más líquidos inmiscibles de un líquido mezclado tales
como aceite y agua o cualquier otro tipo de líquidos inmiscibles. De
esta manera, el separador 224 de liquido-líquido se
puede usar como separador 22 de aceite-agua.
La figura 12 ilustra un subconjunto 232 del
separador 244 de líquido-líquido. El subconjunto 232
incluye un disco 234 menor lateral de entrada similar al disco 176
menor lateral de entrada representado en la figura 6. Se representa
un disco 236 central con una pluralidad de perforaciones 238. Las
perforaciones 238 permiten el paso de líquidos a su través. Además,
también se representa un disco 240 menos lateral de salida con una
pluralidad de perforaciones 238 que se extienden a su través.
Como se representa en la figura 11, el resto del
subconjunto 232 y el vaso en el que está dispuesto el subconjunto
232 son sustancialmente iguales que los presentados anteriormente
con respecto al separador 10 de sólido-líquido. Así
que, los elementos similares están identificados por caracteres de
referencia similares. Además, las alternativas presentadas
anteriormente con respecto al separador 10 de
sólido-líquido son aplicables también al separador
244 de líquido-líquido.
El separador 244 de
líquido-líquido también opera de manera similar al
separador 10 de sólido-líquido. Por ejemplo, con el
vaso 60 rotatorio, el líquido mezclado se bombea al interior de la
entrada 114 para que fluya hasta el eje 98 hueco a lo largo de la
flecha A. Tras alcanzar la entrada al vaso 60, el líquido mezclado
entra en uno de los canales 218 de flujo (figura 9) y procede a
llenar el vaso 60. Como consecuencia de la fuerza centrífuga
producida por la rotación del vaso 60 y el impacto del líquido
mezclado contra el disco 234 menor, el líquido mezclado es empujado
radialmente hacia fuera hacia la pares 92 del vaso 60 y alrededor
del disco 234.
El líquido mezclado incluye un componente 241
pesado y un componente 243 ligero que se definen por sus densidades
relativas. Se aprecia que el componente 241 pesado puede incluir
también materia que comprende partículas. Donde el líquido mezclado
incluye más de dos líquidos inmiscibles. El componente 241 pesado o
el componente 243 ligero puede estar definido para incluir más de
un líquido. El líquido extraído que incluye más de un líquido puede
ser tratado posteriormente por medio de un segundo 244 separador de
líquido-líquido para separar los líquidos del
mismo.
Como consecuencia de la fuerza centrífuga
aplicada, el componente 241 pesado fluye hacia la pared 92 al
ecuador 97. El componente 243 ligero fluye hacia el centro o hacia
el eje 90 de rotación del vaso 60. Como consecuencia, se forma una
línea 245 límite entre el componente 241 pesado y el componente 243
ligero. La línea 245 límite se mantiene dentro de un rango de
distancias radiales alejadas del eje 90 de rotación. Esta línea 245
límite de líquido-líquido es análoga a la línea 228
límite representada en la figura 10 del separador 10 de
sólido-líquido. En cambio, sin embargo, la línea
245 límite de líquido-líquido está situada
típicamente a una distancia radial del eje 90 de rotación en un
rango de aproximadamente 1/5 a aproximadamente 4/5 de la distancia
entre el eje 90 de rotación y el diámetro máximo en el ecuador 97,
preferiblemente 1/4 a aproximadamente 3/4 de la distancia, incluso
más preferiblemente de aproximadamente 1/3 a aproximadamente 2/3 de
la distancia. En otras realizaciones la distancia puede ser menor o
mayor.
Como consecuencia de las perforaciones 238 que
se extienden a través de los discos 236 y 240, el componente 243
ligero y el gas 230 pueden fluir a través de los discos 236 y 240 y
fuera del canal 132 de aguas residuales. Dado que el gas 230 sale
con el componente 243 ligero, no hay necesidad de un orificio de
escape de gas en el extremo 131 de la entrada del tubo 128 de
salida. En esta realización, los discos 236 y 240 funcionan
principalmente como soportes de las aletas 184 y por lo tanto
pueden ser de cualquier configuración deseada. Alternativamente, los
discos 236 y 240 se pueden suprimir.
El componente 241 pesado se elimina del vaso 60
a través de los tubos 160 de extracción y del tubo 128 de salida.
Donde hay menos tubos 160 de extracción que canales 218 de flujo
discreto, los pasadizos 190 de flujo bajo están formados entre los
canales 218 de flujo discreto de manera que la línea 245 límite es
constante en todos los canales 218 de flujo. Dado que la línea 245
límite está típicamente más próxima al eje 90 de rotación que la
línea 189 límite, el segundo extremo 163 de los tubos 160 de
extracción pueden aproximarse al eje 90 de rotación.
En una realización, se proveen medios para
presurizar el fluido dentro del vaso 60 a presión para controlar
automáticamente la posición de la línea 245 límite dentro del vaso
60 a presión en cuanto a cambios del porcentaje de componente
pesado y de componente ligero del fluido que entra en el vaso 60 a
presión. Más adelante se describen varios ejemplos de dichos
medios. En las figuras 11 y 13A está representada, a modo de ejemplo
y no de limitación, una realización de un sistema 290 de control
para la eliminación del separador 244 de
líquido-líquido de líquidos separados,
Específicamente, una corriente 30 de suministro que contiene dos
líquidos inmiscibles se introduce en el separador 244 de
líquido-líquido donde los dos líquidos se separan
dentro del vaso 60 a presión del componente 241 pesado y del
componente 243 ligero como se expuso anteriormente. El sistema 290
de control incluye una primera válvula 248 acoplada a la línea 78 de
aguas residuales y una segunda válvula 256 acoplada a la línea 76
de
eliminación.
eliminación.
Se mantiene una presión diferencial entre la
primera válvula 248 y la segunda válvula 256. La presión diferencial
es necesaria para mantener la línea 245 límite a una distancia
radial definida del eje 90 de rotación de manera tal que solamente
sale componente 243 ligero a través del canal 132 de aguas
residuales y de la línea 78 de aguas residuales y solamente sale
componente 241 pesado a través de tubos 160 de extracción, del tubo
128 de salida y de la línea 76 de eliminación. El fallo en el
establecimiento y mantenimiento de una presión diferencial entre
las válvulas 248 y 256 puede dar lugar a la extensión de la línea
245 límite hasta más allá de los tubos 160 de extracción de manera
tal que un aparte del componente 243 ligero sale con componente 241
pesado a través de tubos 160 de extracción o puede dar lugar a que
la línea límite se extienda en el canal 132 de aguas residuales de
manera tal que una parte del componente 241 pesado salga con
componente 243 ligero a través del canal 132 de aguas
residuales.
La presión diferencial se basa en las
propiedades de operación del separador 244, tales como la velocidad
de rotación y la propiedades materiales de la corriente 30 de
suministro, tales como la densidad y viscosidad de los al menos dos
líquidos inmiscibles contenidos en la corriente 30 de suministro. La
presión diferencial también se basa en la localización deseada de
la línea 245 límite dentro del vaso 60. SE aprecia que en algunas
realizaciones la presión diferencial puede ser cero o
sustancialmente cero para mantener la línea 245 límite en la
localización deseada.
En la práctica, la presión diferencial se puede
determinar empíricamente. Por ejemplo, inicialmente la primera
válvula 248 se ajusta para operar a una primera presión. Es decir,
la primera válvula 248 mantiene la salida de componente 243 ligero
a la primera presión permitiendo al mismo tiempo que el componente
243 ligero que sale fluya continuamente a través de la primera
válvula 248. Consecuentemente, si el flujo de componente 243 ligero
que sale decrece, la primera válvula 248 cierra automáticamente una
cantidad correspondiente para mantener la primera presión. A este
respecto, la primera válvula 248 puede comprender un regulador de
contrapresión tal como un Fisher 98L hecho por Fisher Controls
International, Inc., de Marshall Town, Iowa. Alternativamente, la
primera válvula 248 puede comprender un regulador de contrapresión
dirigido o controlado, también disponible en Fisher Controls
International, Inc., que opera en comunicación con un sensor 246 de
presión acoplado a la línea 78 de aguas residuales. En cualquiera
de las realizaciones anteriores o en otras configuraciones de
válvula alternativa, la primera válvula 248 está configurada para
ajustarse automáticamente y mantener una presión deseada en el
componente 243 ligero que sale cuando el caudal del mismo cambia.
Cuando el caudal es sustancialmente constante, la primera válvula
248 puede configurarse para ajuste manual en vez de automático.
La cantidad de primera presión es en algún
aspecto arbitraria ya que es la presión diferencial el que controla
la posición de la línea 245 límite. En una realización, sin embargo,
la primera presión está típicamente en un rango de entre
aproximadamente 1 libra/pulgada^{2} (6,89 x 10^{3} Pa) y
aproximadamente 600 libras/pulgada^{2} (4,14 x 10^{6} Pa)
siendo más preferente aproximadamente 30 libras/pulgada^{2} (2,07
x 10^{5} Pa) a aproximadamente 125 libras/pulgada^{2} (8,61 x
10^{5} Pa). En otras realizaciones, la presión puede ser mayor o
menor.
