ALCACER MARTINEZ, Vicente (C/ Ciudad Darío, 28 Pol. In, La Creu L´Alcudia, E-46250, ES)
MIRO ESCARTI, Cesar (C/ Ciudad Darío, 28 Pol. In, La Creu L´Alcudia, E-46250, ES)
ALCACER MARTINEZ, Vicente (C/ Ciudad Darío, 28 Pol. In, La Creu L´Alcudia, E-46250, ES)
| REIVINDICACIONES . - Equipo combinado de microondas y aire caliente para secado de materiales de construcción laminares o a granel para la eliminación de humedad y/o curado de resinas, esmaltes u otros tratamientos en soportes de alta absorción de humedad caracterizado por una cinta de transporte de pasaje de piezas de material transparente o de baja absorción a las microondas (1 ), que transcurre por una etapa de filtros de atenuación de entrada y salida (2) y una cámara de cerramiento (7). En el interior de dicha cámara de cerramiento, se incorpora un mecanismo de extracción de aire húmedo (4), y un mecanismo de impulsión de aire seco (5). Este último permite introducir un volumen de aire variable regulable en temperatura desde el exterior, desde una temperatura ambiente hasta una temperatura de 600 °C en un régimen laminar o turbulento como convección forzada combinada con una o varias fuentes de microondas (3). 2. - Equipo combinado de microondas y aire caliente para secado de materiales de construcción laminares o a granel para la eliminación de humedad y/o curado de resinas, esmaltes u otros tratamientos en soportes de alta absorción de humedad conforme a la Reivindicación .1 caracterizado porque una o varias fuentes de microondas (3) contiene un difusor. 3.- Equipo combinado de microondas y aire caliente para secado de materiales de construcción laminares o a granel para la eliminación de humedad y/o curado de resinas, esmaltes u otros tratamientos en soportes de alta absorción de humedad conforme a la Reivindicación .1 y .2 caracterizado porque la fuente de microondas (3) incorpora un isolauncher o atenuador de onda reflejada con aislador y/o una brida del tipo R26. 4. - Equipo combinado de microondas y aire caliente para secado de materiales de construcción laminares o a granel para la eliminación de humedad y/o curado de resinas, esmaltes u otros tratamientos en soportes de alta absorción de humedad conforme a la Reivindicación .1 , .2 y .3 caracterizado porque la fuente de microondas (3), y el isolauncher o atenuador de onda reflejada con aislador se encuentran refrigerados por medio de aire y/o agua. 5. - Equipo combinado de microondas y aire caliente para secado de materiales de construcción laminares o a granel para la eliminación de humedad y/o curado de resinas, esmaltes u otros tratamientos en soportes de alta absorción de humedad conforme a la Reivindicación .2, .3 y.4 caracterizado porque se incorporar una guía del tipo WR340, para uniformizar las ondas electromagnéticas en el interior de la cámara de cerramiento (7). 6. - Equipo combinado de microondas y aire caliente para secado de materiales de construcción laminares o a granel para la eliminación de humedad y/o curado de resinas, esmaltes u otros tratamientos en soportes de alta absorción de humedad conforme a la Reivindicación .1 ,.2,.3,.4, y.5 caracterizado porque los filtros de atenuación (2) son modales o geométricos, mantas filtrantes, o conductos de agua, o todos o algunos de ellos combinados entre sí. 7^ Equipo combinado de microondas y aire caliente para secado de materiales de construcción laminares o a granel para la eliminación de humedad y/o curado de resinas, esmaltes u otros tratamientos en soportes de alta absorción de humedad conforme a la Reivindicación .1 ,.2,.3,.4, 5 y.6 caracterizado porque los filtros de atenuación (2) incorporan un sistema de medición de fugas en las bocas de salida como elemento de seguridad. |
En los procesos de fabricación de baldosas cerámicas, lístelos, cenefas de cerámica plana, cerámica estructural, porcelana, o piedra natural se requiere de una eliminación de la humedad en distintas etapas: previo a su tratamiento, durante o después del mismo y con la finalidad de eliminar el porcentaje de humedad sobrante para prepararlas o secarlas durante el proceso de producción. Dicho equipo compuesto de microondas combinado con generadores de aire caliente está preferentemente destinado a líneas de monococción, donde mejora la resistencia mecánica de la pieza, aumenta la densidad aparente y evita defectos por excesos de humedad, como microgrietas o desconchados. Técnica anterior
La tecnología de microondas es usada de modo convencional y habitual para el calentamiento de productos agroalimentarios o de cocción, tanto a nivel industrial como doméstico. Así como, también se emplea para la esterilización o higienización de productos agroalimentarios, e inclusive en otros usos y sectores tan diversos como es la sinterización de materiales destinados a la industria aeronáutica. Una aplicación muy reciente es incluir equipos microondas para el secado de materiales de construcción, como es ya conocida y se emplea para productos cerámicos y piedra natural en forma de materia atomizada o polvo con el fin de reducir su humedad. Todo más relacionado con el acondicionamiento de las piezas mediante su calentamiento, que para su deshidratación, pero siempre se aplica para situaciones de trabajo estáticas de las piezas tratadas. Los tratamientos de deshidratación existentes, se basan en sistemas calor directo, o de radiación infrarroja y una convección forzada mediante aire procedente de combustión. Partiendo, en general, con valores iniciales de humedad sobre materiales porosos desde 0,5 hasta 40% de humedad.
