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1. (WO2018232541) SISTEMA INTEGRADO DE SEPARACIÓN DE PARTÍCULAS SÓLIDAS
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SISTEMA INTEGRADO DE SEPARACION DE PARTICULAS SOLIDAS

Campo de la Invención

La invención se relaciona con la deshidratación y pulverización de productos sólidos orgánicos e inorgánicos, en diferentes áreas del estado de la técnica como por ejemplo materias primas alimenticias, en la producción de polvo y harinas de vegetales y frutas, en residuos agroindustriales, en lodos de disposición final provenientes de las industrias sanitarias y, lodos y subproductos provenientes de diversas industrias manufactureras tales como pesqueras, ganadera, avícola, forestal, minera.

La invención consiste en un sistema integral de deshidratación y pulverización de partículas sólidas y en un procedimiento que permite obtener productos sólidos deshidratados en polvo y/o granulados.

Antecedentes de la Invención

La necesidad de regular los costos asociados a los procesos de secado, deshidratación y pulverización de sustancias sólidas y a los procesos de recolección de material particulado sólido ha generado investigaciones constantes en diferentes áreas de la técnica.

Los equipos más utilizados en la recuperación o sedimentación de partículas sólidas son los ciclones, los cuales consisten esencialmente en una cámara de sedimentación que opera con aceleración centrífuga en vez de la aceleración gravitacional. Los ciclones han sido ocupados por años en la recuperación de partículas sólidas debido a que son equipos menos costosos tanto en su fabricación como en su operatividad. En general, la estructura física de un ciclón comprende un cilindro vertical con sección cónica inferior que obliga al cambio de dirección del vórtice descendente, con lo que se presenta mayor colección de partículas al reducirse el radio de giro, el material sólido a separar ingresa mezclado con gas a través de una entrada tangencial que tiene dicho cilindro vertical y el material sólido separado es retirado a través de una boca inferior abierta que tiene la sección cónica inferior. Básicamente, los ciclones son construcciones simples, que no tienen partes móviles, por lo que se facilita la operación de mantención. Los ciclones son equipos de muy

buen rendimiento de recuperación de sólidos, pero no son tan adecuados si las partículas a separar son muy pequeñas, por ejemplo con diámetro inferior a unos 10 μηι. Además, disminuye su eficiencia cuando los materiales a separar tienen partículas con tendencia a adherirse, las cuales pueden quedar atrapadas en los rincones formados en las uniones entre el cuerpo vertical superior y la sección cónica inferior, y en las paredes interiores del cono inferior, debido a que dicho cono es convergente hacia abajo y presenta una superficie interior afectada por la acción de la gravedad sobre las partículas que caen.

Adicionalmente, se han desarrollado sistemas de molienda que consideran el uso de aire para mejorar la eficiencia, ya sea a través del uso de un gran volumen de aire que es generado por un ventilador o el uso de aire a alta velocidad que también es generado por un ventilador o turbina. Otro método de secado desarrollado utiliza una variante, que consiste en realizar un secado por pulverización, que opera mediante la reducción del material a secar en pequeñas gotas, luego someter esas pequeñas gotas a una gran cantidad de aire caliente, de tal manera de suministrar el calor necesario para secar el líquido. Los equipos asociados a este método se denominan secadores por pulverización.

Atendido lo anterior, se hace necesario disponer de un sistema que sea adecuado para separar partículas de material sólido de cualquier tipo y que sin perder su eficiencia sea capaz de mantener las superficies interiores limpias de los equipos que conforman el sistema, aun cuando las partículas a separar sean del tipo adherente.

El documento US5791066 describe un secador ciclónico que comprende una cámara de ciclón formada por una cámara inferior con forma de cono, una cámara inferior cilindrica ubicada inmediatamente superior al cono, una cámara cilindrica superior ubicada sobre la cámara cilindrica inferior, donde ambas cámaras cilindricas tienen diámetros exteriores sustancialmente similares, en una modalidad ambas cámaras cilindricas pueden ser sólo una. En la parte inferior del cono está la salida del material, como la sección transversal de la cámara en forma de cono se hace más pequeño hacia la parte inferior, el aire comienza a girar hacia arriba y de esa manera solo sale el material sólido. El aire a alta velocidad ingresa en la cámara cilindrica y se ve obligado a girar en espiral hacia abajo y contra el lado de la parte inferior en forma de cono, creando así un vórtice descendente. En la parte superior, sobre las cámaras cilindricas hay una salida de aire.

El documento US4966703 describe un separador tipo ciclón para separar dos componentes líquidos, uno de mayor densidad y otro de menor densidad, con una cámara de separación de forma generalmente cónica, que se estrecha desde un diámetro mayor a uno de menor diámetro. La cámara de separación tiene una salida de escurrimiento para el componente menos denso, situado en el extremo de mayor diámetro, y una salida de flujo inferior, en el extremo de menor diámetro, para la salida del componente de mayor densidad. El ciclón comprende un elemento helicoidal que tiene por finalidad dirigir el flujo (los más pesados) hacia abajo, acelerando al fluido.

