MECANISMO MULTIPLICADOR DE PRESIóN

MEMORIA DESCRIPTIVA

CAMPO DEL INVENTO

El presente invento se refiere a un par de cámaras, que trabajan con fluido, con un mecanismo en su interior que tiene Ia característica de aumentar Ia presión. Se pueden montar en serie de modo que es posible multiplicar Ia presión hasta niveles altísimos, sin tener como limitante Ia tensión del material con que se construye, de manera que se puede someter a altísima presión, cualquier muestra o piezas que se desee observar o modificar en alguna de sus propiedades.

DESCRIPCIóN DEL ESTADO DE LA TéCNICA

Existe Ia técnica de "diamond anvil cell" donde se usa Ia altísima presión a nivel experimental, por que las condiciones generadas de altísimas presiones, alcanza a un volumen pequeñísimo, por que se logra almacenando Ia muestra entre dos diamantes, uno por arriba y otro por abajo, rodeada por una lámina. Se usa experimentalmente, en estudiar superconductores, semiconductores y variadas características que presentan diversos materiales en condiciones extremas de presión; se usa en simular condiciones de presión que tendría diferentes materiales al interior de Ia tierra, en Ia elaboración de polvo de diamante, etc.

También podemos citar las técnicas de fabricación de piezas sinterizadas. El material para constituir Ia pieza esta molido, pueden tener distintas composiciones que se mezclan, después se ponen en elementos que sirven de moldes y se hace presión, estando toda Ia pieza en un molde. Tiene el inconveniente que las piezas de acero quedan porosas, no quedan resistentes por que tiene Ia seria limitante de Ia presión. Se usa en materiales polímeros para fabricar piezas que no quedan sometidas a mayores esfuerzos de tracción.

BREVE DESCRIPCIóN DE LA INVENCIóN

Mecanismo multiplicador de presión, que montado en serie; uno dentro de otro, permite obtener cualquier presión sin estar limitada por el material que se construyen las cámaras ni del tamaño de Ia muestra para alcanzar Ia presión que se desee.

Dada una presión P1 , que se puede lograr con una bomba, el sistema genera condiciones para que en el ambiente que esta Ia presión P1 , con un nuevo "motor" y "bomba", se logre presiones P2, más alta que P1 , y se aloje en una nueva cámara 2, que esta al interior de Ia cámara 1. Luego, con un nuevo mecanismo, aumentar Ia presión a P3, luego a P4 y así sucesivamente.

Se puede usar Ia presión para Ia fabricación de piezas de material sinterizado a altísimas presiones; fabricación de piezas con nuevos materiales como el diamante sintético; fabricación de material para fármacos, hidrolavadora usando Ia nueva técnica para elevar presión, etc.

DESCRIPCIóN DETALLADA DE LA INVENCIóN

El mecanismo multiplicador de presión funciona visto desde afuera, como un dispositivo, que Ie esta ingresando un caudal de fluido a determinada presión y entrega un porción del caudal de fluido presión menor y con Ia energía que libera esta porción, sirve para que Ia otra porción del caudal de fluido obtenga una presión mayor.

El mecanismo multiplicador de presión tiene dos cámaras, una dentro de otra y un sistema constituido por dos cilindros con sus respectivos pistones o émbolos que funcionan simultáneamente. Primero se hará una descripción de los cilindros y émbolos. Después se vera como se montan un mecanismo multiplicador de presión con otro y este a su vez con otro y así sucesivamente, finalmente se ven algunas variantes del mecanismo.

Imaginemos que tenemos un cilindro con su respectivo pistón. Son dos piezas: una es el pistón o émbolo y Ia otra es el cilindro que es cerrado en un extremo. Tenemos otro cilindro, cerrado en un extremo

y se Io unimos al pistón, mediante una barra de modo que quede el pistón en un extremo y un cilindro en el otro extremo. Tenemos otro pistón y se Io unimos mediante una barra al otro cilindro. En resumen tenemos dos piezas sólidas, cada una de las cuales tiene un cilindro en un extremo y un pistón en el otro. Le llamaremos cilindro-pistón o pistón-cilindro y se montan cada pistón al interior de su respectivo cilindro; de modo que no es posible que trabajen independientes un pistón del otro. Para montarlos, al menos un cilindro-pistón, se debe construir de dos piezas que van montadas sólidamente. No se mueve una parte con respecto a Ia otra, formando un cilindro-pistón como una pieza sólida. Alternativamente puede ser que constituyan una pieza los dos cilindros y otra los dos pistones, de modo que cuando trabaje un pistón dentro de un cilindro, simultáneamente trabajan el otro pistón con el otro cilindro.