El uso de energía de microondas para la deshidratación ha sido estudiado y experimentado en los últimos años y a nivel mundial llegando a la conclusión de información relevante acerca de las propiedades físicas y dieléctricas de materiales de cerámica y piedra natural. Los microondas son radiaciones electromagnéticas con frecuencias entre 300 MHz y 300 GHz, utilizadas generalmente en radares, telecomunicaciones y calentamiento de materiales. Según determinados estudios es posible conseguir un sistema fiable con tratamientos de radiación de ondas electromagnéticas a 2,45 GHz - única frecuencia autorizada para el uso industrial en la mayoría de países de la Unión Europea - en el uso de resinas para vencer la mala conductividad térmica del polímero garantizar el calentamiento volumétrico de la resina. Esta conclusión viene científicamente corroborada en las conclusiones de las ponencias ARQUIMACON 2008 de la 5 a Conferencia Internacional sobre Materiales compuestos en Arquitectura y Construcción ( AIMPLAS, Instituto Tecnológico del Plástico. Valencia, 2008)
Parte de esos estudios han sido ya ensayados e iniciados en el sector del mármol, en España con los trabajos de investigación de la UNIVERSIDAD DE MURCIA a través de los investigadores GARCIA RUIZ en la Patente española ES2160542 (2001 ) sobre un procedimiento de curado de resinas en mármoles, y por el Grupo de Electromagnetismo y Materia en sectores industriales de la región de Murcia tanto en la transformación agroalimentaria como en mármol. Estos últimos resultados son recopilados en la patente española ES2245880 (2004) de la ASOCIACION EMPRESARIAL DE INVESTIGACION CENTRO TECNOLOGICO DEL MARMOL Y LA PIEDRA
(2004) sobre un procedimiento de polimerización de resinas aplicadas sobre el mármol mediante el uso de microondas. De igual modo, las investigaciones divulgadas en la Patente internacional PCT WO04030882 por VEKINIS y GYLLIS (2004) con respecto a un método y aparato para acondicionamiento térmico de productos cerámicos húmedos.
Las dos primeras patentes españolas mencionadas se refieren a procedimientos o métodos de técnicas aplicadas al mármol, mientras que la patente internacional se refiere también a un aparato destinado a productos cerámicos. Todas ellas no plantean los problemas subsecuentes y derivados del curado con resinas y las radiaciones electromagnéticas por microondas, en cuanto al diseño de equipos que resulten técnicamente viables, y económica y energéticamente eficientes.
Y eso, por cuanto, estos procedimientos deben de llevarse a la práctica con un salto cualitativo a los procedimientos ya divulgados en relación a la configuración de medios y distribución de elementos que hagan operativa y industrialmente aplicables al curado de resinas o esmaltes con microondas sobre materiales de construcción. Además de, solucionar los problemas derivados de procesos fabriles en continuo o líneas transporte de pasaje de fabricantes o transformadores de mármol y productos cerámicos, para los que resultan grandes exigencias de fiabilidad técnica, y de viabilidad económica. No hay eficiencia, sin calidad de producto.