En el documento WO2009/048313 se describe un conjunto turbina/ciclón, el cual está destinado a la separación de partículas, entre una más densa y una menos densa, por ejemplo es adecuado, para eliminar el agua de un producto orgánico (tales como grano, cereal) y también para la purificación de distintos fluidos, por ejemplo eliminar impurezas de un fluido para la combustión. La turbina del documento WO2009/048313 muele y elimina la humedad presente en la partícula por medio de la cavitación.

El documento DE1245267 describe un ciclón separador de polvo, en el cual se inyecta aire comprimido por las toberas superiores, en donde se tiene un acelerador helicoidal que toma las partículas aire/polvo y conduce las más densas hacia la parte inferior.

Del estado de la técnica se puede ver que existe la necesidad de disponer de nuevos sistemas y procedimientos que mejoren la calidad de los productos sólidos molidos y la eficiencia en la obtención de dichos productos en polvo.

El objetivo de la presente invención consiste en disponer de un sistema integrado y de un procedimiento de obtención de productos sólidos en polvo y deshidratados o con bajo porcentaje de humedad.

Otro objetivo de la presente invención es desarrollar un sistema y procedimiento efectivos, que permita obtener los productos sólidos en polvo en el menor tiempo posible.

Aún más, otro objetivo de la presente invención es desarrollar un sistema y procedimiento que permita que los productos sólidos en polvo obtenidos, conserven sus características físico-químicas originales.

Otro objetivo de la presente invención, es desarrollar un sistema y procedimiento que permita que los productos sólidos alimenticios en polvo obtenidos, conserven sus características organolépticas de sabor, olor y color originales.

Resumen de la Invención

La presente invención corresponde a un sistema integrado para la obtención y separación de productos sólidos en polvo o granulados, deshidratados o con bajo porcentaje de humedad y pulverizados, que comprende principalmente un ciclón acelerador, al menos una turbina, un calefactor y un ventilador de alta presión.

Además, la presente invención describe un procedimiento para la obtención y separación de productos sólidos en polvo o granulados, deshidratados o con bajo porcentaje de humedad y pulverizados, que comprende principalmente ingresar el producto sólido que se desea moler al sistema integrado, procesar el producto sólido en la turbina y el ciclón del sistema, y retirar el producto final separado en la forma de polvo o granulado.

Breve Descripción de los Dibujos

La invención será descrita a continuación con referencia a los dibujos anexos, en los cuales:

La figura 1 muestra una vista esquemática del sistema integrado para la obtención y separación de partículas sólidas de la presente invención.

La figura 2 muestra una vista esquemática de un ciclón acelerador separador de partículas sólidas para usar en el sistema integrado de la presente invención.

La figura 3 muestra una vista esquemática de una turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) para usar en el sistema integrado de la presente invención.

La figura 4 muestra una vista esquemática de un sistema dosificador para usar en el sistema integrado de la presente invención.

La figura 5 muestra una vista esquemática de una esclusa neumática o válvula estrella para usar en el sistema integrado de la presente invención.

La figura 6 muestra una vista esquemática de un calefactor para usar en el sistema integrado de la presente invención.

La figura 7 muestra una vista esquemática del cuerpo superior cilindrico de un ciclón acelerador separador de partículas sólidas, para usar en el sistema integrado de la presente invención.

La figura 8 muestra una vista esquemática del cuerpo central cilindrico de un ciclón acelerador separador de partículas sólidas, para usar en el sistema integrado de la presente invención.

La figura 9 muestra una vista esquemática, en planta superior y lateral del cilindro interior (33) que forma parte del cuerpo central cilindrico de un ciclón acelerador separador de partículas sólidas, para usar en el sistema integrado de la presente invención.

La figura 10 muestra una vista esquemática y en planta superior del cilindro interior (33), modalidad de dos mecanismo eyectores, que forma parte del cuerpo central cilindrico de un ciclón acelerador separador de partículas sólidas, para usar en el sistema integrado de la presente invención.

La figura 1 1 muestra una vista esquemática de una turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) para usar en el sistema integrado de la presente invención, con visualización de sus partes interiores.

La figura 12 muestra una vista esquemática de una turbina deshidratadora y pulverizadora con visualización de las paletas o álabes interiores (44).

La figura 13 muestra una vista esquemática de la parte interior (rueda o rotor) (41) de una turbina que contiene las paletas o alabes interiores (44).

La figura 14 muestra una vista esquemática de la parte interior (rueda o rotor) (41) de una turbina que contiene las paletas o alabes interiores (44) con desglose de sus partes.

La figura 15 muestra una vista superior, lateral e inferior de la parte interior (rueda o rotor) (41) de una turbina que contiene las paletas o alabes.

La figura 16 muestra una vista esquemática de una paleta o alabe de una turbina con bordes extremos superiores sinusoidales (46).

La figura 17 muestra una vista esquemática de una paleta o alabe de una turbina con bordes extremos superiores triangulares (47).

La figura 18 muestra una vista esquemática de una paleta o alabe de una turbina con bordes extremos superiores poligonales de cinco o más vértices (48).

Descripción Detallada de la Invención

La presente invención corresponde a un sistema integrado y procedimiento de obtención y separación de partículas sólidas, para la obtención de productos granulados, polvos deshidratados o con bajo porcentaje de humedad y pulverizados, a partir del procesamiento de material sólido entero.