Una vez que la primera presión está ajustada
para la primera válvula 248, la segunda válvula se ajusta
inicialmente para operar a la misma presión. El separador 244 de
líquido-líquido es operado seguidamente a un caudal
de la corriente 30 de suministro y a una velocidad de rotación
definida del vaso 60. La presión de operación de la segunda válvula
256 se varía seguidamente crecientemente en direcciones opuestas
para determinar las presiones de operación extremas de la segunda
válvula 256. Por ejemplo, la presión de operación de la segunda
válvula se puede decrecer crecientemente y seguidamente incrementar
crecientemente para determinar la presión de la segunda válvula 256
a la que el componente 243 ligero primero comienza a fluir por la
línea 76 de eliminación con componente 241 pesado y el componente
241 pesado primero comienza a fluir por la línea 78 de aguas
residuales con componente 243 ligero.
Una vez que las dos presiones de operación
extremas de la segunda válvula 256 están determinadas, la segunda
válvula se ajusta para operar a una presión entre las dos presiones
extremas. Esto sitúa la línea 245 límite sustancialmente centrada
entre la abertura para el canal 132 de aguas residuales y la
abertura para los tubos 160 de extracción. Alternativamente, la
segunda válvula 256 se puede ajustar para operar a cualquier presión
deseada entre las dos presiones extremas. La presión diferencial
resultante entre la primera válvula 248 y la segunda válvula 256
define la presión diferencial. La segunda válvula 256 puede
comprender el mismo tipo de válvula expuesto con respecto a la
primera válvula 248. Así pues, en una realización, la segunda
válvula 256 puede operar en conjunción con un sensor 252 de presión
acoplado a la línea 76 de eliminación.
Una de las ventajas inigualables es su capacidad
para compensar los cambios en la proporción de los dos líquidos
inmiscibles de la corriente 30 de suministro. Por ejemplo, asumiendo
que una corriente 30 de suministro de aceite-agua
alimenta el separador 244 de líquido-líquido con una
mezcla de 50/50 mixture. En un momento dado, la mezcla de 50/50
experimenta súbitamente un cambio de carga a 10% aceite y 90% agua.
Donde la velocidad de rotación del separador 244 de
líquido-líquido permanece sustancialmente constante,
una cantidad de agua incrementada (componente 241 pesado) tenderá a
hacer que la línea 245 limite se desplace hacia el ele 90 de
rotación. Consecuentemente, la presión detectada en la primera
válvula 248 decrecerá mientras que la presión detectada en la
segunda válvula crecerá. Como consecuencia, la segunda válvula 256
se cerrará automáticamente ligeramente y la primera válvula 248 se
abrirá automáticamente ligeramente. Como consecuencia, las presiones
de operación de las válvulas 248 y 256 y la presión diferencial
entre las válvulas 248 y 256 se mantienen continuamente
relativamente constantes aún cuando la proporción de los líquidos de
la corriente 30 de suministro pueda cambiar continuamente. Así
pues, la posición de la línea 245 límite se mantiene relativamente
constante dentro del vaso 60.
Una corriente 30 de suministro de 100% agua o
una corriente 30 de suministro de 100% aceite también se puede
controlar manteniendo la línea 245 límite dentro del rango de
distancias preferente desde el eje 90 de rotación. Por ejemplo,
cuando se introduce una corriente 30 de suministro de 100% aceite en
el separador 244 de líquido-líquido, la segunda
válvula 256 se cerrará finalmente totalmente con el fin de mantener
la interfaz de líquido-líquido dentro de un rango
de distancias preferente lejos del eje 90 de rotación.
Consecuentemente, cuando todo el líquido de la corriente 30 de
suministro es aceite, el aceite se desplazará a través del separador
244 de liquido-líquido sustancialmente sin mezcla
alguna de agua que en esta situación, se estancaría sustancialmente
en su interior.
En la figura 13B se representa otra realización
de un sistema 294 de control. Los elementos similares de los
sistemas 290 y 294 de control se representan con caracteres de
referencia similares. A diferencia con el sistema 290 de control en
el que la segunda válvula 256 mide la presión en la línea 76 de
eliminación, en el sistema 294 de control el sensor 252 de presión
está acoplado a la línea 78 de aguas residuales. Una línea 254 de
señales acopla el sensor 252 a la segunda válvula 256. En estar
realización, la segunda válvula 256 se ajusta para operar a una
presión diferencial relativo a la presión de operación ajustada de
la primera válvula 248. A modo de ejemplo, cuando la primera
válvula 248 se ajusta para operar a 20 libras/pulgada^{2}, la
segunda válvula 256 puede ajustarse para operar a una presión de 35
kPa con respecto a la presión en la línea 78 de aguas residuales.
Consecuentemente, aunque ambas válvulas 248 y 256 miden la presión
en la línea 78 de aguas residuales, se mantiene una presión
diferencial predefinido entre las dos válvulas. Aunque los sensores
246 y 252 se muestran en la figura 13 estando ambos acoplados a la
línea 78 de aguas residuales, en una realización alternativa los
sensores 246 y 252 cada uno se puede acoplar a la línea 78 76 de
eliminación. En una realización la segunda válvula 256 puede ser un
regulador de presión diferencial tal como el Fisher 98LD fabricado
por Fisher Controls International, Inc., de Marshall Town, Iowa.
En otra realización más, se aprecia que la
primera válvula 248 en el sistema 294 de control puede estar
configurada de manera tal que no se ajuste la presión en la línea
78 de aguas residuales cuando el caudal del fluido que pasa a su
través es cambiante. Por ejemplo, la primera válvula 248 puede estar
configurada de manera tal que cuando la cantidad de componente 243
ligero saliente que pasa a su través decrece, la presión del fluido
dentro de la línea 78 de aguas residuales 78 puede también
permitirse decrecer. Sin embargo, la segunda válvula 256 se ajusta
para operar a una presión relativa a la presión de la línea 78 de
aguas residuales, la presión de operación de la segunda válvula 256
también decrece, con lo que se mantiene la presión diferencial
deseado entre las válvulas 248 y 256.
En otra realización más representada en la
figura 13C, se usa un controlador 260 para sacar los fluidos
separados del separador 244 de líquido-líquido. Se
transmiten señales del primer sensor 246 de presión usando un primer
transmisor 262 que opera, a modo de ejemplo no limitativo, con una
señal 4-20 mA. Análogamente, la primera válvula 248
transmite una señal usando un primer convertidor 264 de I/P también
con una señal de 4-20 mA. El primer convertidor 264
de I/P convierte una señal de control de 4-20 mA en
señal neumática con el fin de operar la primera válvula 248. La
línea 76 de eliminación también se configura con un segundo sensor
252 de presión, un segundo transmisor 266, una segunda válvula 256,
y un segundo convertidor 268 de I/P.
Cuando se produce una perturbación de carga
dentro de la corriente 30 de suministro, el primer sensor 246 de
presión y el segundo sensor 252 de presión detectan un cambio en las
respectivas presiones entre el componente 241 pesado saliente que
pasa a través de la línea 76 de eliminación y el componente 243
ligero saliente que pasa a través de la línea 78 de aguas
residuales. Dicha perturbación de carga será percibida por el
controlador 260 las respectivas válvulas 248 y 256 se ajustarán con
el fin de mantener la línea 245 límite a un rango de distancias
preferente lejos del eje 90 de rotación. La presión diferencial la
mantiene el control de la primera válvula 256. Consecuentemente, se
puede mantener la posición de la línea 245 límite dentro de un rango
preferente de distancias alejadas del eje 90 de rotación.
En otra configuración de operación, las
realizaciones representadas en las figuras 13A, 13B y 13C pueden
mezclarse. Por ejemplo, un sistema alternativo podría proveer una
primera válvula 248 en la línea 78 de aguas residuales como se
expuso anteriormente con respecto a la figura 13A y una segunda
válvula 256 en la línea 76 de eliminación como se expuso con
respecto a la figura 13C. La segunda válvula 256 se acoplaría al
sensor, al controlador y a otra electrónica como también se expuso
con respecto a la figura 13C.
En la figura 14 está representado un sistema 295
de control que opera de manera ligeramente diferente. El sistema
295 de control incluye una válvula 296 acoplada a la línea 78 de
aguas residuales. La válvula 296 comprende una válvula de bola u
otro tipo de válvula que pueda fijarse para producir una abertura
definida constante de manera que en procedimientos de operación
normales el componente 243 ligero saliente esté a una primera
presión. Cuando el caudal es cambiante, sin embargo, no es necesario
ajustar la válvula 296 para mantener la presión.
El sistema 295 de control incluye también una
válvula 297, tal como una válvula de solenoide, que está diseñada
para abrirse y cerrarse totalmente a voluntad. La válvula 297 se
acopla eléctricamente al sensor 298 que puede acoplarse, a su vez,
a la línea 76 de eliminación o a la línea 78 de aguas residuales.
La válvula 297 se ajusta para abrirse y cerrarse totalmente a una
presión en rango de presiones. Por ejemplo, durante un modo de
operación la válvula 296 se deja siempre abierta una cantidad
definida, mientras que la válvula 297 está cerrada inicialmente.
Cuando la presión detectada por el sensor 298 alcanza un límite
superior definido, como consecuencia de la recogida de componente
pesado dentro del vaso 60, la válvula 297 se abre dejando que el
componente pesado salga a su través. La válvula 297 permanece
abierta hasta que la presión detectada por el sensor 298 caiga
hasta un limite inferior momento en el cual la válvula 297 se cierra
y el procedimiento se repite. Controlando la válvula 297 en un
rango de presiones estrecho, la línea 245 límite permanece
relativamente constante. En realizaciones alternativas, se aprecia
que las válvulas 296 y 297 se pueden emparedar entre las líneas 76
y 78. Además, la válvula 297 se puede ajustar para que se abra y se
cierre durante un rango de tiempos definido y/o rango de
presiones.
