MX2011006089A - Valvula de control de flujo aseptico con cierre de valvula de diametro externo. - Google Patents

Abstract

Una válvula de diafragma aséptica en la cual el asiento de la válvula (37) se forma a través de una ranura que incluye una superficie cóncava de encaje que se coloca a lo largo de un diámetro externo de un extremo superior de un tubo de entrada (32), y una parte del miembro de la válvula elástica (41) que es anular en extensión con una superficie convexa que se mueve dentro de la ranura para hacer contacto con la superficie cóncava (37) alrededor del diámetro externo del tubo de entrada (32) para cerrar la válvula. La parte del miembro de la válvula (41) tiene al menos un recubrimiento de politetrafluoroetileno (47) o material equivalente.

Description

VÁLVULA DE CONTROL DE FLUJO ASÉPTICO CON CIERRE DE VÁLVULA DE DIÁMETRO EXTERNO Campo de la Invención La presente invención se refiere a válvulas de diafragma utilizadas para aplicaciones sanitarias y farmacéuticas en las cuales las corrientes de fluido contienen microorganismos que deben ser transportados sin daño por la operación de los cierres de la válvula. 0 Antecedentes de la Invención Actualmente existe la necesidad en las industrias de bioprocesamientos y farmacéuticas, de una válvula de control aséptica que proporcione tanto el desempeño de flujo caracterizado de una válvula de control, como las características de diseño y requerimientos de desempeño que requiere el manejo de corrientes de flujo estéril biológico.

Los requerimientos de materiales, configuraciones, limpieza y desempeño de las válvulas asépticas se proporcionan en el estándar ASME BEP-2005.

Normalmente, todas las válvulas de control que proporcionan control caracterizado, lo hacen utilizando una función de medición inherente a su diseño individual. Esta función de medición o control normalmente es definida a través de uno de los siguientes tipos de válvula: a) un tapón formado que se mueve en una forma axialmente lineal dentro de un orificio redondo o anillo de asiento; b) una jaula con una abertura perfilada con un pistón de movimiento axialmente lineal dentro de la jaula; o c) un asiento de estilo de abertura rápida de abierto/cerrado simple, con frecuencia caracterizado por una carrera muy corta.

En cada uno de estos ejemplos, la forma es tal que el flujo pasa entre el tapón/pistón, y el asiento/jaula, y conforme se ajusta la carrera de la válvula (recorrido), se intenta un patrón de flujo caracterizado. Los mercados de la asepsia y farmacéuticos tienen algunos requerimientos únicos. Estas necesidades incluyen superficies inertes, geometrías sin barrido de cero y la capacidad de crear un ambiente que pueda asegurar la supervivencia de posibles microorganismos dentro de la corriente de flujo. Para proporcionar compatibilidad en la corriente de fluido, normalmente las superficies internas son elaboradas de acero inoxidable 316/316L y son sujetadas a superficies terminadas muy finas. Para soportar los estrictos requerimientos de un ambiente limpio y estéril, no debe haber esquinas, grietas, costuras o huecos que puedan permitir que se acumule material de la corriente de fluido, y finalmente, contaminar la corriente de flujo. La terminación muy fina de la superficie, también se agrega al atributo de limpieza.

Y finalmente, existe la necesidad de que sobrevivan los microorganismos en la corriente de flujo, a la interacción con la válvula de control. Puede ocurrir la interacción más perjudicial cuando el tapón/pistón encaja con el asiento/jaula en los tipos de válvula a) y b) anteriores. Aunque esto es absolutamente necesario para el control de fluidos, no es bueno para los microbios que están en la corriente. Normalmente, ambos de estos componentes son elaborados de metal y cuando se cierran, deteniendo de esta forma el flujo, el contacto metal a metal literalmente triturará los microbios en la corriente, un surgimiento claramente indeseable. Las limitaciones de diseño de los tipos de válvula a) y b) anteriores, no les permite cumplir con los estándares en los mercados de bioprocesamiento y farmacéuticos. Estos diseños no cumplen con las necesidades, pero pueden proporcionar un buen control de la corriente de fluido.