El sistema integrado (1) de separación de partículas sólidas de la presente invención comprende:

- un ciclón acelerador de partículas (3) que comprende una salida inferior para la salida del producto granulado o polvo (9);

- un ventilador auxiliar o ventilador de alta presión (2) conectado al ciclón acelerador de partículas (3) que toma las partículas finas secas evacuadas del ciclón acelerador de partículas (3), a través de una abertura lateral superior para la salida del aire de aceleración (1 1) y las regresa al mismo ciclón acelerador de partículas (3) a través de una entrada del aire de aceleración (10);

- al menos una turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4), conectada en forma tangencial al ciclón acelerador de partículas (3);

- un dosificador de material (5) que recibe el material sólido a procesar a través de un orificio (7) y regula la velocidad de entrada de dicho material sólido a procesar;

- una esclusa neumática o válvula estrella (5') que recibe el material sólido desde el dosificador de material (5) y que alimenta a la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) del sistema, a través del ducto (13) que conecta la esclusa neumática o válvula estrella (5') con la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4); y

- un calefactor (6) que comprende un ducto de entrada o alimentación (8), para la entrada del aire necesario en el proceso, y que tiene un ducto de salida (21), que se encuentra unido al ducto (12), el cual permite que se conecte el calefactor (6) con el conjunto válvula estrella (5') y dosificador de material (5).

Ciclón acelerador de partículas (3)

El ciclón acelerador de partículas sólidas (3) permite separar el agua micro-dispersada del material particulado y comprende, en su cuerpo central cilindrico, al menos un ducto (14) de alimentación, que sobresale desde el interior del cuerpo central cilindrico, para el ingreso, al ciclón acelerador de partículas (3), de la mezcla de las partículas sólidas suspendidas en aire y al lado opuesto del ducto (14) tiene una abertura para la entrada del aire de aceleración (10) al ciclón. Además, en la parte superior tiene una abertura lateral para la salida del aire de aceleración (1 1). En el caso de tener dos o más ductos (14), la disposición de dichos ductos (14), debe ser simétrica en el perímetro del cuerpo central del ciclón acelerador de partículas (3).

El ciclón acelerador de partículas(3) recibe la corriente de partículas sólidas con agua micro-dispersada, suspendidas en aire a través del o los ductos (14) de alimentación, en donde las partículas sólidas suspendidas en aire ingresan al ciclón y salen rápidamente por la salida inferior (9) del ciclón acelerador, deshidratadas y pulverizadas.

El cuerpo central del ciclón acelerador de partículas (3) corresponde a la cámara de aceleración o cámara de presión del ciclón acelerador de partículas (3) y comprende en su estructura general un cuerpo inferior cónico (22), un cuerpo central cilindrico (23) inmediatamente arriba del cuerpo cónico (22) cuyo diámetro es menor que el mayor diámetro del cono del cuerpo cónico (22) y un tercer cuerpo superior (24) también cilindrico, de menor diámetro respecto al diámetro del cuerpo central cilindrico (23).

El cuerpo superior cilindrico (24), estructuralmente se divide en dos secciones, una sección superior de mayor diámetro y una sección inferior de menor diámetro. Dicho cuerpo superior cilindrico (24) permite evacuar y regular el aire de proceso una vez separadas las partículas sólidas y estructuralmente comprende:

- una abertura superior para la salida del aire de proceso (25);

- una abertura lateral para la salida del aire de aceleración (11), la cual se ubica en la parte lateral superior de la sección de mayor diámetro y que permite la salida del aire hacia un ventilador auxiliar;

- un conjunto de soportes radiales (26) ubicados interiormente en la sección superior de mayor diámetro; y

- un cono de ajuste (27) del aire de salida, que es ajustable en su posición lo que permite que se regule su posición hacia arriba o hacia abajo, y que se encuentra ubicado interiormente en la sección de mayor diámetro, inmediatamente debajo del conjunto de soportes radiales (26), aproximadamente, en la mitad del alto total del cuerpo superior cilindrico (24).

El cuerpo central cilindrico (23), cuya función es acelerar la velocidad de las partículas de material, se denomina cámara de presión del ciclón acelerador y se forma por los siguientes elementos:

- una abertura lateral para la entrada del aire de aceleración (10), que permite la entrada de aire desde un ventilador auxiliar (2);

- al menos un ducto (14) que sobresale desde el interior del cuerpo central cilindrico (23), para el ingreso de la mezcla de partículas sólidas y aire al ciclón acelerador, ubicado en el lado opuesto respecto a la abertura lateral para la entrada del aire de aceleración (10). En el caso de tener dos o más ductos (14), la disposición de los ductos, debe ser simétrica en el perímetro del cuerpo central (23);

- una turbina giratoria (28) ubicada en el interior de dicho cuerpo central cilindrico (23), que comprende una rueda formada por dos anillos paralelos concéntricos (29A, 29B) y por varias paletas rectangulares radiales (30) distribuidas a lo largo de todo el perímetro de dicha turbina giratoria (28) y soportadas en un anillo central (31);

- al menos dos paletas de presión alargadas (32) distribuidas simétricamente a lo largo del diámetro de la turbina giratoria (28), específicamente a lo largo del diámetro de los anillos (29A, 29B) y unidas perpendicularmente al anillo inferior (29B) de la rueda de la turbina giratoria (28), siendo dichas paletas de presión alargadas (32) paralelas a la pared interior de dicho cuerpo central (23) y de un largo equivalente al alto de dicho cuerpo central (23); y