Una de las características relativas al control
del sistema de separación de líquido-líquido es la
posibilidad de separar líquidos inmiscibles que tienen pesos
específicos diferentes de menos de aproximadamente de 5% entre sí.
Esto es útil para separar líquidos inmiscibles que tienen una
diferencia de peso específico en un rango de entre aproximadamente
5% y aproximadamente 0,5%, más preferiblemente entre aproximadamente
4% y aproximadamente 0,5%, y lo más preferiblemente entre
aproximadamente 3% y aproximadamente 0,5%. Por supuesto, se usa para
separar líquidos inmiscibles que tienen una diferencia de de pesos
específicos mayor que 5%. Donde se provee un sistema de
líquido-líquido dado de manera tal que los pesos
específicos de los dos líquidos son desconocidos, y se logra el
control de dichos sistemas. La calibración se puede realizar para un
vaso presurizado de rotación dada como se revela aquí. Se puede
establecer una primera rpm y varias diferencias de presión indicadas
para diferentes proporciones de los dos líquidos. Se puede ajustar
una curva para estos datos. Análogamente, se pueden ensayar otras
cantidades de rpm con el fin de calibrar el vaso a presión
rotatorio. Mediante el uso de procedimientos de control estándar
tales como un controlador PID, se puede rastrear la cantidad de rpm
del vaso a presión rotatorio y manteniendo la capa 245 límite
dentro de un rango deseado se puede encontrar el sistema de
liquido-líquido separado.
En la figura 15 está representada una aplicación
del separador 244 de líquido-líquido. En ciertas
condiciones, las normas de descarga ambiental pueden exigir que el
agua esté limpia de su aceite suspendido a un nivel inferior a
aproximadamente de 100 ppm. De acuerdo con la realización
representada en la figura 15, la corriente 12 de alimentación no
comprende sustancialmente material en partículas alguno suelto
excepto algún desecho incidental que se puede eliminar en el filtro
18 de basura. La corriente 30 de suministro entra en el separador
244 de líquido-líquido y los dos líquidos
inmiscibles se separan como se describió anteriormente.
Una corriente 250 de componente pesado saliente,
que puede comprender agua en un sistema de aceite/agua, se
introduce en un hidrocilón 270 de líquido-líquido.
El hidrocilón 270 ejecuta una separación en su interior que elimina
algo más del componente ligero líquido de una concentración de menos
de aproximadamente 10 ppm.
Por ejemplo, cuando se provee un sistema de
aceite/agua, la corriente 250 de componente pesado saliente que
comprende el agua puede tener un contenido de aceite de
aproximadamente 100 ppm. El hidrociclón 270 provee una corriente
272 líquida de componente pesado purificada que tiene un contenido
de aceite en rango de entre aproximadamente 0,1 y aproximadamente
100 ppm, preferiblemente entre aproximadamente 1 y aproximadamente
10 ppm, y más preferiblemente entre aproximadamente 2 y
aproximadamente 5 ppm. Una corriente 274 líquida de componente
ligero de reciclado es extraída del hidrociclón 276 de
líquido-líquido y mezclada la ruta 20 de flujo para
formar corriente 30 de suministro. Típicamente, en una ruta 20 de
flujo de 50/50 de aceite/agua, el contenido de agua dentro de la
corriente 274 líquida de componente ligero de reciclado estará en un
rango de entre aproximadamente 50% de agua y aproximadamente 80% de
agua. El hidrociclón 276 puede comprender cualquier hidrociclón
conocido para expertos en la técnica. Un ejemplo de hidrociclón se
revela en la patente de EE. UU. nº 5.133.861.
Consecuentemente, un procedimiento de separación
de una mezcla de líquido-líquido mediante el uso de
un separador 244, representado en la figura 11, puede incluir uno
de los sistemas de control representados en las figuras 13 y 14 o
una combinación de los mismos y puede incluir además un hidrociclón
que se conecta a la salida de componente pesado.
En la figura 16 está representada otra
realización, en la que el más costoso vaso 60 a presión esférico ha
sido sustituido por un vaso 276 a presión de doble cono truncado. La
figura 16 representa tubos 160 de extracción que son más largos que
sus equivalentes representados en la figura 3. Además, un borde 278
embridado del doble cono 276 truncado está dotado con un perno 280
con el fin de ensamblar el doble cono 276 truncado. Una frisa o un
anillo (no representado) puede estar situado entre superficies de
acoplamiento del borde 278 embridado con el fin de lograr una junta
estanca a líquidos que se mantenga a la presión contemplada por la
presente invención.
\newpage
La figura 16 también representa el pasadizo 174
de flujo axial que es más angular debido a la forma del doble cono
276 truncado. Una distinción del doble cono 276 truncado es la
ausencia una pendiente de flujo decreciente. Dicho de otra manera,
la pendiente del flujo a lo largo de la pared 92 del vaso es
constante para materia en partículas sólida o componente pesado
líquido ya que se desplaza a lo largo de la pared 92 del vaso en
dirección hacia la abertura 166 de un tubo de extracción radial.
La figura 17 es una vista en perspectiva de un
subconjunto 292 de separador que incluye discos 202, 204 adicionales
junto con un disco principal tal como el disco 170 central. La
figura 17 representa una forma de aleta de aletas radiales que
conforman con el doble cono truncado la forma del vaso 276 a
presión. Otra distinción entre el subconjunto 292 y los
correspondientes componentes en el separador 10 de
sólido-líquido es que un tubo 160 de extracción
está dispuesto entre las aletas 184 del subconjunto 292. En esta
realización, el pasadizo 190 de flujo bajo no es necesario que esté
formado entre canales 218 de flujo contiguos. De acuerdo con la
presente invención, el doble cono 270 truncado representado en las
figuras 16 y 17 se puede usar con cualquier separador de
sólido-líquido o de
líquido-líquido.
En otra realización más, se contempla que se
pueda configurar un solo separador para separar simultáneamente
tanto dos o más líquidos inmiscibles como materia en partículas de
una corriente fluida. El separador puede estar configurado
sustancialmente idéntico a los revelados en las figuras 10 y 11. En
esta realización, sin embargo, la materia en partículas recoge a la
distancia radial más lejana del eje de rotación, el más ligero de
los dos líquidos inmiscibles recogidos alrededor del eje de
rotación, y el más pesado de los dos líquidos inmiscibles se recoge
entre el material en partículas y el líquido más ligero. Se usan dos
conjuntos separados de tubos de extracción. El primer conjunto se
extiende hasta la materia en partículas para la extracción de la
misma. Esto es similar a lo expuesto anteriormente con respecto a la
figura 10. El segundo conjunto de tubos de extracción se extiende
hasta el líquido más pesado para la extracción del mismo. El líquido
más ligero sale de la misma manera que la expuesta anteriormente
con respecto a la figura 11.
En la figura 18 se representa una realización de
un separador 300 de acuerdo con la invención que puede funcionar
como separador de sólido-líquido y/o separador de
líquido-líquido. El separador 300 comprende un
conjunto 302 de bastidor que incluye una placa base 304 dispuesta
horizontalmente y una placa 306 de cabeza en alineación
sustancialmente paralela a la anterior. Un protector 308 cilíndrico
se extiende entre la placa 304 base y la placa 306 de cabeza para
delimitar un compartimento 310. La placa 304 base está soportada por
una pluralidad de patas 312 ajustables que se proyectan
descendentemente desde la misma.
Un alojamiento 314 de entrada fijo está unido a
la placa 304 base y se extiende debajo la misma. Como se expone más
adelante con mayor detalle, una línea 311 de entrada de fluido y una
línea 313 de distribución de fluido está cada una acoplada al
alojamiento 314 de entrada. La línea 311 de entrada de fluido se usa
para distribuir el fluido que está separado, clarificado y/o de
otra manera tratado. Consecuentemente, dependiendo de la
configuración y del uso previsto del separador 300, la línea 300 de
entrada de fluido puede comprender una ruta 20 de flujo o la
corriente 38 de aguas residuales de la figura 1. La línea 313 de
distribución se usa para distribuir un fluido a un vaso a presión
del separador 300 para su uso en la eliminación de la materia en
partículas recogida dentro del vaso a presión. Una válvula 317 está
acoplada a la línea 311 de entrada de fluido mientras que una
válvula 319 está acoplada a la línea 313 de distribución.
Un alojamiento 315 de salida fijo está unido a
la placa 306 de cabeza y se extiende ascendentemente desde la
misma. El fluido unido al alojamiento 315 de salida es una línea 347
de eliminación y una línea 348 de aguas residuales. La línea 347 de
eliminación se usa para la eliminación de sólidos y los fluidos más
pesados mientras que la línea 348 de aguas residuales se usa para
la eliminación de los fluidos clarificados y/o más ligeros. Las
válvulas 249 y 351 de cierre están acopladas a la línea 347 de
eliminación y a la línea 348 de aguas residuales,
respectivamente.
Un vaso 316 a presión que tiene un extremo 318
de entrada y un extremo 320 de salida enfrentado está dispuesto
rotablemente dentro del compartimento 310. Como se representa en la
figura 19, el vaso 316 a presión está montado para su rotación
alrededor de un eje 466 de rotación. El vaso 316 a presión incluye
una pared 468 periférica que tiene una superficie 470 interior que
delimita una cámara 472. Como se expuso anteriormente con respecto
al vaso 60 de presión, el vaso 316 a presión y la cámara 472 pueden
tener una variedad de configuraciones diferentes y pueden estar
hechos de una variedad de materiales diferentes para resistir una
presión interna deseada. Aunque no se requiere, en la realización
representada las paredes del vaso 316 a presión están inclinadas
radialmente hacia fuera hacia un ecuador 474 que tiene un diámetro
máximo que rodea el eje 466 de rotación.