Mientras que los diseños de válvula tipo "c" cumplen con las necesidades de diseño/adaptabilidad de dichos mercados, es muy deficiente su capacidad para desempeñarse como una válvula de control. Estos tipos de recortes, normalmente son referidos como recortes de "abertura rápida".

Su longitud de recorrido es muy corta, y debido a las formas sin contorno y a la carencia de interacción entre el asiento y el tapón, es mínimo su uso como una válvula de control con capacidad. Para que un proceso sea válido, ya sea en la industria biológica, farmacéutica, química, nuclear o cualquier otra, las válvulas que controlan estos procesos, sin excepción, deben proporcionar un flujo predecible. Además, entre más caracterizado es el flujo, es más adecuado para un control de proceso óptimo.

El problema técnico a resolver, es la necesidad de una válvula de control que cumpla con las necesidades de diseño y adaptabilidad para la limpieza, inactividad y capacidad de supervivencia de los microbios que se encuentran en la corriente de flujo, proporcionando al mismo tiempo un control de flujo que cumpla con las necesidades de la práctica del control de procesos aceptable, notable y proporcione una válvula que produzca una característica que soporte estas necesidades de control. Se considera que no hay productos de válvula actuales que satisfagan estas necesidades.

Breve Descripción de la Invención La válvula de la presente invención, proporciona un desempeño de control de flujo caracterizado superior, cumpliendo al mismo tiempo con los estándares de ASME BPE-2005 para válvulas asépticas.

La presente invención está incorporada en una válvula de diafragma la cual se forma un asiento de la válvula a través de una ranura que incluye una superficie de encaje cóncava que se localiza alrededor de un diámetro externo de una parte tubular de un cuerpo de válvula, y una parte de miembro de válvula elástico de diafragma flexible que es anular en extensión con una superficie convexa que se mueve dentro de la ranura, para hacer contacto con la superficie cóncava alrededor de un diámetro externo de la parte tubular del cuerpo de la válvula para cerrar la misma.

La válvula proporciona un contacto suave, con elasticidad para abrir y cerrar entre el miembro de la válvula y el asiento de la válvula, el cual no destruye los microorganismos en la corriente de flujo.

En un aspecto adicional de la presente invención, el miembro de la válvula anular es un material elastomérico recubierto con Teflon® o un equivalente que cumplirá con los requerimientos ASME BPE-2005 o está elaborado completamente de Teflon® o un material similar.

La válvula también tiene un accionador de válvula que puede ser neumático, hidráulico o eléctrico.

En un aspecto adicional de la presente invención, el asiento de la válvula tiene una parte de surgimiento que tiene un ángulo de 11 a 12 grados desde un plano definido por el extremo superior de la parte tubular que se extiende alrededor de la válvula, abriendo el miembro de la válvula que tiene una parte complementaria con un ángulo de 11 a 12 grados desde una parte perpendicular hasta una parte plana, central del diafragma, de modo que la pared lateral del miembro de la válvula se adapte en forma a la pared lateral en la ranura.

En un aspecto adicional de la presente invención, para un tamaño de válvula nominal de ½ pulgada (1.27 cm.); la dimensión del ancho de la sección transversal de las superficies de la válvula coincidentes está dentro de un rango de 0.40 a 0.50 pulgadas (1.016 cm a 1.27 cm).

Otros aspectos de la presente invención, además de los descritos anteriormente, podrán ser apreciados por los expertos en la técnica a partir de la descripción de las modalidades preferidas que se encuentran a continuación. En la descripción, se hace referencia a los dibujos adjuntos, los cuales forman una parte de la misma, y los cuales ilustran los ejemplos de la presente invención.

Breve Descripción de las Figuras La figura 1, es una vista esquemática de un tipo de válvula en la técnica anterior; La figura 2, es una vista esquemática de otro tipo de válvula en la técnica anterior; La figura 3, es una vista seccional de un ensamble de la válvula de la presente invención; Las figuras 4 y 5, son vistas en perspectiva de partes tomadas del ensamble de la figura 3; La figura 6, es una vista superior en planta de un miembro de la válvula de diafragma; La figura 7, es una vista de extremo del miembro de la válvula de diafragma de la figura 6; La figura 8, es una vista de sección transversal tomada en el plano indicado por la línea 8-8 en la figura 6; y La figura 9, es una gráfica del porcentaje de flujo versus porcentaje de recorrido de un miembro de la válvula.