- un cilindro interior (33) ubicado al interior de dicho cuerpo central (23) el cual se forma por un cilindro no ranurado (34) ubicado en la parte superior del cilindro interior (33) y por un cilindro ranurado (35), ubicado debajo del cilindro no ranurado (34), en la parte inferior del cilindro interior (33). Desde un costado del cilindro ranurado (35) emerge el ducto (14) o los ductos (14) en caso de ser más de un ducto. La parte del cilindro no ranurado (34), está alineada con las paletas rectangulares radiales (30) de la turbina giratoria (28) y posee una altura equivalente o superior a la altura de las paletas rectangulares radiales (30) de la turbina giratoria (28). El cilindro interior (33) se construye con al menos un mecanismo eyector, en su superficie exterior. En el caso de tener dos o más mecanismos eyectores, la disposición de los mecanismos eyectores, debe ser simétrica en el perímetro del cilindro interior (33). El mecanismo eyector se forma por una abertura (37) construida en la parte del cilindro no ranurado (34), una paleta que emerge tangencialmente (36) desde los cilindros (34 y 35) por sobre la abertura (37) y dos soportes (38), ubicados en los extremos laterales de la paleta que emerge tangencialmente (36), que permiten la unión entre la paleta que emerge tangencialmente (36) y las paredes laterales de los cilindros (34 y 35) y que a la vez, permiten que la paleta que emerge tangencialmente (36) se mantenga en forma tangencial sobre la abertura (37). La paleta que emerge tangencialmente (36) es para direccionar el aire y permite dirigir el aire en forma perpendicular a las paletas rectangulares radiales (30) de la turbina giratoria (28). El cilindro ranurado (35) posee una multiplicidad de ranuras y tiene un diámetro menor que el diámetro exterior del cuerpo central (23), pero superior que el diámetro de la turbina giratoria (28). El aire que entra al mecanismo eyector empuja hacia abajo las partículas, y hace girar a la turbina giratoria (28) mediante la salida de aire a través de la abertura lateral para la salida del aire de aceleración (1 1) a altas presiones y es perpendicular a las paletas rectangulares radiales (30) de la turbina giratoria (28). El efecto del mecanismo eyector y del cilindro ranurado (35) consiste en aumentar las presiones y acelerar las partículas que entran por el ducto (14) al espacio que se forma entre la rueda de la turbina giratoria (28) y el cilindro ranurado (35), por esta razón, la cámara que se forma entre la pared interior del cuerpo central cilindrico (23) y el cilindro ranurado (35) se denomina cámara de presión para aire de aceleración, pues el aire comprimido sale por las ranuras y por el eyector y el eyector, como ya se dijo, hace girar a la turbina giratoria (28).

El cuerpo inferior cónico (22) cuya función es permitir la salida de las partículas sólidas comprende:

- una sección inferior cónica (22A);

- una sección superior curva cóncava (22B), ubicada en la parte superior de la sección inferior cónica (22A), de menor diámetro, respecto al mayor diámetro de la sección inferior cónica (22A); y

- una abertura inferior (9) para la salida del producto final de partículas sólidas.

El ciclón acelerador de partículas (3) recibe la corriente de partículas sólidas con agua micro-dispersada, suspendidas en aire a través del ducto (14) de alimentación, las partículas sólidas suspendidas en aire ingresan directamente a la cámara de presión donde se encuentran con la turbina giratoria (28) y el cilindro ranurado (35). Al momento del contacto de las partículas sólidas suspendidas en el aire, con la turbina giratoria (28), dicha turbina giratoria (28) se encuentra girando a una velocidad mayor que la velocidad de las partículas sólidas, debido al ingreso del aire a través de la abertura para la entrada del aire de aceleración (10). La turbina giratoria (28) genera un movimiento circulatorio del aire y las paletas de presión alargadas (32) generan presiones superficiales y evitan la reducción de la velocidad de las partículas, ya que las paletas de presión alargadas (32) se desplazan a mayor velocidad que las partículas, además dichas paletas de presión (32) se encuentran separadas a una mínima distancia respecto a las paredes del cilindro ranurado (35), con el fin de asegurarse que no quede material sólido atrapado en la superficie de dicho cilindro ranurado. La turbina giratoria (28), además de hacer girar el producto por efecto del movimiento circulatorio del aire, empuja hacia abajo el producto, es decir hacia el cuerpo inferior cónico (22) debido a la presión generada por el mecanismo eyector. Por su parte, el cilindro ranurado (35), a través de su multiplicidad de ranuras, logra que las partículas de material sólido no topen la superficie, que no se peguen o adhieran a las paredes y que por tanto, se mantengan suspendidas en el interior del ciclón acelerador, es decir logra la dispersión superficial de las partículas de material. Sin embargo, como ya se dijo, para asegurar completamente que las partículas sólidas no queden atrapadas en el cilindro ranurado (35), están las paletas de presión alargadas (32). Las partículas sólidas suspendidas se desplazan por efecto de la fuerza centrífuga hacia el cuerpo inferior cónico (22) del ciclón acelerador, logrando su sedimentación y expulsión por la abertura inferior (9) para la salida del producto final del cuerpo cónico. Adicionalmente, la sección superior curva cóncava (22B) que tiene el cuerpo inferior cónico (22) en su parte superior ayuda a impulsar las partículas sólidas hacia el interior de dicho cuerpo cónico (22A), evitando que las partículas queden pegadas a la entrada del cuerpo inferior cónico (22). El aire de aceleración, que ingresa a la cámara de presión, es impulsado a través de un ventilador auxiliar, el cual toma el aire de salida desde la abertura lateral para la salida de aire de aceleración (1 1) del cuerpo superior cilindrico (24) y lo ingresa nuevamente en el ciclón acelerador a través de la abertura lateral para la entrada del aire de aceleración (10) del cuerpo central cilindrico (23), dicho aire de aceleración genera un colchón de aire en la cámara de presión.