Problema técnico
En determinados procesos de fabricación y tratamiento de materiales de construcción laminares se observa que por un exceso de humedad en la pieza o baldosa o en el propio esmalte de la misma, pueden provocarse defectos de calidad difíciles de corregir en línea, y que suponen productos finales de baja calidad o destinados a su destrucción directa. En el sector de la piedra natural y de la cerámica, las tecnologías utilizadas tradicionalmente de tratamientos o acondicionamientos por calentamiento están basadas en quemadores de gas, normalmente propano o gas natural que en forma de secadores verticales, u horizontales tipo llama directa, tubos y/o placas radiantes que son muy agresivas y perjudiciales. Estos sistemas no garantizan la evaporación previa de la humedad superficial, y no son adecuados para aplicaciones intermedias, ni para determinados tipos de materiales de construcción.
Otro gran problema en los procedimientos de curado con resinas y ondas electromagnéticas se produce por el efecto de la dispersión de ondas cuando se trabaja con espacios amplios o abiertos y/o en movimiento, lo que puede frustrar las operaciones de curado y derivar en productos inservibles o deteriorados. Por ello, se exige de diseños y configuraciones determinadas y precisas.
Solución técnica
Son varias las propuestas de mejoras técnicas susceptibles de constituir un propio concepto inventivo, y que enunciamos a continuación. En primer lugar, se trata de un equipo o aparato que implanta un sistema combinado de microondas y aire caliente forzado que acelera la evaporación del agua y de disolvente volátiles. Esta idea es muy importante, ya que la persistencia de restos o trazas de los mismos han hecho fracasar a sistemas no combinados, ya que, por sí sola, la energía de microondas solamente calienta. De igual modo el equipo con dicha configuración de sistema combinado microondas-aire caliente resulta imprescindible para el curado de resinas base agua, donde es necesario extraer la humedad de los diferentes estratos. En ello, la tecnología combinada con aire caliente marca una diferencia importante. Lo mismo ocurre al intentar deshidratar materiales laminados o a granel, si el agua se queda fuera, ésta, termina siendo absorbida por capilaridad.
Además, la utilización de polipropileno como banda de transporte hace que el calor o energía microondas no se acumule en el tapete de transporte alterando en exceso e irregularmente a los productos tratados. Otro aspecto importante, junto con los arriba mencionados de un sistema mixto microondas-aire caliente, y de medios de polipropileno en las bandas de transporte, es el diseño de los difusores en el interior. Su perfecta y estudiada distribución hace que la energía se encuentre repartida por igual, lo que hace que seamos capaces de obtener un resultado homogéneo, usando el mismo sistema con el aire inyectado, que es previamente calentado hasta un rango de 20-600°C.
Finalmente, el problema técnico de la dispersión de ondas se resuelve de forma que el equipo desarrollado para procesos industriales contiene un sistema de pasaje y filtros de atenuación que reduce y controla la dispersión de una manera eficaz - gracias a un diseño de filtros sintonizados a la frecuencia de trabajo en el llamado fenómeno de "trampa de ondas" - evitando a pesar de ser estructuras abiertas que no se permita el escape de ondas electromagnéticas en un cierto margen de frecuencias. Confinando, por tanto, la energía en el interior del horno, y convirtiéndose así en un proceso continuo y en movimiento seguro y eficiente.
Efectos ventajosos
Entre las ventajas destacables de la invención que se presenta, podemos observar diversas de índole fundamentalmente energética, productiva y económica. Entre las ventajas energética hemos constatado variables medioambientales como la reducción de consumos energéticos por la sustitución de las energías tradicionales ( quemadores de gas industrial o fuel), la supresión de procesos inflamables por fugas o pérdidas térmicas por uso de tales combustibles, la eliminación de emisión de gases de CO2 al sustituir los combustibles fósiles, el consumo razonable y sostenible de energía, el uso de resinas de base agua en detrimento de aquellos preparados y formulaciones que emiten en su procesado y curado a compuestos orgánicos volátiles altamente tóxicos y contaminantes denominados COVs, como el estireno.
