MEMORIA DESCRIPTIVA CAMPO TECNICO DE LA INVENCIÓN

El presente modelo de utilidad tiene como objetivo describir el diseño mejorado de una manga (M) para válvulas de tipo pinch, y sus ventajas respecto al diseño de las mangas (M) convencionales existentes en el mercado al día de hoy.

El presente modelo de utilidad se refiere a al diseño de una manga (M) que está concebido para que, en su posición normal, se encuentre completamente cerrada y no abierta tal como los diseños las de las mangas en la actualidad, además de contar con una sección mayor en medio de su distancia entre caras (cuerpo C) o entre flanches.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION

Para aplicaciones en donde se deba trabajar con fluidos abrasivos o corrosivos, una de las alternativas comúnmente utilizadas para cortar o controlar el flujo en una cañería son válvulas pinch o de manga (M), las cuáles consisten principalmente en:

a) Manga (M) de material elastomérico flexible, reforzado con telas de nilón u otro material similar, que es la que contiene el fluido abrasivo, circulando a través de esta desde la entrada hasta la salida de la válvula.

b) Cuerpo de la válvula (C), que corresponde una estructura metálica que suporta la manga (M) desde sus extremos, para conectar al proceso. c) Sistema de actuación, que corresponde a un mecanismo que permite accionar la manga (M), abriéndola, cerrándola o manteniéndola en posiciones intermedias.

Este sistema de actuación puede ser de accionamiento manual, eléctrico, hidráulico o neumático, según sea el requerimiento de la planta.

La operación la válvula a fin de cortar o controlar el flujo, se realiza mediante el estrangulamiento de la manga (M). Este estrangulamiento es realizado en la mayoría de los diseños, a través de un medio mecánico o polín unido a un vástago, que transmite un movimiento deslizante desde el actuador, el cuál según ya se mencionó puede ser de accionamiento manual, neumático, eléctrico o hidráulico. Aunque menos frecuente, también existen diseños en los cuáles la manga (M) es operada y estrangulada al ser comprimida, directamente por la presión de un fluido inerte y adecuado para tal efecto, como el aire, cuya presión es mayor a la presión en el interior de la manga (M).

Existen variadas geometrías de mangas que entre sí se diferencian principalmente en la geometría del cambio de diámetro que experimentan desde la entrada del flujo hasta su salida. Para efecto de análisis del diseño típico de las mangas actuales en el mercado, se considera una manga tipo Fullport, es decir, que mantiene una sección circular de diámetro constante a lo largo de toda la manga y que es operada por vástago con polín.

Una manga típica es por construcción, normalmente abierta, tanto en su diseño como en operación y requiere de la fuerza aplicada al vástago para cerrar. Es decir, la manga necesita de una fuerza externa aplicada para pinchar la manga, aun cuando esta no contenga ningún fluido a presión en su interior, y dicha fuerza externa para cerrar la manga, es proporcional al espesor de pared de la manga y al número de telas internas y su disposición y tipo, por lo tanto, al aumentar el espesor de la manga se requerirán actuadores con mayor fuerza. A este requerimiento de fuerza, se debe sumar la fuerza necesaria para vencer la presión del fluido de proceso en el interior de la manga.

En apertura total, considérese la longitud total del manto de la manga como L, también conocido como distancia entre caras o Face to Fase (FF) y como consecuencia, la distancia desde el centro al extremo como L/2, según se indica en la Figura 1.

Cuando una fuerza es aplicada sobre el vástago en dirección al cierre, el vástago“pincha” la manga (la presiona) y esta se deforma disminuyendo su sección interior a fin de reducir o cortar completamente el flujo. Al deformarse la manga en el cierre, se producen algunas condiciones que repercuten negativamente en su vida útil: a) La manga es estirada significativamente. En efecto, el largo desde la mitad del manto de la manga hasta el extremo (LD), está dado en forma aproximada por la hipotenusa del triángulo que componen los catetos L/2 y el desplazamiento vertical del vástago Ah, como se muestra en la figura 2.

Claramente LD será siempre mayor que la longitud L/2 original. El estiramiento (LD-L/2) será mayor en cuanto más grande sea el diámetro nominal de la manga en relación al largo del manto. A pesar que la manga sea de material resiliente, el sobre-estiramiento que se produce en ella favorece la fatiga de material, más aún cuando la deformación es extremadamente frecuente como ocurre en ciertas aplicaciones de altos ciclos de operación, en la industria (Procesos Bach, descargas de filtros prensa, controles de flujo por pulso, etc.), en este caso su vida útil se reduce significativamente. b) Al estirarse la manga, se genera estrés (T) en la zona en que esta se fija a la conexión de proceso, como por ejemplo la cara de un flanche o cuerpo (C), lo cual también la hace propensa a roturas como se muestra en la Figura 3. c) Al deformarse la manga en dirección al cierre, la sección circular del interior de la manga, comienza a transformarse en una sección elíptica cada vez más alargada hasta hacerse prácticamente una línea, sin embargo, se presentan algunas situaciones no deseadas:

• En los extremos de la geometría deformada, justo antes del cierre total, se generan dos pequeñas aperturas tipo haz (H).