En resumen el ciclón acelerador de partículas es capaz de realizar las siguientes operaciones:

• Separar el agua micro-dispersada del material particulado.

• Acelerar el material particulado mediante un sistema acelerador, utilizando la temperatura de consigna que aporta la mezcla de partículas sólidas de entrada, sin fuente adicional de energía de calefacción, y sin que se produzca pegamento de partículas en las paredes.

• Se complementa con un sistema de presión superficial que corresponde a las paletas de presión alargadas (32), diseñado para limpiar y evitar la reducción de velocidad de las partículas.

• Se complementa con un sistema de dispersión superficial, el cual corresponde al cilindro ranurado (35) que permite que las partículas no giren en la superficie y se mantengan suspendidas en el interior. Por otra parte, el sistema de dispersión acelera la velocidad de las partículas.

• El cono dada su forma evita cámaras y discontinuidades de baja presión que evita que el material particulado se aloje en las paredes interiores. Dada la regulación de la salida del aire húmedo, y a la forma del cono, existe una compensación donde las altas y bajas presiones producidas al interior del cono generan flotabilidad de las partículas y no adherencia a las paredes.

• Posee regulación de salida de aire por medio del cono de ajuste (27) logrando regular la presión interior y la flotabilidad de las partículas.

Turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4)

La turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4), cuya función es romper partículas de material sólido y disociar el agua contenida en las partículas de material sólido, comprende un ducto en un extremo para la salida de las partículas sólidas pulverizadas (15) y un ducto en la parte inferior de la turbina para la entrada de las partículas sólidas a pulverizar (16). La turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) se alimenta con el material sólido a través del ducto (13) el cual conecta con el ducto para la entrada de las partículas sólidas a pulverizar (16) y una vez procesado el material sólido, éste sale de la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) a través del ducto para la salida de las partículas sólidas pulverizadas (15), el cual conecta con el ducto (14) del ciclón acelerador de partículas (3). De esta manera, la salida de la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) se ubica en forma alineada y tangencial con la cámara de aceleración del ciclón acelerador de partículas (3). En el caso que el sistema incluya dos o más turbinas deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4), el ciclón acelerador de partículas (3) a su vez tendrá dos o más ductos (14), para permitir que cada turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) se conecte con el ciclón

acelerador de partículas (3) a través de uno de dichos ductos (14), en donde la ubicación de los ductos (14) es simétrica respecto al perímetro del cuerpo central del ciclón acelerador de partículas y la cantidad total de ductos (14) será igual al número total de turbinas deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4).

La turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4), debe estar montada en un sistema motriz solidario a su eje central (39), el cual permite que la turbina trabaje a alta velocidad, logrando de esta manera romper las partículas de material sólido y la disociación del agua contenida en el material sólido, y comprende en su estructura general los siguientes elementos:

- un estátor (40) de geometría circular que comprende en un extremo el ducto para la salida de las partículas sólidas pulverizadas (15);

- en la parte inferior de la turbina el ducto para la entrada de las partículas sólidas a pulverizar (16);

- una rueda o rotor (41) con paletas, ubicada en el interior del estátor (40), que contiene los siguientes elementos:

- dos placas (42) de fijación y armado de paletas, con forma circular.

- un eje central (39) para encaje de las placas de fijación (42);

- al menos cuatro barras (43) de separación y armado paralelas al eje central (39) y adheridas perpendicularmente, a través de uno de sus extremos, a las placas de fijación y armado (42); y

- al menos cuatro paletas (44) o álabes, unidas al eje central (39), con ubicación radial, con forma general plana y donde cada paleta (44), tiene una ranura interior (45) inferior ubicada en la parte baja de uno de sus lados y cercana a la entrada de la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad;

- un conjunto de sujeción central para ajuste y sujeción de todos los elementos que conforman la rueda o rotor (41).

La forma exterior de la parte superior de las paletas o álabes (44) puede ser sinusoidal (46) con dientes cuadrados o con vértices, triangular (47), o poligonal (48) de cinco o más vértices (ver figuras 16, 17 y 18, respectivamente). Por ejemplo, se puede tener paletas con vértices, en las cuales su parte superior o punta tiene la forma de la mitad de un polígono de ocho o más lados o paletas con forma sinusoidal en su punta.