Un conjunto 322 de eje que también está
configurado para rotar alrededor del eje 466 de rotación, se
extiende a través del vaso 316 a presión y está acoplado al mismo.
El conjunto 322 de eje incluye un extremo 324 de entrada que está
soportado rotablemente dentro del alojamiento 314 de entrada. El
conjunto 322 de eje incluye también un extremo 326 de salida que
está soportado rotablemente dentro del alojamiento 315 de
salida.
Una polea 328 anular que rodea el conjunto 322
de eje está unida al vaso 316 a presión en el extremo 318 de
entrada. Volviendo a la figura 18, en la placa 330 base está montado
un motor 330. El motor 330 hace rotar una rueda 332 motriz que está
dispuesta también dentro del compartimento 310. Una correa 334 se
extiende entre la rueda 332 motriz y la polea 328 para facilitar la
rotación del vaso 316 a presión y el conjunto 322 de eje con
respecto al alojamiento 314 de entrada fijo y al alojamiento 315 de
salida fijo. A este respecto, se aprecia que entre el conjunto 322
de de eje y los alojamientos 314 y 315 están dispuestos
rodamientos.
El conjunto 322 de eje representado en la figura
20, comprende un colector 336 central. Como se representa en la
figura 22, el colector 336 comprende un collarín 337 sustancialmente
cilíndrico que tiene una superficie 338 interior que se extiende
entre un extremo 340 de entrada y un extremo 343 enfrentado de
salida. Una brida 344 anular se proyecta radialmente hacia dentro
desde la superficie 338 interior del collarín 337. La brida 344
rodea un compartimento 339. Una pluralidad de canales 346 separados
radialmente se extienden a través del colector 336 y de la brida
344 en el lado de salida de la brida 344. Cada canal 346 comprende
una primera parte 341 del canal, una segunda parte 343 del canal y
una tercera parte 345 del canal, estando cada parte dispuesta
concéntricamente y consecutivamente estrechada hacia el
compartimento 339.
Una pared 353 terminal se extiende a través de
la brida 344 en el lado de salida de los canales 346 para delimitar
una parte del compartimento 339. Una boca 355 anular se proyecta
desde la pared 353 terminal y desde la brida 344 hacia el extremo
342 de salida. Una ranura 357 anular se extiende entre la boca 355 y
el collarín 337 para comunicarse con la segunda parte 343 de cada
canal.
Volviendo a la figura 20, el conjunto 322 de eje
también incluye un eje 350 de entrada tubular. El eje 350 de
entrada se extiende desde un primer extremo 352, que se corresponde
con el extremo 324 de entrada del conjunto 322 de eje, hacia un
segundo extremo 354 en oposición. El segundo extremo 354 está
dispuesto fijamente dentro del extremo 340 de entrada del colector
336 para tender contra la brida 344. El eje 356 de entrada tiene una
superficie 360 interior que delimita un canal 362 de distribución
de fluido. El canal 362 de distribución se extiende desde una boca
364 de entrada en el primer extremo 352 hasta los canales 346 del
colector 336. Como se representa en la figura 19, la boca 364 de
entrada está en comunicación fluida sellada con un puerto 365 de
acoplamiento formado en el alojamiento 314 de entrada, A su vez, el
puerto 365 de acoplamiento está acoplado fluidamente a la línea 313
de distribución de fluido, como se expuso anteriormente con respecto
a la figura 18. Así pues, el fluido que entra a través de la línea
313 de distribución pasa a través del alojamiento 314 de entrada y
hacia dentro del canal 362 de distribución de fluido.
Volviendo a la figura 20, el eje 350 de entrada
comprende un eje 356 interior tubular y un eje 358 exterior
tubular. El eje 356 interior y el eje 358 exterior cada uno se
extiende entre el primer extremo 352 y el segundo extremo 354. Una
pluralidad de puertos 366 de entrada separados radialmente se
extienden a través del eje 358 exterior en o hacia el primer
extremo 352. Análogamente, una pluralidad de puertos 368 de salida
se parados radialmente se extienden a través del eje 358 exterior
en o hacia el segundo extremo 354. Un tubo 370 de extensión está
acoplado a cada puerto 368 de salida y se proyecta radialmente hacia
fuera desde el mismo. Un canal 372 de entrada de fluido
sustancialmente cilíndrico está formado entre el eje 356 interior y
el eje 358 exterior y discurre longitudinalmente desde los puertos
366 de entrada hasta los puertos 368 de salida.
Como se representa en la figura 19, los puertos
368 de salida y los tubos 370 de extensión están dispuestos dentro
del vaso 316 a presión. Por el contrario, los puertos 366 de entrada
están en comunicación fluida sellada con un puerto 373 de
acoplamiento formado en el alojamiento 314 de entrada. Más
concretamente, como se representa en la figura 21, el alojamiento
314 de entrada delimita una cavidad 374 que rodea el eje 350 de
entrada en los puertos 366 de entrada. Así pues, la cavidad 374
está en comunicación fluida con los puertos 366 de entrada. La
cavidad 374 tiene una pared 375 lateral interior en espiral para
contraerse radialmente.
El puerto 373 de acoplamiento se extiende hacia
dentro del alojamiento 314 de entrada y conecta con la cavidad 374
con una orientación tangencial a la cavidad 374. A su vez, la línea
311 de entrada de fluido, como se expuso anteriormente con respecto
a la figura 18, está acoplada al puerto 373 de acoplamiento.
Consecuentemente, a medida que el fluido entra a través de la línea
311 de entrada de fluido, el fluido pasa a través de la cavidad 374
y de los puertos 366 de entrada para entrar en el canal 372 de
entrada de fluido. Como consecuencia de la orientación tangencial
del puerto 373 de acoplamiento y de la configuración en espiral de
la cavidad 374, la cavidad 374 de entrada de fluido es forzada a
rotar dentro de la cavidad 374 anular alrededor del eje 466 de
rotación del conjunto 322 de eje. La rotación del fluido es en el
mismo sentido que la rotación del conjunto 322 de eje. Aunque no se
requiere, esta introducción del fluido con una orientación rotatoria
minimiza el flujo turbulento del fluido que pasa hacia el interior
del separador 300, con lo que se maximiza la operación
eficientemente.
Volviendo a la figura 20, análogamente al eje
350 de entrada, el conjunto 322 de eje también incluye un eje 376
de salida tubular. El eje 376 de salida se extiende desde un primer
extremo 378 hasta un segundo extremo 380 enfrentado al anterior. El
segundo extremo 380 se corresponde con el extremo 326 de salida del
conjunto 322 de eje. El primer extremo está dispuesto fijamente
dentro del extremo 342 de salida del colector 336. El eje 376 de
salida tiene una superficie 382 interior que delimita un canal 384
de aguas residuales. El canal 384 de aguas residuales se extiende
desde una pared 386 terminal estanca (figura 22) en el primer
extremo 378 hasta una boca 388 de salida abierta en el segundo
extremo 380. Además, una pluralidad de tubos 400 de transferencia
separados radialmente se extienden en comunicación fluida sellada
desde el exterior del conjunto 322 de eje hasta el canal 384 de
aguas residuales en el primer extremo 378.
Como se representa en la figura 19, los tubos
400 de transferencia están dispuestos en comunicación fluida
abierta dentro del vaso 316 a presión. En cambio, la boca 388 de
salida está en comunicación fluida sellada con el puerto 404 de
acoplamiento formado en el alojamiento 315 de salida. A su vez, el
puerto 404 de acoplamiento está acoplado fluidamente a la línea 348
de aguas residuales como se expuso anteriormente con respecto a la
figura 18. Así pues, el fluido que entra en el canal 384 de aguas
residuales a través de los tubos 400 de transferencia, sale a
través del alojamiento 315 de salida y de la línea 348 de aguas
residuales.
Volviendo a la figura 20, el eje 376 de salida
también comprende un eje 390 interior tubular y un eje 392 exterior
tubular cada uno se extiende entre el primer extremo y el segundo
extremo. El primer extremo 378 del eje 390 interior es recibido
dentro de la boca 355 del colector 336 para tender contra la pared
353 terminal. Una junta 359 anular se extiende entre el eje 390
interior y la boca 355.
Una pluralidad de puertos 394 de eliminación
separados radialmente se extienden a través del eje 392 exterior en
o hacia el segundo extremo 380. Un canal 395 anular está formado
entre el eje 390 interior y el eje 392 exterior y discurre
longitudinalmente desde la ranura 357 anular formada en el colector
336 hasta los puertos 394 de eliminación. El canal 395 y la ranura
357 anular se combinan para formar un canal 396 de eliminación que
se extiende desde cada canal 346 del colector 336 hasta los puertos
394 de eliminación.
Como se representa en la figura 19, los puertos
394 de eliminación están en comunicación fluida sellada con un
puerto 402 de acoplamiento formado en el alojamiento 315 de salida.
En una realización, el puerto 402 de acoplamiento comunica con los
puertos 394 de eliminación sustancialmente de la misma manera que
los puertos 366 de entrada de fluido se acoplan al puerto 373, como
se expuso anteriormente con respecto a la figura 21, excepto que el
fluido está fluyendo en el sentido opuesto. El puerto 402 de
acoplamiento está acoplado fluidamente a la línea 347 de
eliminación, como se expuso con respecto a la figura 18, de manera
tal que el fluido y/o la materia en partículas que entra en el
canal 396 de eliminación sale a través de los puertos 394 de
eliminación, puerto 402 de acoplamiento y línea 347 de
eliminación.