Los cilindro-pistones van el interior de Ia cámara exterior, pero al exterior de Ia cámara interior. Ambos cilindros tienen dos cañerías flexibles: una que trae el líquido al cilindro y otra donde sale el líquido del cilindro. Un cilindro hace de bomba por que trae líquido a presión Pa y eleva Ia presión a Pb, mayor que Pa y Io deja en Ia cámara interior. El otro cilindro hace de motor por que baja Ia presión de Pa hasta Pm y Io deja afuera de Ia cámara exterior, Io que permite que suba Ia presión en Ia bomba. Le empezamos a introducir líquido a presión Pa, con una bomba cualquiera que esta afuera de las cámaras. Al principio Ia presión en el mecanismo es nula, por Io que no funciona el mecanismo hasta que Ia presión dentro de Ia cámara exterior sea al menos igual a Pa. Una vez que se alcanza Pa, actúa Ia válvula VIM de ingreso de líquido al motor. La válvula VIM puede ir adosada a Ia pared de Ia cámara o bien a alguno de los cilindros, en este último caso debe ir conectada con Ia barra del captor de diferencial de presión CDP, de modo que Ie transmita Ia deformación de Ia cámara. U otro mecanismo que trasmita Ia diferencia de presión. Simultáneamente empieza a trabajar el cilindro bomba. Se empieza a

llenar de líquido de Ia propia cámara a través de una válvula de retención simple VR. Cuando termina Ia carrera de expansión, se cierra Ia válvula VIM y se abre Ia válvula de evacuación del motor, VEM, por un mecanismo que Ia activa cuando llega al tope del cilindro. Se libera el líquido que tiene el cilindro motor hacia el exterior de Ia cámara externa y simultáneamente empieza a descargar el cilindro bomba a través de otra válvula de retención VR, a Ia cámara que esta al interior, cámara 2, a una presión mayor a Pa. Una vez que termina Ia carrera de evacuación, se cierra Ia válvula VEM por el mecanismo que indica otro tope. La cámara 1 habrá bajado Ia presión levemente, porque Ia bomba hizo un bombeo hacia Ia cámara interior o cámara 2 y el motor evacuó hacia el exterior de Ia cámara exterior o cámara 1 , por Io tanto primero se tendrá que recuperar Ia presión Pa en Ia cámara 1 , para seguir con otro bombeo a Ia cámara 2. Habrá tantos bombeos a Ia cámara 2 hasta que llegue a presión Pb.

Un aspecto que hay que tener en cuenta es que las cámaras son compresibles; es decir, cambia su volumen con el líquido a presión. También es compresible el líquido, porque cambia su volumen específico con Ia presión. Esta es una característica deseable y necesaria de Ia cámara y el líquido, porque no puede funcionar el mecanismo multiplicador presión, adentro de las cámaras, si no son compresibles. Una alternativa es que se simule que el líquido es compresible introduciendo al liquido dentro de Ia cámara 1 una esfera de goma que estará inflada con un gas, que si será compresible en el rango de presiones que esté trabajando.

Una característica del motor es que a diferencia de todos los motores habituales, hace trabajo en Ia bomba, cuando se contrae el cilindro motor. Esto es así porque en estricto rigor el cilindro motor entrega su energía al fluido de Ia cámara cuando esta llenando y después del fluido de Ia cámara pasa al cilindro bomba, cuando este es evacuado a mayor presión a Ia cámara siguiente y el cilindro motor evacúa al exterior del cilindro 1. Otro aspecto que llama Ia atención es que el mecanismo no tiene cigüeñal ni bielas ni eje. No hace momento de torsión por Io que no

necesita estar sujeto a una base, como es habitual en motores y bombas. Se mantiene suspendido en el líquido al interior de las cámaras por las cañerías flexibles.