Cada paleta o alabe (44), independiente de la forma que tengan en la parte superior, presentan después de la parte superior dos perforaciones superiores tipo canaleta abierta (49) en cada uno de los lados de la paleta, y en la parte inferior, cada paleta, presenta en uno de sus costados (perfil) una forma recta (50) y en el otro una forma cóncava (51). Además, en el mismo lado en que se encuentra la forma cóncava (51) se ubica la ranura interior (45), ver figura 14, 16, 17 y 18. En la parte recta (50) y cóncava (51), de las paletas del rotor (41), se forma una cámara de resonancia, con amplitudes y frecuencias acústicas que generan una condición de ultrasonido, con mediciones superiores a 120 dB, provocada por la alta velocidad y el sonido que genera la ranura interior (45) debido al paso del aire.

El rotor (41) puede tener 4, 6, 8, 10, 12, 16 o más pares de paletas o álabes (44). Las paletas o álabes se ubican siguiendo la forma de la carcasa o estátor de la turbina manteniendo una distancia definida en torno a dicho estátor (40).

La turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) de la presente invención, comprende en su sistema motriz una caja de rodamientos doble para lograr su alta velocidad. La velocidad de giro preferentemente está en el rango comprendido entre aproximadamente 2.000 rpm y aproximadamente 10.000 rpm. Además, la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad puede operar a temperatura ambiente o a una temperatura de consigna entre aproximadamente 30 °C y aproximadamente 100 °C.

Las perforaciones superiores tipo canaleta abierta y simétricas (49), en cada uno de los lados de las paletas (44) permiten que al girar la rueda o rotor dentro del estátor se tenga una libre circulación de las paletas dentro del estátor (40) y un aumento de la velocidad de las partículas sólidas. Por su parte, la forma poligonal (48), triangular (47) o sinusoidal (46) de la punta de cada paleta del rotor permite evitar que la acumulación de material, en las paredes del estátor (40) detenga el equipo, es decir se evita la fricción o el freno de la turbina, producto del material que circula dentro del estátor entre el espacio de las partes fijas (paredes del estátor) y las partes móviles (rueda o rotor). Lo que se pretende es evitar el efecto freno "balata" con el material que circula, por lo cual, la parte superior de la paleta se debe ajusfar a la forma de las partes fijas del estátor, pero con variaciones en la forma del contorno superior, tales como dientes cuadrados, ondas, vértice o cualquier otra forma que haga que se evite el efecto de freno. La idea es reducir el contorno superficial respecto del contorno de la parte fija, tal que la envolvente de la paleta presente pequeñas variaciones de forma respecto a la envolvente interior de la parte fija.

Por su parte, la ranura interior inferior (45) de la paleta o alabe permite, que éstas al girar a determinadas velocidades, se generen señales de baja frecuencia y armónicas de frecuencias superiores, para permitir la atomización del material y las partículas de agua al interior de la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4).

El procedimiento para romper las partículas sólidas y la disociación del agua presente en las partículas comprende:

a. - disponer de una turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) tal como ha sido definida previamente y de un sistema motriz asociado;

b. - poner en funcionamiento el sistema motriz para que la turbina adquiera la alta velocidad necesaria;

c- ingresar una corriente de partículas sólidas suspendidas en aire, bajo condición de presión negativa o succión, por la parte inferior (16) de la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4); y

d.- pulverizar las partículas sólidas y disociar el agua contenida en las partículas sólidas.

La corriente de partículas sólidas suspendidas en aire ingresa a la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) por su parte inferior (16), por succión o presión negativa. Una vez en el interior de la turbina, las partículas sólidas suspendidas en aire giran a gran velocidad, por efecto del giro de los álabes (44) de la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad, por efecto de la ranura interior inferior (45) y por efecto de la forma de las paletas del rotor. Las partículas adicionalmente recirculan a altas velocidades en el interior de la turbina. La recirculación es provocada por el efecto de cercanía de puntos de presión y succión en el diseño de turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad y carcasa o estátor (40). Para facilitar la recirculación de las partículas en el interior de la turbina, el diseño de carcasa o estátor (40) desde el extremo circular hacia la entrada (16), está

diseñada en forma cónica, siendo el diámetro menor de dicho cono coincidente con el diámetro de la placa de fijación inferior (42) del rotor (41) de la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad. El diseño interior de la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad y de las paletas que contiene el rotor, permiten que al girar el rotor (41) pase el material que circula dentro del estátor entre el espacio entre las partes fijas (estátor) y las partes móviles (rueda o rotor), la parte móvil de la paleta o álabe (44) se debe ajusfar a las partes fijas del estátor (40). A su vez, el conjunto de sujeción, tiene doble función, ya que por una parte permite la sujeción de todas las piezas o elementos que conforman el rotor (41) y por otra parte regula la presión de las placas de fijación (42) sobre las paletas (44), expandiéndolas o contrayéndolas, y evita la acumulación de material sólido en las superficies interiores del estátor. Igualmente, la forma poligonal, triangular o sinusoidal de las paletas (44) del rotor (41) permite evitar que la acumulación de material, en las paredes del estátor (40), detenga el equipo. Las partículas sólidas suspendidas en aire a medida que van pasando por el interior de la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad van saliendo de ella, transformadas en partículas sólidas con agua micro-dispersada, suspendidas en aire.

La turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad ha sido diseñada para efectuar simultáneamente los siguientes principios físicos:

• Generar presión negativa y desplazamiento axial y tangencial del material de entrada. Generando roce del material de entrada y su rompimiento.

• Generar microdispersión del agua disociada de la materia, a través de la generación de ultrasonido, la cual se mueve y se desplaza con el aire.

• Generar presiones de aire superiores a 400 mm. c.a. (milímetros de columna de agua) y velocidades de desplazamientos entre aproximadamente 40 m/s y aproximadamente 90 m/s en la entrada (16).

• Provocar señales de baja frecuencia de alta intensidad y armónicas secundarias.

• Generar compresiones del material en el desplazamiento a través de las paletas.

• Generar el efecto Bernoulli, que a través de la ranura interior inferior (45) de las paletas genera cambios de velocidades y presión en distintos puntos de la turbina.

• Evitar con el diseño de paletas la acumulación de material en las paredes de la turbina.

• Mantener la geometría del ducto de entrada y la salida, privilegiando el desplazamiento del material y la acumulación en discontinuidades geométricas.

Dosificador de material (5)

El dosificador de material (5) alimenta a la esclusa neumática o válvula estrella (5') y corresponde a un rosco sinfín con regulación de velocidad que comprende el orificio (7) a través del cual se recibe y dosifica el material sólido de entrada a procesar, y un anillo conector del dosificador (17) el cual permite la unión entre el dosificador de material (5) y la esclusa neumática o válvula estrella (5').

Esclusa neumática o Válvula estrella (5')

La esclusa neumática o válvula estrella (5') comprende un anillo conector de la válvula (18), un ducto de presión negativa (20) y un ducto (19A, 19B) que cruza la válvula estrella (5'), siendo la sección inferior del ducto (19A) la que permite la unión de la esclusa neumática con el ducto (12) y la sección superior del ducto (19B) la que permite la unión de la esclusa neumática (5') con el ducto (13). A su vez, el anillo conector de la válvula (18) se une mecánicamente con el anillo conector del dosificador (17) permitiendo de esta manera la unión entre el dosificador de material (5) y la esclusa neumática o válvula estrella (5').

La esclusa neumática o válvula estrella (5') recibe el material desde el dosificador de material (5), que se encuentra a presión atmosférica y lo entrega al ducto de presión negativa (20), producto de la cual se produce la sección de partículas en dirección al ciclón acelerador de partículas (3) a través del ducto (19B) y posteriormente a través del ducto (13). La esclusa neumática o válvula estrella (5') se une al sistema a través de un ducto (19A, 19B) que la cruza. El ducto (19A, 19B) que cruza la válvula estrella mantiene la misma geometría que los ductos (12 y 13) de circulación de aire y material sólido, es decir tienen el mismo diámetro.

Calefactor (6)

El calefactor tiene un ducto de entrada (8) en su parte superior, a través del cual ingresa al sistema el aire necesario para el proceso, el cual se encuentra a temperatura ambiente, y un ducto de salida (21) en la parte central posterior que se une con el ducto (12) de circulación de aire caliente hacia la válvula estrella (5'). El calefactor permite aumentar la temperatura del aire a la temperatura seleccionada de proceso o temperatura de consigna, donde dicha temperatura debe ser suficiente para mantener sin humedad las paredes del sistema, tanto en los ductos como en el equipo ciclón y reducir la humedad relativa del aire. Preferentemente, la temperatura se mantiene en el rango de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 70 °C, lo suficiente para bajar la humedad relativa del aire a niveles inferiores de 20% o menos.

En el diseño general del sistema (1) de la presente invención, la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) se ubica alineada y tangencial con la cámara de aceleración del ciclón acelerador de partículas (3) y el ventilador auxiliar (2) o de alta presión, la esclusa neumática (5') y el calefactor (6) se disponen en forma libre, lo que genera un mayor grado de libertad en el diseño del sistema.

En una modalidad el sistema (1) de la presente invención puede comprender más de un ciclón acelerador de partículas (3) y más de una turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4). En otra modalidad el sistema (1) de la presente invención puede comprender un segundo ciclón acelerador (3) y al menos dos turbinas deshidratadoras y pulverizadoras de alta velocidad (4). En una modalidad preferida el sistema (1) de la presente invención es un sistema de dos etapas, que comprende dos ciclones aceleradores (3) y cuatro turbinas deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4), tal que cada ciclón acelerador de partículas (3) se encuentra conectado a dos de las cuatro turbinas (4).

Por su parte, el procedimiento de obtención y separación de partículas sólidas de la presente invención comprende:

a.- disponer de un sistema integrado (1) de separación de partículas sólidas que comprenda:

- un ciclón acelerador de partículas (3) que comprende una salida inferior para la salida del producto granulado o polvo (9);

- un ventilador auxiliar o ventilador de alta presión (2) conectado al ciclón acelerador de partículas (3) que toma las partículas finas secas evacuadas del ciclón acelerador, a través de la abertura lateral superior para la salida del aire de aceleración (1 1) y las regresa al mismo ciclón acelerador de partículas (3) a través de la entrada del aire de aceleración (10);

- al menos una turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4), conectada en forma tangencial al ciclón acelerador de partículas

(3);

- un dosificador de material (5) que recibe el material sólido a procesar a través del orificio (7) y regula la velocidad de entrada de dicho material sólido a procesar;

- una válvula estrella (5') que recibe el material sólido desde el dosificador de material (5) y que alimenta a la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) del sistema, a través del ducto (13) que conecta el dosificador de material (5) con la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4); y

- un calefactor (6) que comprende un ducto de entrada o alimentación (8) en su superficie, para la entrada del aire necesario en el proceso, y que tiene un ducto de salida (21), que se encuentra unido al ducto (12) que conecta el calefactor (6) con el conjunto válvula estrella (5') y dosificador de material (5);

b.- ingresar el material sólido a través del dosificador de material (5);

c- ingresar el aire a través del ducto de entrada (8); y

d.- recuperar el material sólido con bajo porcentaje de humedad a la salida (9) del ciclón acelerador de partículas (3).