• Por otra parte, las pequeñas aperturas tipo haz (H) producen una sección muy reducida de paso de flujo, lo cual incrementa las velocidades del fluido abrasivo, incrementando el efecto de abrasión sobre la manga y acelerando su desgaste.

• Por otro lado, en la zona externa del haz (H), tendremos dos puntos de máximo esfuerzo de la manga en donde el estrés (T) será mayor, con claro riesgo de rotura como se muestra en la Figura 4. d) Para aumentar la vida útil de la manga, se podría aumentar el espesor de la manga con la finalidad de incrementar el material de desgaste ante la abrasión del fluido, sin embargo, los fenómenos por deformación al cierre mencionados en los párrafos anteriores, limitan esta posibilidad. Mientras mayor sea el espesor de la manga, mayor radio de curvatura será requerido en los pliegues, no obstante en este caso, con manga deformada al cierre, dicho radio tiende al mínimo, acentuando el estrés (T) en el pliegue y el riesgo de rotura.

Los fenómenos descritos son factores que acortan la vida útil de la manga, más aún, esta se ve disminuida significativamente si la válvula es constantemente sometida a operaciones de apertura y cierre. A modo de ejemplo, en procesos de concentrado de mineral, las válvulas pinch son utilizadas comúnmente en líneas de adición de lechada de cal a molinos de bola. En dicha aplicación, la válvula opera por pulsos, es decir abre y cierra periódicamente, típicamente cada dos minutos aproximadamente, lo que equivale a cerca de 5000 operaciones de apertura y cierre en una semana. Esto explica en gran parte que, en los casos más críticos, las mangas deban ser cambiadas con una frecuencia del orden de dos semanas.

El estado del arte más cercano, está compuesto por los siguientes documentos;

El documento US3441245 corresponde a un fluido-actuador para una manga pinch, una válvula de estrangulamiento, construida para evitar el aleteo cuando se introduce fluido a presión para fines de estrangulamiento, salvo el cierre completo de la válvula. La construcción emplea medios deflectores plegables, dentro de cada una de las cámaras de presión de fluido que se proporcionan normalmente para ejercer presión de estrangulamiento o cierre sobre un diafragma de manguito alargado proporcionado por una válvula del tipo general en cuestión, para restringir el flujo longitudinal de otro modo libre presión de fluido en y a lo largo de la cámara. Los medios deflectores comprenden preferiblemente material comprimible y expansible similar a una esponja, por ejemplo un plástico espumado, pero puede tener la forma de una serie de deflectores colapsables plegables preferiblemente moldeadas con y fuera del diafragma de la manga. También se puede proporcionar una serie de deflectores rígidos a lo largo de la superficie interna del cuerpo de válvula alternando en posición con deflectores plegables proporcionados por el diafragma de manguito. El documento US3965925 corresponde a una válvula de presión tiene un manguito elástico tubular con al menos una abertura alargada transversalmente que se extiende a través de la misma que se abre y cierra mediante un elemento de control que tiene elementos que se acoplan a regiones diametralmente opuestas del manguito. El miembro de control puede girar sobre el manguito entre una posición angular en la que dichos elementos se acoplan a regiones del manguito sustancialmente coincidentes con el eje longitudinal transversal de dicha abertura para mantener abierta la abertura, y otra posición angular en la que los elementos se acoplan a regiones opuestas transversal a dicho eje para apretar dicha abertura cerrada. Los documentos arriba descritos, corresponden válvulas pinch diferentes al presente modelo de utilidad y no abarcando el beneficio utilitario del presente modelo de utilidad que corresponde a evitar un estrés en el cierre de la válvula producto del sobre estiramiento el cual provoca una menor vida útil y filtraciones en el sellado. Además evita un sobre estrés entre la cara de la manga (M) y el flanche o cuerpo (C), evitando las roturas

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS

Los dibujos que se acompañan, se incluyen para proporcionar una mayor comprensión de la invención, constituyen parte de esta descripción y además ilustran parte del arte previo y algunas de las ejecuciones preferidas, para explicar los principios de esta invención.

La figura 1 pertenece al arte previo y corresponde a la manga (M) de válvula pinch fullport en posición abierta.

La figura 2 pertenece al arte previo y corresponde a la manga (M) de válvula pinch fullport en posición cerrada.

La figura 3 pertenece al arte previo y corresponde a la zona de estrés (T) del agarre manga (M) / cuerpo (C).

La figura 4 pertenece al arte previo y corresponde a una sección transversal de manga (M) deformada al cierre.