La cámara 2, tiene una válvula de retención simple VR, de manera que Ie entra líquido pero no puede salir y tiene una válvula de descarga o de seguridad VDS ₁ de modo que si Ia presión dentro de Ia cámara, supera un valor de presión relativa, preestablecido, deja escapar líquido hacia Ia cámara anterior. Si, en vez de tener una cámara 2 vacía, Ie ponemos un mecanismo multiplicador de presión usando Ia cámara 2 como cámara 1 del nuevo mecanismo multiplicador de presión mas pequeño, quedaría un sistema con tres cámaras y si Ie ponemos otro mecanismo multiplicador de presión mas interno y así sucesivamente hasta que quedan N mecanismos montados en serie, de modo que es posible multiplicar Ia presión hasta valores que sobrepasen Ia resistencia de cualquier material.

VARIANTES En vez de que sean émbolos y pistones pueden ser fuelles o bien un motor hidráulico por ejemplo de engranajes, conectado con una bomba hidráulica por ejemplo de paletas, que funcionan a relativamente baja presión. Otra variante del sistema es que Ia operación del mecanismo puede ser con líquido o gas o ambos. Puede ser que este trabajando con un gas, vapor de agua a 100 ⁰ C por ejemplo, y al hacer Ia operación una porción va a aumentar Ia presión y parte del vapor se condensa dentro del cilindro cuando sube Ia presión. Para ir separando el gas del líquido tiene un válvula de despiche por donde sale el líquido.

EQUIPAMIENTO

Válvula de ingreso al motor VIM: Esta válvula actúa al ingreso del líquido que alimenta el mecanismo desde el exterior de las cámaras y Io descarga en Ia cámara fuera del cilindro, si Ia presión es inferior a

un valor preestablecido o al interior del cilindro motor si Ia presión es igual o mayor al valor preestablecido. Esta válvula actúa por un captor de Ia diferencia de presión CDP entre Ia cámara y exterior y esta ajustada para que se derive el líquido al motor si alcanza el valor preestablecido.

Captor de diferencial de presión CDP: Este captor funciona con Ia deformación que sufre las paredes de Ia cámara al recibir presión. A mayor presión, mayor deformación. Este captor consiste básicamente en una barra larga que esta al interior de Ia cámara, con un extremo fijo a Ia cámara y el otro libre. Por diferencia de presión entre Ia cámara y el exterior, Ia cámara se deforma desplazándose el extremo libre; accionando Ia válvula VIM, que va fija al borde de Ia cámara del motor. Válvula de egreso del motor VEM: Esta válvula permite Ia descarga del cilindro motor. Cuando el émbolo llega a su máximo; un tope, se activa Ia válvula permitiendo Ia descarga hacia el exterior de Ia cámara. Cuando llega a un mínimo; otro tope, se cierra Ia válvula y permite nuevamente el llenado. Válvula de descarga o de seguridad VDS: Esta válvula se activa solo si actúa el captor de diferencia de presión entre las cámaras y Ia cámara anterior, alcanza a deformar Ia cámara Io suficiente. Una barra delgada se aloja al interior de Ia cámara de modo que tiene un extremo fijo a Ia cámara y el otro opera una válvula de retención, fija a Ia cámara, solo si Ia deformación de Ia cámara es Io suficientemente alta.

Válvula de retención simple VR: Es una válvula que hace pasar líquido solo en un sentido. En el ingreso de líquido a Ia bomba, en Ia descarga de Ia bomba y al ingreso de Ia cámara va una válvula de retención simple VR. Es para que nunca permita que haya más presión en una cámara que esta más el exterior

Cilindro-pistones: Dos émbolos y dos cilindros, unidos rígidamente, de manera que cuando se mueve un émbolo en su cilindro, se tiene que mover el otro émbolo en su cilindro. Va un mecanismo entre las dos cámaras. Válvula de retención simple VRS y válvula de descarga o de seguridad

VDS: Van montadas en Ia cámara interior. La VRS es para que Ie entre líquido y Ia VDS es para que no se sobrepase Ia presión. Barra del exterior de cilindro: Es una barra que va montada fija a un cilindro y activa o desactivan las válvulas de egreso del motor VEM, que va fija en el otro cilindro.