Un tubo 410 de extracción, representado en la
figura 20, está acoplado fluidamente a cada canal 346 del colector
336 y se proyecta radialmente hacia fuera desde cada canal 346 de
dicho colector. Como se representa en la figura 23, cada tubo 140
de extracción comprende un tubo 412 exterior que tiene una
superficie 414 interior que se extiende entre un primer extremo 416
y un segundo extremo 418 enfrente del anterior. Un tubo 420 interior
está dispuesto dentro del tubo 412 exterior. El tubo 420 interior
tiene una superficie 422 exterior y una superficie 424 interior que
se extiende entre un primer extremo 426 y un segundo extremo 428
enfrente del anterior. El primer extremo 426 del tubo 420 interior
se proyecta hasta pasado el primer extremo 416 del tubo 412.
exterior. La superficie interior del tubo 420 interior delimita un
conducto 430 de suministro. Un conducto 432 de eliminación está
delimitado entre la superficie 414 interior del tubo 412 exterior y
la superficie 422 exterior del tubo 420 interior.
Como se representa en la figura 22, el primer
extremo 426 del tubo 420 interior de cada tubo 410 de extracción
está asegurado en comunicación fluida con la tercera parte 345 de
canal de un canal correspondiente al canal 346 del colector 336.
Así pues, el conducto 430 de suministro está en comunicación fluida
con el compartimento 339 del colector 336 y con el canal 362 de
distribución de fluido. Además, el primer extremo 416 del tubo 412
exterior de cada tubo 410 de extracción está asegurado en
comunicación fluida dentro de de la primera parte 345 de un canal,
de un canal correspondiente del canal 346 del colector 336. Así
pues, cada conducto 432 de eliminación está en comunicación fluida
con la segunda parte 343 de un canal, de un canal correspondiente,
de un canal 346 correspondiente a la parte 346 de un canal que a su
vez está en comunicación fluida con el canal 384 de aguas residuales
por medio de una ranura 357 anular del colector 336.
Volviendo a la figura 23, cada tubo 410 de
extracción incluye también una tobera 436. La tobera 436 comprende
un vástago 438 tubular que tiene una superficie 440 interior y una
superficie 442 exterior extendiéndose cada una entre un primer
extremo 444 y un segundo extremo 446 enfrente del anterior. Una
brida 448 anular se proyecta radialmente hacia fuera desde el
segundo extremo 446 del vástago 438. El segundo extremo 428 del tubo
420 interior está dispuesto fijamente alrededor del exterior del
vástago 438. Una pluralidad de ranuras 445 separadas radialmente se
extienden a través del tubo 412 exterior en el segundo extremo 418.
Las ranuras 445 están en alineación sustancialmente paralela con el
eje de rotación del tubo 412 exterior. Como consecuencia, al menos
una parte de cada ranura 445 forma un canal que se extiende desde el
exterior hasta el conducto 432 de eliminación. En una realización,
cada ranura 445 está orientada para intersectar tangencialmente con
el conducto 432 de eliminación.
Una pared 450 lateral anular se proyecta hacia
delante desde el borde exterior de la brida 448. A su vez, un
reborde 452 anular se proyecta hacia delante desde el extremo
terminal de la pared 450 lateral. Un capacete 454 está asegurado
dentro del reborde 452 anular para tender contra la pared 450
lateral. En esta configuración, un compartimento 456 en forma de
disco está rodeado por la pared 448 lateral y delimitado entre el
capacete 454 y la brida 448. El compartimento 456 está en
comunicación fluida con el conducto 430 de suministro.
La pared 450 lateral y el reborde 452,
representados en la figura 24, comparten una cara 458 exterior
común. La cara 458 exterior comprende seis caras 460 planas, que
cada una tiene una muesca 462 formada en la misma. Un puerro 464 a
ras se extiende linealmente desde cada muesca 462 hasta el
compartimento 456 pasando a través de la pared 450 lateral. Cada
puerto 464 a ras está configurado para intersectar tangencialmente
con la superficie 451 interior de la pared 450 lateral. Como
consecuencia, el fluido que sale a través de los puertos 464 a ras
sale con una orientación generalmente tangencial a un arco radial
desde el centro de la tobera 436. Esto es a diferencia con el
fluido que sale radialmente de los puertos 464 a ras. Considerando
lo anterior, el fluido que se desplaza hasta el conducto 430 de
suministro pasa a través del compartimento 456 y sale a través de
los puertos 464 a ras. Seguidamente, el fluido puede entrar en el
conducto 432 de eliminación a través de las ranuras 445.
Como se ilustra en la figura 22, la tobera 436
está dispuesta contigua o directamente contra el interior de la
pared 468 del vaso 316 a presión en el ecuador 474. Como se expondrá
posteriormente con más detalle, la tobera 436 puede estar espaciada
además radialmente hacia dentro desde la pared 468, aunque en
algunas realizaciones dicha colocación puede ser menos eficiente en
la eliminación de materia en partículas.
Igual que el vaso 60 a presión, el vaso 316 a
presión también está configurado con una pluralidad de aletas y
discos para canalizar el fluido a través del vaso 316.Un primer
disco 478 anular rodea el eje 350 de entrada y está asegurado tal
como por pasadores, pernos, soldadura y similares, al extremo 340 de
entrada del colector 336. Análogamente, un segundo disco 480 anular
rodea el eje 376 de salida y esta asegurado al extremo 342 de
salida del colector 336. Cada uno de los discos 478 y 480 está
situado perpendicular al eje 466 de rotación.
Una pluralidad de aletas 482 se intersectan con
los discos 478 y 480. Como se representa en la figura 25, cada
aleta 482 comprende un borde 484 interior que se extiende entre un
primer extremo 486 y un segundo extremo 488 enfrente del anterior y
un borde 490 perimétrico estable. El borde 484 interior está
configurado para encajar complementariamente sobre el colector 336
y está configurado para moverse en alineación paralela con el eje
466 de rotación. El borde 490 perimétrico está configurado
sustancialmente para complementar la superficie 470 interior del
vaso 316 a presión.
Como se representa en las figuras 22 y 25, el
borde 490 perimétrico comprende una primera parte 492 recortada en
el primer extremo 486. La primera parte 492 recortada está formada
radialmente a partir del extremo terminal de los tubos 370 de
extensión. Como consecuencia, un canal 494 igualador anular rodea el
conjunto 322 de eje dentro de la cámara 472 y está parcialmente
delimitado entre la primera parte 492 recortada de cada aleta 482 y
la superficie 470 interior del vaso 316 a presión.
El borde 490 perimétrico de cada aleta 480
comprende también un asegunda parte 496 recortada en el segundo
extremo 488. La segunda parte 496 recortada está formada radialmente
a partir de los tubos 400 de transferencia. Como consecuencia, un
canal 498 igualador de desagüe anular rodea el conjunto 322 de eje
dentro de la cámara 472 y está parcialmente delimitado por la
segunda parte 496 recortada de cada aleta 482, la superficie 470
interior del vaso 316 a presión y el eje 376 de salida.
Un par de ranuras 500 receptoras de discos
separadas se extienden desde el borde interior de cada aleta 482.
También están formadas ranuras separadas radialmente complementarias
en el borde exterior de las discos 478 y 480 así que, como se
representa en la figura 26, las aletas 482 y los discos 478, 480
pueden interbloquearse entre sí acoplando la ranura. Esta la misma
forma de interbloqueo expuesta anteriormente con respecto a esas
aletas y discos de la figura 5. De esta manera, las aletas 482 se
aseguran al conjunto 322 de eje y se extienden en alineación
paralela con el eje 466 de rotación. Un canal 502 de flujo
delimitado entre cada par de aletas 482 contiguas se extiende entre
el extremo 318 de entrada y el extremo 320 de salida.
Como se representa también en las figuras 22 y
26, en las que el separador 300 está siendo usado principalmente
para separar fluidos de diferentes densidades, tales como aceite y
agua, los discos 478 y 480 están formados con aberturas 504 que se
extienden a su través en alineación con cada canal 502 de fluido.
Las aberturas 504 permiten que el fluido fluya a través de los
discos como opuesto a tener que fluir a su alrededor. En esta
realización, los discos 478 y 480 funcionan principalmente como
soportes de las aletas 482.
Dependiendo de su uso previsto, la operación del
separador 300 es similar a la operación del separador 10 y del
separador 244 como se expuso anteriormente. Así pues, los parámetros
de operación expuestos anteriormente con respecto a los separadores
10 244 son aplicables también al separador 300. Volviendo a al
figura 18, durante la operación el motor 330 está activado
produciendo la rotación del vaso 316 a presión alrededor del eje
466 de rotación. El conjunto 322 de eje, los tubos 410 de extracción
y las aletas 482 con los discos asociados rotan concurrentemente
con el vaso 316 a presión. Una corriente 506 de alimentación se
introduce en el separador 300 a través de la línea 311 de entrada.
Preferiblemente, la corriente 506 de alimentación está presurizada,
tal como por la bomba 80 de la figura 2, de manera que la corriente
506 de alimentación se mantenga a una presión predefinida dentro
del vaso 316 a presión durante la operación del separador 300.