A nivel productivo, apreciamos un control exhaustivo y monitorizado de la supresión de la humedad mediante la evaporación de agua, y la aceleración de dicho procedimiento de secado por el poder de penetración de las ondas sobre los materiales, y por el choque de moléculas de agua contenidas. También observamos una garantía en el resultado de una pieza secada que es proporcional en una mayor exposición al aire caliente, un menor tiempo de exposición y ataque de las ondas. Así como, se minimiza considerablemente la destrucción de productos defectuosos. Todo ello redunda en un beneficio de la calidad de producto, y de conformidad con los procedimientos de homologación técnica y normalización industrial (NORMAS UNE y NORMAS ISO) en el sector de la construcción - especialmente, cerámica y piedra natural -. Asimismo, el estado de técnica alcanzado logra reunir en un propio equipo compacto y operativo a todas las ventajas ya relatadas.
De todo ello podemos deducir con lógica aplastante que, menos consumo energético, menos perdidas por piezas defectuosas, gran rapidez de secado, y una producción en movimiento continuo y en pasaje o en línea de transporte se traducen, en euros, en un gran ahorro económico para los industriales usuarios. Descripción de las figuras
Para una mejor comprensión de las características generales anteriormente mencionadas, se acompaña un dibujo a la presente invención el cual expone como se especifica a continuación: Figura 1 : Vista en perfil de un equipo combinado de microondas y aire caliente para secado de materiales de construcción formado por una cinta de transporte de pasaje de piezas (1 ), filtros de atenuación (2), una o varias fuentes de microondas (3), mecanismo de extracción de aire húmedo (4), mecanismo de impulsión de aire seco (5), pieza o baldosa (6), chasis o cámara de cerramiento (7).
Modo de realizar la invención
En primer lugar, es necesario destacar unas notas preliminares sobre el tipo de elementos y técnicas empleadas. Así pues, el proceso de producción que incorpora la invención se inicia tras la detección de la baldosa en movimiento con la generación y difusión de ondas microondas de radiación no ionizante generada por equipos electrónicos que a través de antenas emiten una longitud de onda de 2,45 Ghz. Ello a través de guías lineales cuya función es distribuir de una manera lineal una energía que es absorbida con mayor eficiencia que las radiaciones abiertas. En el caso de no existir energía absorbida, aumentará la energía reflejada por lo que será necesario un circuito de refrigeración disipador de la energía generada. A modo de ejemplo, si la energía emitida es repartida por la superficie dentro de un rango de valores de 500 w en una superficie de 15 x 120 x 2,3 cm 3 , es decir 0,12 w/cm 3 , hasta un valor de 6000 w en 15 x 60 x 1 cm3, es decir 6,66 w/cm 3 , tendríamos un rango de densidades de potencia entre 0,12 - 6,66 w/cm3, siendo los valores normales entre 0,2 - 5 w/cm 3 . Resulta fundamental en esta invención la correcta ubicación de las guías para maximizar la uniformidad del campo en las inmediaciones del centro de la cámara. La propia guía de alimentación altera la distribución de campo eléctrico de la cámara. Las ubicaciones y orientación de las guías de onda dependen pues, de las dimensiones de la estructura y de la forma de los módulos, tanto exterior como interior, en función de los campos eléctricos y magnéticos de cada modo. Dado que cada uno de los múltiples magnetrones operan individualmente, la densidad de potencia neta es la superposición de las densidades de potencia individuales. Para obtener una uniformidad de calentamiento en las baldosas es necesario excitar muchos modos. La opción más válida es utilizar varios magnetrones de potencia fija. Por tanto, el posicionamiento y orientación de las guías determinará que modos van a excitarse en la cavidad. La guía del tipo denominada como WR340 normalmente contiene el modo dominante TE10: su ventaja es que excita por igual modos TE (transversal eléctrico) y TM (transversal magnético) y protege hasta cierto punto al magnetrón con un mínimo de reflexión de onda. El objetivo principal es introducir ondas en el interior de la cámara mediante las guías de ondas rectangulares y metálicas de las denominadas guías de ondas WR340 desde las fuentes a una frecuencia de 2,45 GHz.