La figura 5 pertenece al arte previo y corresponde a una válvula pinch convencional, fabricada en posición normal abierta

La figura 6 nuevo diseño propuesto Fabricada en posición normal cerrada La figura 7 pertenece al arte previo y corresponde a una válvula pinch convencional, vista superior.

La figura 8 nuevo diseño propuesto vista superior. La figura 9 nuevo diseño corresponde a la fabricación en posición cerrada, por lo tanto no existe tensión (estrés) en LD.

La figura 10 nuevo diseño corresponde a la fabricación en posición cerrada, por lo tanto no existe tensión (estrés) en la zona demarcada.

La figura 1 1 nuevo diseño corresponde a la fabricación en posición cerrada, por lo tanto no existen un haz de apertura en los extremos.

La figura 12 arte previo que corresponde a la fabricación de una manga (M) convencional fullport, sin agregado de material, en donde se muestra la zona de estrés.

La figura 13 arte previo que corresponde a la fabricación de una manga (M) convencional en el caso hipotético de agregado de material, como se puede visualizar, la zona de estrés tiene un mayor radio, lo que requerirá una mayor fuerza del actuador para el cierre, y menores posibilidades de hermeticidad.

La figura 14 nuevo diseño corresponde a la simulación de agregado de material elastómero en nuevo diseño propuesto.

La figura 15 nuevo diseño corresponde a la comparación entre el diseño propuesto y el diseño convencional en posición abierta, agregando material elastomérico (ME’).

DESCRIPCION DE LA INVENCIÓN

El presente modelo de utilidad muestra una manga (M’) que está concebido para que en su posición normal se encuentre completamente cerrada la cual es presionada para evitar la abertura por medio de un vástago con polín el cual impide que el fluido filtre. Los puntos que repercuten en la vida útil de la válvula tipo manga son suprimidos ya que;

a) Al ser el diseño propuesto fabricado en posición cerrada, no existe estrés (T) del material en dicha posición. En la comparación entre las figuras (5 y 6) y (7 y 8), se pueden apreciar las diferencias entre el modelo convencional y el nuevo diseño propuesto.

Como se puede apreciar en las imágenes 2 y 9, en comparación con el inconveniente, correspondiente a la tensión generada en LD, no existe en el nuevo diseño (LD’). b) Dado que el diseño propuesto es fabricado en posición cerrada, se elimina el inconveniente correspondiente a la tensión/ estrés (T) en la zona donde se fija la válvula, esto se aprecia en las figuras 3 y 10. c) Al ser el diseño propuesto fabricado en posición cerrada se elimina otro inconveniente que se divide en tres partes:

• Se eliminan el haz de apertura (H) en los extremos como muestran las figuras 4 y 11 · Al no existir el haz de apertura (H), se elimina la problemática de las altas velocidades en estas zonas, en el proceso de cerrado de la válvula, por otro lado, el nuevo diseño al tener un área mayor en la zona de obturación, reduce considerablemente las velocidades generadas, reduciendo de este modo el daño por abrasión. • El diseño propuesto al ser fabricado en posición normal cerrada, elimina el daño producido en los pliegues de la manga (M’) convencional, al momento del cierre, como se aprecia en las figura 4 y 11 . d) El cuarto inconveniente que presenta el diseño convencional, es la incapacidad de aumentar el material con la finalidad de aumentar la vida útil de la manga (M’), este inconveniente no se presenta en el diseño propuesto, dado que no existe la problemática de la tensión que se genera en los pliegues, ya que ésta es su posición normal, es decir sin estrés (T). Esto reduce de forma considerable la carga que se requiere para el cierre de la válvula, dado que el actuador, en el caso de la manga convencional, con agregado de material, debería vencer la fuerza de la presión del fluido por el área, más la fuerza requerida para vencer el material elastómero con agregado, como se muestra en las figuras 12 y 13.

Como se puede apreciar en el nuevo diseño propuesto, si se puede agregar material para aumentar la vida útil de la válvula, sin la problemática que generaría esto en la manga convencional fullport, como muestra la figura 15. e) Finalmente, el daño por abrasión también es mitigado por el aumento del área efectiva de paso del flujo en la zona de obturación, lo que implica una importante disminución en la velocidad del fluido y por ende disminución en los daños por abrasión, esto se logra con el aumento en la sección intermedia de la manga (M’) en medio de la distancia entre flanches, tal y como se puede ver en las figuras 7 vs 8. Lo señalado lo podemos verificar, en la figura 15, donde se muestran, una manga convencional fullport y una manga (M’) con el nuevo diseño propuesto, con el mismo diámetro de entrada, a la misma carrera de apertura, en la figura se puede apreciar que el área para el nuevo diseño propuesto es mayor, lo cual reduce las velocidades, disminuyendo con ello el daño por abrasión.