Por tener los discos 478 y 480 aberturas 504 en
los mismos (figura 26), el separador 300 se configura para
principalmente operar como separador de
líquido-líquido. Así pues, a los fines de
ilustración la corriente 506 de alimentación comprende al menos dos
líquidos inmiscibles de diferentes densidades. Los dos líquidos se
denominan de nuevo componente 241 pesado y componente 243 ligero. La
operación del separador 300 se va a exponer con respecto a la
separación de dos componentes. Aunque la separación de dos
componentes puede facilitar también al menos alguna eliminación de
materia en partículas del componente 243 ligero, se va a exponer más
adelante una realización con respecto a la operación del separador
300 que tiene un separador de sólido-líquido para
eliminar materia en partículas.
Como se ilustra en la figura 19, la corriente
506 de alimentación pasa de la línea 311 de entrada (figura 18)
hacia el interior del puerto 373 de acoplamiento del alojamiento 314
de entrada. Como se expuso anteriormente con respecto a la figura
21, la corriente 506 de alimentación es forzada a girar dentro de la
cavidad 374 para que al menos sea coincidente la rotación de la
corriente 506 de alimentación con la rotación del conjunto 322 de
eje. La corriente 506 de alimentación giratoria pasa a continuación
a través de los puertos 366 de entrada y hacia el interior del
canal 372 de entrada de fluido del eje 350 de entrada. La corriente
506 de alimentación sale del canal 372 de entrada a través de tubos
370 de extensión, entrando así en la cámara 472 del vaso 316 a
presión. Aunque no se requiere, en una realización la corriente de
alimentación rota ahora a la misma velocidad sustancialmente que el
vaso 316 a presión. El uso de tubos 370 de extensión que se
extienden radialmente hacia fuera desde el conjunto 322 de eje
fuerza la corriente 506 de entrada a salir de la misma para
someterse a al menos una parte de la fuerza gravitatoria producida
por el separador 300. En realizaciones alternativas, los tubos 370
de extensión se pueden eliminar.
Como se representa en la figura 22, tras la
entrada en el vaso 316 a presión la fuerza centrífuga impuesta
debido a la rotación del vaso 316 a presión empuja la corriente
radialmente exteriormente hacia la pared 468. Cuando la corriente
entra en el vaso 316 a presión, entra en uno de los canales 502 de
flujo (figura 26) y procede a llenar el vaso 316. Como se expuso
anteriormente, los canales 502 de flujo ayudan a eliminar el efecto
Coriolis. Aunque se puede proveer un tubo 370 de extensión para cada
canal 502 de flujo discreto, el canal 494 igualador del flujo
entrante permite la comunicación fluida en la entrada de los canales
502 de flujo, ayudando así a asegurar un nivel de fluido y un
caudal comunes a través de todos los canales 502 de flujo. En
realizaciones alternativas, el canal 494 igualador del flujo
entrante se puede eliminar.
Cuando la corriente 506 de alimentación se
desplaza dentro de los canales 502 de flujo hacia los tubos 400 de
transferencia la corriente es sometida a las enormes fuerzas
centrífugas impuestas a la misma debido a la rotación del vaso
316. De esta manera, el componente más denso de la corriente fluye
radialmente hacia fuera mientras que el componente menos denso
fluye radialmente hacia dentro hacia el eje 466 de rotación. De
esta manera se forma dentro de la cámara 472 una línea 508 límite
dispuesta paralela al eje 320 de rotación que indica la separación
entre el componente 241 pesado y el componente 243 ligero.
El componente 243 ligero continúa su
desplazamiento dentro de los canales 502 de flujo hasta los tubos
400 de transferencia. La formación de canales 498 igualadores del
flujo saliente permite la comunicación fluida entre cada corriente
de componente ligero que sale de su correspondiente canal de flujo,
ayudando así a asegurar un flujo entrante común a través de los
tubos 400 de transferencia. Como consecuencia, puede haber menos
tubos 400 de transferencia que canales 502 de flujo.
Alternativamente, se puede proveer un tubo 400 de transferencia a
cada canal 502 de flujo, eliminándose así la necesidad del canal 498
igualador del flujo saliente.
Volviendo a la figura 19, el componente 243
ligero entra en el canal 384 de aguas residuales a través de tubos
400 de transferencia. Posteriormente, el componente 243 ligero sale
del canal 384 de aguas residuales y del separador 300 a través de
la línea 348 de aguas residuales (figura 18) como cualquier producto
final o para su posterior tratamiento.
Volviendo de nuevo a la figura 22, el componente
241 pesado se elimina del vaso 316 siendo extraído hacia el
interior del conducto 432 de eliminación de cada tubo 410 de
extracción a través de ranuras del extremo del mismo. A este
respecto, las ranuras 445 pueden estar situadas en cualquier
localización radialmente a partir de la línea 508 límite. El
componente 241 pesado se desplaza radialmente hacia dentro a lo
largo del conductos 432 de eliminación donde seguidamente pasa a
través de la segunda parte 343 de un canal y hacia el interior del
canal 396 de eliminación por medio de una ranura 357 anular. A su
vez, el componente 241 pesado sale del canal 396 de eliminación y
del separador 300 por medio de puertos 394 de eliminación y de la
línea 347 de eliminación. La eliminación de componente 241 pesado y
de componente 243 ligero se controla usando uno de los sistema y
procedimientos de control, como se expuso anteriormente con respecto
a las figuras 13-14 de manera que la línea 508
límite se mantiene en una localización deseada o dentro de un rango
deseado dentro del vaso 316.
En una realización, se aprecia que se puede
proveer un tubo 410 de extracción a cada canal 502 de flujo. En una
realización alternativa, se puede proveer un tubo 410 de extracción
a cada dos canales 502 de flujo o a cualquier otra posición
deseada. Cuando no se provee un tubo 410 de extracción a cada canal
502, se produce alguna forma de abertura o discontinuidad en la
aleta de separación de manera que la comunicación fluida del
componente 241 pesado se hace entre dos o más canales 502 de flujo.
Dichas aberturas o discontinuidades se pueden formar por el paso de
flujo bajo 140 como se expuso anteriormente.
Se aprecia que la mayor parte de los fluidos en
los que se desea la separación de componente pueden incluir también
alguna forma de materia en partículas. La materia en partículas que
inicialmente está suspendida dentro de la corriente 506 de
alimentación entra en los canales 502 de flujo donde bajo la fuerza
gravitatoria producida por el separador 300 es forzada hacia el
interior de la pared 468 principalmente alrededor del ecuador 474.
Periódicamente la materia en partículas recogida se elimina del vaso
para prevenir una acumulación excesiva dentro del vaso 316.
A modo de ejemplo, a intervalos periódicos se
cierran las válvulas 317 y 351 de la línea 311 de entrada de fluido
y de la línea 348 de aguas residuales, respectivamente.
Posteriormente, se abren las válvulas 319 y 349 de la línea 313 de
distribución y de la línea 347 de eliminación, respectivamente. A
continuación, con el vaso 316 aún rotando, se bombea una corriente
510 de limpieza en el interior de la línea 313 de distribución. La
corriente 510 de limpieza se desplaza hasta el canal 362 de
distribución desde donde pasa posteriormente hacia dentro del
conducto 430 de suministro de cada tubo 410 de extracción.
Finalmente, la corriente 510 de limpieza pasa a través de puertos
464 de enjuague a presión en el interior de la cámara 472 del vaso
316 a presión. Como consecuencia de la orientación de los puertos
464 de enjuague a presión se produce un vórtice de agitación
alrededor de la tobera 436. El vórtice de agitación vuelve a
suspender la materia en partículas que se ha aglutinado o de otra
manera depositado contra el interior de la pared 468.
Simultáneamente, con la corriente 510 de limpieza enviándose al
interior de la cámara 472, el componente 241 más pesado que tiene
ahora materia en partículas suspendida se extrae de su interior a
través de conductos 432 de eliminación y de tubos 410 de extracción
como se expuso anteriormente.
Una vez que eliminada una cantidad deseada de
materia en partículas y de componente 241 pesado, se cierran las
válvulas 319 y 349 de la línea 313 de distribución y de la línea 347
de eliminación, respectivamente. Las válvulas 317 y 351 de la línea
311 de entrada de fluido y de la línea 348, respectivamente,
continúan permaneciendo cerradas durante un periodo de tiempo
suficiente para posibilitar la suspensión de nuevo de los sólidos
sedimentados contra el interior de la pared 468 como consecuencia de
la rotación del vaso 316 a presión. Aunque no se requiere, esta
acción ayuda a asegurar que los sólidos suspendidos de nuevo no sean
extraídos con el componente más ligero. Una vez que los sólidos se
han depositado de nuevo., se abren las válvulas 317 y 351 y se
continúa el procedimiento. En otro procedimiento de operación, se
aprecia que la corriente 506 de alimentación y la corriente 510 de
limpieza pueden alimentar
simultáneamente para eliminar concurrentemente tanto el componente más pesado como el componente más ligero.
simultáneamente para eliminar concurrentemente tanto el componente más pesado como el componente más ligero.
En realizaciones alternativas, se aprecia que el
tubo 410 de extracción puede tener una variedad de configuraciones
diferentes. Por ejemplo, los puertos 464 de enjuague a presión
pueden estar situados con cualquier orientación incluso radialmente
hacia fuera. Además, los puertos 464 de enjuague a presión pueden
estar situados para la salida a través del capacete 454. También se
puede usar cualquier número de otras configuraciones de la tobera
436 de la que el fluido puede ser inyectado para suspender de nuevo
la materia en partículas.