El procedimiento se inicia al activar el sistema integrado (1), lo cual comprende dar la partida de la turbina o turbinas deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4), luego al ventilador auxiliar (2), posteriormente encender el calefactor (6) y finalmente activar la esclusa neumática o válvula estrella (5') y el dosificador de material (5).

El procedimiento comprende el ingreso de aire al ducto de entrada (8) del calefactor (6) para aumentar la temperatura del aire hasta la temperatura de consigna o proceso, necesaria para mantener sin humedad las paredes del sistema (1) y reducir la humedad relativa del aire de entrada; el ingreso del material sólido a tratar a través del dosificador de material (5), el cual regula la velocidad del flujo de material a ingresar al sistema; el flujo de material luego pasa a la válvula estrella (5') donde se cambia la presión del material de atmosférica a presión negativa; luego el material sólido suspendido en aire ingresa a la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4), donde el aire es succionado para que el material sólido pase a través dicha turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) y se provoque de manera eficiente el rompimiento del material sólido de entrada y se logre la disociación del agua contenida en dicho material sólido; posteriormente el material sólido de menor tamaño con el agua disociada ingresa al ciclón acelerador de partículas (3), donde finalmente se logra la separación del agua y de las partículas de material sólido en polvo, la cuales salen por la salida (9) del ciclón acelerador de partículas.

El tiempo que transcurre desde el ingreso del material a tratar y la obtención del producto final en polvo, es rápido, preferentemente casi instantáneo y durante ese tiempo se logra reducir el agua inicial del material a tratar en aproximadamente un 80%, preferentemente en aproximadamente un 90%. Además, como la velocidad de circulación del material en el sistema (1) es rápida, el producto final no aumenta su temperatura.

El diseño de los ductos del sistema (1), tanto de los ductos de circulación (12, 13, 19A, 19B) como de los ductos de ingreso (8, 14, 10, 16) y salida (21 , 15, 1 1) de flujos de los equipos, ha sido definido de tal manera que se mantenga el desplazamiento tangencial y axial del material sólido mientras circula en el sistema (1). De igual manera, el calefactor (6) está diseñado para lograr el desplazamiento tangencial y la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) genera presión negativa y desplazamiento axial y tangencial del material de entrada.

Por otra parte, el ajuste de las temperaturas de consigna, es relevante para cada material, de forma tal que evite se someta a la zona de pegamento (sticky) y permita la condición de desplazamiento libre (free flowing) del material.

Además, entre la turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) y el ciclón acelerador de partículas (3) se logra una sinergia acústica. La turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) es la que genera el efecto de ultrasonido siendo el ciclón acelerador de partículas (3) el que hace de caja de resonancia, para recibir las ondas de baja frecuencia y armónicas superiores que permite mantener el efecto de resonancia por mayor tiempo.

La turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) es la que provoca la disociación del agua de la materia, siendo el ciclón acelerador de partículas (3) el que hace el efecto de contención y de separación de la materia con el agua microdispersada, en un sistema cerrado.

La turbina deshidratadora y pulverizadora de alta velocidad (4) mejora el coeficiente de transferencia de calor al recibir el producto con presión negativa (vacío), disociar el agua por efectos físicos (ultrasonido, fricción, centrifugación), permitiendo que las partículas de agua sean microdispersadas, y enviadas con presión positiva alta al sistema de separación y aceleración del ciclón acelerador.

El conjunto y diseño permite que la deshidratación de las materias primas sea realizada también a temperatura ambiente, sin aplicación de fuente de calor adicional.

La aceleración de las partículas que genera el ventilador auxiliar o de alta presión (2), en la cámara de aceleración interna del ciclón, tiene por objetivo acelerar las partículas, generar una mejor separación de la materia con el agua microdispersada y, a su vez, evitar que el material se adhiera a las paredes del ciclón.

El ventilador auxiliar o de alta presión (2) utiliza el aire de salida del ciclón acelerador de partículas (3), para provocar el efecto de aceleración de partículas y antiadherencia, lo que es eficiente, porque no requiere de aire con fuente calórica adicional, cuando el sistema opera con fuente calórica externa a través de un calefactor.

El ventilador auxiliar o de alta presión (2) toma las partículas finas secas evacuadas del ciclón acelerador de partículas (3) y las regresa al mismo, permitiendo que estas (particulado fino seco) se mezclen con el material más húmedo entrante, facilitando que material con mayor humedad se desplace libre y sin adherencia en el ciclón acelerador de partículas (3).