Una vez conseguido el ajuste perfecto de potencias uniformes y repartidas equilibradamente, ha sido preciso el diseño de los filtros de atenuación que consiguen evitar los escapes de fugas en las bocas de entrada y salida del túnel que configura el chasis o armazón de cerramiento y que concentra los campos magnéticos generados. Estos son filtros de tres categorías. La primera, filtros modales basados en formas geométricas formados por pilares (redondos o cuadrados) y lo pletinas por rebote de ondas determinados por programas informáticos de diseño de simulación de reflexión de ondas, dependiendo de sus dimensiones y configuración. La segunda categoría de filtros son las mantas filtrantes que absorben y evitan la reflexión de las ondas. Y como tercera posibilidad, los filtros son conductos con agua circulante que absorben o atenúan las potencias residuales. De igual manera, puede realizarse una combinación conjunta desde una hasta las tres categorías de filtros, en función de potencias, materiales o dimensiones de las bocas de entrada y salida.
Desde una perspectiva general, el funcionamiento está basado en el efecto de fricción molecular y, en consecuencia, en el calentamiento que provocan las microondas en los materiales que presentan en su interior una polaridad en sus moléculas. Por ejemplo, todos aquellos materiales que contengan agua. En realidad, cuando los materiales destacan por unas características más polares tienen una mayor capacidad para absorber energía de microondas, mientras que los materiales apolares suelen ser incluso inocuos o transparentes o de baja absorción a esta energía.
Las dimensiones de los difusores y la potencia de los magnetrones son parámetros de diseño fundamentales para asegurar que toda el agua de los materiales tratados reciba equitativamente distribuida toda la energía necesaria a un ritmo de trabajo aceptable para el proceso de producción. Asimismo, la incorporación combinada de otro sistema complementario como es el aire forzado con gradientes térmicos ajustados al nivel de rango de temperaturas que permita el proceso - con regulación entre 20° y 600°C -, sustituyen y evitan el uso de combustibles fósiles y la emisión de CO2 proveniente de la combustión, facilitando la calidad del producto resultante.
Otro factor importante para el diseño del equipo es la variable de la potencia, pues la potencia de microondas aportada condiciona el coste económico de la instalación. Si una instalación aumenta su capacidad de forma lineal, su precio aumenta en modo exponencial. Por lo que se debe establecer un límite de potencia de la instalación que haga la instalación rentable. Teniendo en cuenta que los magnetrones de gran potencia son mucho más caros, es preferible la utilización de magnetrones de pequeña o media potencia, ya no solo por razones económicas sino también de obtener un proceso más prolongado y uniforme.
Finalmente, la cámara o cerramiento a modo de chasis cerrado, está formada por un grupo o conjunto de difusores donde se intercambia la energía con los materiales absorbentes. Como conclusión de todo lo expuesto, podemos describir de una manera operativa y funcional la disposición de medios técnicos que componen el equipo de la invención y que puede interpretarse con la Figura.1 : Una cinta de transporte de pasaje de piezas (1), que transcurre por una etapa de filtros de atenuación de entrada y salida (2) y una cámara de cerramiento (7). Dichos filtros de atenuación (2) - modales o geométricos, mantas filtrantes, o conductos de agua, o todos ellos combinados entre sí - podrán ser variables en función de la potencia de microondas instalada en la cámara de cerramiento (7), altura libre, y geometría de la boca de entrada y salida de tales filtros. La cámara de cerramiento (7) es variable en sus dimensiones en función del ancho y espesor de las piezas a tratar (6), de la longitud y tiempo de exposición de esas piezas, y de la suma de la potencia de las fuentes MW de difusor instaladas.
En el interior de la cámara de cerramiento (7), se incorpora un mecanismo de extracción de aire húmedo (4), y un mecanismo de impulsión de aire seco (5). Este último permite introducir un volumen de aire variable regulable en temperatura desde el exterior, desde una temperatura ambiente hasta 600 °C en un régimen laminar o turbulento como convección forzada combinada con una o varias fuentes de microondas con difusor (3).
Esta fuente de microondas (3), con o sin difusor, se compone de magnetrón o emisor de microondas de 2,45 GHz con diferentes potencias de emisión que puede incorporar interior o exteriormente un isolauncher o atenuador de onda reflejada con aislador, y una brida preferentemente del tipo R26. Todos ellos pueden ser refrigerados por medio de aire y/o agua.
En el caso de utilización de un difusor puede incorporarse una guía del tipo WR340, para uniformizar las ondas electromagnéticas en el interior de la cámara de cerramiento (7).
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