En otra realización, como la representada en la
figura 27, se muestra un tubo 514 de extracción sin el uso de la
tobera 436. El tubo 514 de extracción tiene un tubo 516 interior que
delimita un conducto 518 de suministro y un tubo 520 exterior
circundante. Entre el tubo 516 interior y el tubo 520 exterior está
delimitado un conducto 522 de eliminación. Cada uno de los tubos
516 y 518 se extiende entre un primer extremo 524 y un segundo
extremo 526 enfrente del anterior. El primer extremo 524 del tubo
514 de extracción está acoplado al colector 316 sustancialmente de
la misma manera que el tubo 410 de extracción.
El segundo extremo 526 de cada uno de los tubos
516 y 520 está expuesto abiertamente igual que el contrario a ser
acoplado a la tobera 436. Así pues, el fluido simplemente sale a
través del conducto 518 de suministro en el segundo extremo 526
para suspender de nuevo los sólidos depositados contra el vaso 316 a
presión mientras que el componente más pesado con los sólidos
suspendidos de nuevo en su interior entre en el interior del
conducto 522 de eliminación en el segundo extremo 526. En esta
realización, el tubo 520 exterior puede estar formado sin ranuras
445. Si se desea, sin embargo, se puede instalar entre el tubo 516
interior y el tubo 520 exterior un collarín de soporte (no se
muestra) que tiene orificios que se extienden a su través para
mantener el espaciado entre los tubos. También se aprecia que el
sistema se puede manipular de manera que la corriente 510 de
limpieza fluya por fuera del conducto 522 de eliminación en el
interior del vaso 316 mientras que el componente 241 pesado con
materia en partículas suspendida de nuevo se elimine a través del
conducto 518 de suministro.
En la figura 28 se representa otra realización
de un tubo 530 de extracción. El tubo 530 de extracción comprende
un tubo 532 integral que delimita un conducto 534 de suministra y un
conducto 536 de eliminación dispuestos contiguamente. Se aprecia
que un experto en la técnica basado en las enseñanzas de la presente
podría modificar el colector 336 para acoplarle a un primer extremo
del tubo 530 de extracción de manera que el conducto 534 de
suministro se comunique con el canal 362 de distribución y el
conducto 536 de eliminación se comunique con el canal 396 de
eliminación. Alternativamente, el tubo 530 de extracción puede
comprender también dos tubos separados, uno que delimite el
conducto 534 de suministro y otro que delimite el conducto 536 de
eliminación.
En la patente de EE. UU. nº 5.853.266, titulada
"Fluidising Apparatus" se revelan otras realizaciones
alternativas de tubos de extracción cuyos dibujos y revelación
anunciados en la descripción detallada de la invención se
incorporan a la presente como referencia específica. También se
pueden obtener varias formas de tubos de extracción en Merpro
Limited de Nailsea, Bristol, Reino Unido.
Aunque la realización del separador 300 descrita
anteriormente se puede usar para la eliminación de alguna materia
en partículas, La configuración está diseñada principalmente para la
separación de líquidos mezclados, es decir, separación de aceite y
agua. Sin embargo, como se expuso anteriormente, el separador 300
puede funcionar también principalmente como separador de
sólido-líquido. En esta realización es deseable
maximiza la aplicación de la fuerza centrífuga sobre la materia en
partículas dentro del fluido. Consecuentemente, la figura 29
representa un conjunto de aletas que se muestra en el que cada una
de las aletas 482 se interbloquea con un primer disco 538 y un
segundo disco 540 sustancialmente de la misma manera que los discos
478 y 480 se interbloquean con las aletas de la figura 25. Una
distinción entre los discos 538, 540 y los discos 478, 480 es que
los discos 538, 540 no tienen aberturas 504 grandes extendiéndose a
su través. En una realización, sin embargo, uno o más puertos 542
de gas pequeños se extienden a través de cada uno de los discos 538
y 540 contiguos a su borde perimétrico interior.
Volviendo a la figura 22, asumiendo que los
discos 478 y 480 fueros sustituidos por discos 538 y 540,
respectivamente, el fluido que entra en la cámara 472 del vaso 316
a presión a través de tubos 370 de extensión es forzado a,
inicialmente, desplazarse alrededor del perímetro exterior del disco
538. Al hacerlo, el fluido y la materia en partículas se someten
una fuerza centrífuga mayor que si hubieran pasado suplemente a
través de las aberturas 504. La fuerza centrífuga incrementada da
lugar a una mayor concentración del material en partículas asentadas
contra la superficie 470 interior del vaso 316 a presión
principalmente alrededor del ecuador 474. El líquido clarificado se
elimina del vaso 316 a presión a través de tubos 400 de
transferencia como se expuso anteriormente, mientras que los
sólidos se suspenden de nuevo periódicamente y se eliminan a través
del tubo 410 de extracción o los alternativos expuestos con los
mismos como también se expuso anteriormente. En una realización el
separador 300 puede ser operado usando el procedimiento y el
conjunto de válvulas como se expuso con respecto al separador 10 de
sólido-líquido.
Todo gas que entre en el vaso 316 pasa a través
de puertos 542 de gas y sale con el líquido clarificado.
Alternativamente, el gas puede eliminarse de la corriente de
alimentación antes de que entre en el separador pasando la corriente
a través de una válvula de aguja disponible comercialmente u otro
dispositivo diseñado para eliminar gases de corrientes de fluido. En
esta realización, los puertos 542 de gas son de advertencia
obligatoria.
Una de las ventajas de tener disco 540 macizo,
con el que todo el fluido tiene que pasar alrededor del perímetro
del mismo, es que se amplia el tiempo de retención del fluido dentro
del vaso 316 a presión. En general, cuanto más prolongado sea el
tiempo de retención más materia en partículas se separará del
fluido. En realizaciones alternativas, sin embargo, el primer disco
538 puede ser macizo mientras que el segundo disco 540 puede tener
aberturas 540 formadas en el mismo.
Claims (47)
1. Un procedimiento para la separación de
materia en partículas de un fluido en el que la materia en
partículas está suspendida, comprendiendo el procedimiento:
- introducción de un fluido que contiene materia en partículas en una cámara (472) de un vaso (316) a través de una entrada, estando delimitada la cámara al menos parcialmente por una pared (468) periférica y comunicándose la cámara también con una salida;
- rotación del vaso alrededor de un eje (466) de rotación que se extiende a través del vaso de manera tal que al menos una parte de la materia en partículas se sedimenta fuera del fluido y contra al menos parte de la pared periférica del vaso;
- envío de una corriente de fluido de retirada al interior del vaso rotatorio en o contigua la pared periférica, de manera tal que el envío del fluido de retirada al interior del vaso hace que al menos una parte de la materia en partículas se deposite contra la pared periférica para suspenderse de nuevo dentro del fluido;
- extracción del vaso de al menos una parte del fluido que tiene la materia en partículas suspendida de nuevo en su interior a través de un tubo (412) de extracción, teniendo el tubo de extracción una abertura (445) para recibir el fluido en o contiguo a la pared periférica; y
- retirada a través de la salida del vaso de al menos una parte del fluido del que la que materia en partículas se ha sedimentado;
caracterizado por
la rotación concurrentemente con el vaso (316)
de un conjunto (322) de eje que se extiende a través de, y está
acoplado con, el vaso (316), rotando el conjunto (322) de eje
alrededor del eje de rotación;
la introducción de la corriente de fluido de
retirada en la cámara (472) a través de un canal (362) de envío
delimitado por el conjunto (322) de eje;
la introducción del fluido que contiene la
materia en partículas en la cámara (472) a lo largo de un canal
(372) de entrada delimitado por el conjunto (322) de eje, teniendo
el canal (362) de envío y el canal (372) de entrada cada uno un eje
longitudinal central que se extiende a lo largo del eje (466) de
rotación.
2. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que comprende además:
- el conjunto (322) de eje que tiene un eje (350) de entrada que incluye un eje (356) interior rodeado por un eje (358) exterior;
- la introducción de la corriente de fluido de retirada en la cámara (472) a través del canal (362) de envío delimitado por la superficie (360) interior del eje (356) interior; y
- la introducción del fluido que contiene la materia en partículas en la cámara (472) a lo largo del canal (372) de entrada formado entre el eje (356) interior y el eje (358) exterior del eje (350) de entrada.
3. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que comprende además:
- detención del flujo del fluido a través de la entrada y/o la salida del vaso antes del acto de envío de la corriente de fluido de retirada; y
- reinicio del flujo del fluido a través de la entrada y/o la salida después de la terminación de la extracción de al menos una parte del fluido que contiene la materia en partículas suspendida de nuevo.
4. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 3, que comprende además continuación de la rotación
del vaso durante un periodo de tiempo predeterminado después de la
terminación del acto de extracción del fluido que contiene la
materia en partículas suspendida de nuevo pero antes del reinicio
del flujo del fluido a través de la entrada y/o la salida, siendo el
periodo de tiempo predeterminado suficiente para que, al menos una
parte de la materia en partículas suspendida de nuevo se sedimente
de nuevo contra la pared periférica.
5. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que comprende además:
- el acto de introducción del fluido que comprende introducción de un componente del fluido pesado y de un componente del fluido ligero en el vaso a través de la entrada, recogiéndose el componen del fluido pesado alrededor de al menos una parte de la pared periférica del vaso radialmente hacia fuera del eje de rotación y recogiéndose el componente del fluido ligero alrededor del eje de rotación durante la rotación del vaso;
- retirada del componente del fluido ligero a través de la salida; y
- retirada del componente del fluido pesado a través del tubo de extracción.
6. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, que comprende además la retirada del componente
pesado intermitentemente del vaso rotatorio al mismo tiempo que el
componente ligero está siendo retirado continuamente del vaso
rotatorio.
7. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, que comprende además la retirada del componente
pesado continuamente del vaso rotatorio al mismo tiempo que el
componente ligero está siendo retirado continuamente del vaso
rotatorio.
8. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, que comprende además la presurización del fluido
dentro de la cámara del vaso.
9. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 8, en el que el fluido se presuriza dentro de la
cámara a un rango de presiones de entre aproximadamente 2,07 x 105
Pa y aproximadamente 4,14 x 106 Pa.
10. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el fluido de retirada se envía al vaso a
través de un conducto de suministro del tubo de extracción y el
fluido que tiene la materia en partículas suspendida de nuevo en su
interior se elimina a través de un conducto de retirada del tubo de
extracción.
11. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10, en el que uno de entre los conductos de
suministro y los conductos de retirada están dispuestos uno dentro
del otro.
12. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 10, en el que el fluido de retirada se envía al vaso
y el fluido que tiene la materia en partículas suspendida de nuevo
en su interior se elimina del vaso a través del mismo conducto del
tubo de extracción.
13. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que una pluralidad de aletas separadas están
dispuestas dentro de la cámara del vaso, delimitando las aletas una
pluralidad de canales de fluido que se extienden entre la entrada y
la salida, introduciéndose el fluido en la cámara del vaso de manera
tal que al menos un aparte del fluido pase a través de los canales
de fluido.
14. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 13, en el que un disco se proyecta exteriormente
desde alrededor del eje de rotación hasta alrededor de la pared
periférica, intersectándose el disco con cada una de la pluralidad
de aletas, introduciéndose el fluido en la cámara, de manera tal que
el fluido es forzado a desplazarse alrededor de un perímetro
exterior del disco.
15. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 13, en el que un disco se proyecta exteriormente
desde el eje de rotación hacia la pared periférica, intersectándose
el disco con cada una de la pluralidad de aletas y teniendo el disco
una pluralidad de aberturas que se extienden a su través,
introduciéndose el fluido en la cámara de manera tal que al menos un
aparte del fluido pase a través de las aberturas del disco.
16. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 13, en el que se forma una abertura en cada aleta, de
manera tal que un canal igualador de fluido anular facilite la
comunicación fluida entre cada una de las áreas delimitadas por las
aletas, introduciéndose el fluido en la cámara del vaso de manera
tal que al menos una parte del fluido se desplace dentro del canal
igualador de fluido.
17. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que la entrada y la salida del vaso rodean
el eje de rotación, o el eje de rotación se extiende a través de las
mismas.
18. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el fluido de retirada se envía a través
de una pluralidad de tubos de extracción que se extienden desde el
eje de rotación hacia la pared periférica.
19. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 1, en el que el fluido que tiene en su interior la
materia en partículas suspendida de nuevo se retira del vaso a
través de una pluralidad de tubos de extracción que se extienden
desde el de rotación hacia la pared periférica.
20. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que una primera válvula regula el flujo del
componente del fluido ligero a través de la salida y una segunda
válvula regula el flujo del componente del fluido pesado a través
del tubo de extracción, comprendiendo el procedimiento además:
- ajuste de la primera válvula de manera tal que el componente ligero salga a una primera presión; y
- ajuste de la segunda válvula de manera tal que el componente pesado salga a una segunda presión, siendo la segunda presión diferente que la primera presión, de manera tal que se genere una línea límite entre el componente pesado y el componente ligero dentro de la cámara a una distancia radial del eje de rotación.
21. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 20, que comprende además el control de la apertura y
cierre de la menos una de entre la primera válvula y la segunda
válvula, de manera tal que la línea límite se mantenga dentro de un
rango de distancias del eje de rotación cuando cambien los
porcentajes de componente pesado y componente ligero que entran en
el vaso.
22. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, en el que una primera válvula regula el flujo del
componente del fluido ligero o del componente del fluido pesado,
comprendiendo el procedimiento además:
- apertura de la primera válvula cuando la presión del fluido del componente ligero o del componente pesado alcance un límite superior predeterminado; y
- cierre de la primera válvula después de un intervalo de tiempo predefinido o cuando la presión del fluido del componente ligero o del componente pesado alcance un límite inferior predeterminado.
23. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 5, que comprende además:
- paso del componente ligero a través de la salida a una primera presión; y
- paso del componente pesado a través del tubo de extracción a una segunda presión, estando fijadas la primera presión y l asegunda presión de manera tal que se genere una línea límite entre el componente pesado y el componente ligero dentro de la cámara a una distancia radial del eje de rotación.
24. Un procedimiento de acuerdo con la
reivindicación 23, en el que la primera presión es diferente que la
segunda presión.
25. Un separador que comprende:
- un vaso (316) que tiene una cámara (472), una pared (468) periférica que delimita la cámara (472),
- siendo el vaso rotable alrededor de un eje (466) de rotación que se extiende a través del vaso, comunicándose la cámara con una entrada y con una primera salida;
- una pluralidad de aletas (482) dispuestas dentro de la cámara;
- un primer tubo (420) que se extiende desde el eje de rotación hacia la pared periférica, estando el primer tubo acoplado con una fuente de fluido para distribuir a voluntad una corriente de fluido en o contigua a la pared periférica;
- un segundo tubo (412) que se extiende desde el eje de rotación hacia la pared periférica, teniendo el segundo tubo un primer extremo en comunicación fluida con el exterior del vaso y un segundo extremo opuesto que delimita una segunda salida (445), estando la primera salida dispuesta más próxima al eje de rotación que la segunda salida de manera tal que durante el uso puede formarse una línea límite fluida entre la primera salida y la segunda salida;
caracterizado por
un conjunto (322) de eje que se extiende a
través del vaso (316) y está acoplado con el mismo, siendo el
conjunto (322) de eje rotable concurrentemente con el vaso alrededor
del eje de rotación;
un canal (362) de envío delimitado por el
conjunto(322) de eje y que se comunica con el primer tubo
(420);
un canal (372) de entrada delimitado por el
conjunto (322) de eje y que se comunica con la cámara (362) y
teniendo cada canal (372) de entrada un eje longitudinal central que
se extiende a lo largo del eje (466) de rotación.
26. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25 y que comprende además:
- el conjunto (322) de eje que tiene un eje (350) de entrada que incluye un eje (356) interior rodeado por un eje (358) exterior;
- el canal (362) de envío delimitado por la superficie (360) interior del eje (356) interior y que se comunica con el primer tubo (420);
- el canal (372) de entrada formado entre el eje (356) interior y el eje (358) exterior del eje (350) de entrada y que comunica con la cámara (472).
27. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que uno de entre el primer tubo y el
segundo tubo está dispuesto dentro del otro.
28. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que el primer tubo y el segundo tubo están
separados.
29. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que el primer tubo y el segundo tubo están
formados integralmente.
30. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que el segundo tubo está alineado con, o
desviado de, el eje de rotación.
31. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que el primer tubo y el segundo tubo se
combinan para formar un tubo de extracción, comprendiendo el
separador además una pluralidad de tubos de extracción que se
extienden desde el eje de rotación hacia la pared periférica.
32. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que el primer tubo también está configurado
para extraer fluido de la cámara del vaso.
33. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que la pluralidad de aletas están separadas
y se extienden desde el eje de rotación hacia la pared
periférica.
34. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 31, en el que cada una de las aletas está dispuesta
en un plano respectivo que está alineado con, o desviado de, el eje
de rotación.
35. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, que comprende además un primer disco dispuesto
dentro de la cámara, proyectándose el primer disco exteriormente
para intersectarse con cada una de la pluralidad de aletas.
36. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 35, en el que el primer disco se proyecta radialmente
por fuera, en alineación sustancialmente perpendicular con el eje de
rotación.
37. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, que comprende además una pluralidad de
perforaciones que se extienden a través del primer disco.
38. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que el primer disco está dispuesto contiguo
al segundo tubo.
39. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, que comprende además una pluralidad de discos
separados dispuestos dentro de la cámara, proyectándose cada disco
radialmente por fuera del eje de rotación hasta la pared periférica
para intersectarse con cada una de la pluralidad de aletas.
40. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que cada una de la pluralidad de aletas
tiene un borde exterior, estando dispuesto al menos una parte de
cada borde exterior contigua a la pared periférica para formar una
pluralidad de canales de flujo discretos.
41. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 40, que comprende además:
- el vaso que tiene un ecuador con un diámetro máximo que rodea el eje de rotación; y
- un pasadizo que se extiende entre al menos dos de los canales de flujo discretos en el ecuador.
42. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que la cámara tiene una configuración
sustancialmente esférica o la configuración de un doble cono
truncado.
43. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, que comprende además una válvula activada por
presión que regula el flujo del fluido que sale a través de la
primera salida.
44. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, que comprende además:
- una primera válvula que regula el flujo del fluido que sale a través de la primera salida;
- una segunda válvula que regula el flujo del fluido que sale a través de la segunda salida;
- un primer sensor de presión dispuesto para detectar la presión del fluido corriente arriba de la primera válvula, y un segundo sensor de presión dispuesto para detectar la presión del fluido corriente arriba de la segunda válvula.
45. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 44, en el que la primera válvula y la segunda válvula
están configuradas para mantener una presión diferencial entre las
mismas.
\newpage
46. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 44, que comprende además un controlador en
comunicación eléctrica con la primera válvula, la segunda válvula,
el primer sensor de presión de presión y el segundo sensor de
presión.
47. Un separador de acuerdo con la
reivindicación 25, en el que la entrada está dispuesta en el primer
extremo del vaso y la primera salida está dispuesta sobre un segundo
extremo opuesto del vaso.
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