Descripción Detallada de la Invención La figura 1, es un esquema de un diseño de válvula tipo "a" 10 de la técnica anterior, que tiene un tapón 11 que se inserta en un asiento de la válvula 12. El asiento de la válvula 12 se forma en un cuerpo 13, en donde un canal de entrada 14 se comunica con un canal de salida 15. Para facilitar las tolerancias de fabricación muy ajustadas requeridas para producir esta forma de control, ambas partes, 11, 12, son elaboradas de metal. El tapón 12 tiene una forma muy específica y un perfil 16 que produce el flujo "caracterizado" altamente deseable el cual es deseable desde una perspectiva de control.

El diafragma hace contacto con las partes suaves de una formación tubular corta. La forma de las protuberancias no se adapta a la forma del asiento de la válvula.

Las terminaciones son tan importantes para el diseño de una válvula aséptica aceptable, como los requerimientos de dimensión. Tal como se describió anteriormente, un diseño de metal a metal puede tener un efecto negativo en los microbios vivos que se encuentran en la corriente de fluido. También existe una variedad de aspectos de limpieza interna que no se cumplen con este diseño.

La figura 2, es representativa de un recorte de abertura rápida 20. Estos tipos de recortes 20 pueden cumplir con las necesidades de supervivencia, ya que el miembro movible de la válvula 21 es elaborado normalmente de Teflon® u otro tipo de politetrafluoroetileno (también "PTFE") o de un elastómero que se recubre con uno de estos materiales PTFE. Este material proporciona inactividad más una "suavidad" que promueve la supervivencia del microbio incluso cuando el miembro de la válvula 21 es cerrado contra un asiento de la válvula 22. Debido al material de miembro de la válvula, se puede cumplir con el estándar de limpieza. Sin embargo, el diseño aún carece de otras características requeridas por el mercado objetivo. Dichas válvulas son adecuadas para muchos propósitos. Sin embargo, esta configuración de la válvula no proporciona una característica adecuada de flujo incrementado en respuesta al recorrido del tronco de la válvula. Existen diseños que utilizan una combinación de recorte de "abertura rápida" y un diseño de diafragma. Estas válvulas, aunque cumplen con las necesidades del mercado aséptico, aún carecen de una característica de flujo adecuado.

La figura 3 ilustra una válvula aséptica 30 de la presente invención. La válvula 30 incluye un cuerpo de la válvula 31 que incluye una parte de entrada tubular 32 que tiene un pasaje de fluido colocado en forma central 33. El cuerpo de la válvula 31 también tiene una cámara de salida de fluido 34 que rodea la parte de entrada tubular 32 y separa la parte de entrada tubular 32 de una pared externa 35 del cuerpo de la válvula 31. La parte de entrada tubular 32 también tiene una abertura de válvula superior 36 que se comunica entre el pasaje de fluidos 33 y la cámara de salida de fluidos 34, en donde se forma un asiento de la válvula 37 alrededor de la abertura de la válvula superior 36 y un aro pequeño 36a alrededor de la abertura de la válvula 36. El fluido fluye dentro del pasaje 33 y a través de la abertura de la válvula 36 hacia la cámara de salida de fluido 34, y desde ahí, fuera del vertidor de salida de fluido 38.

La abertura de la válvula 36 es abierta y cerrada por una parte central 41 de un miembro de diafragma 40, tal como se observa en la figura 8. La parte central 41 del diafragma 40 se conecta a través de una parte de bobina flexible 42 a una parte estacionaria de borde externo 43, que tiene forma de T en la sección transversal, y que queda atrapada y sujetada en una ranura cilindrica 39a (figuras 3, 5) en un aro superior 39 de la pared externa 35 del cuerpo de la válvula 31, a través de una parte de alojamiento superior 50. Se forma un asiento de válvula de ranura cóncava en un extremo de la extensión tubular y alrededor de su diámetro externo para la reflexión de una parte convexa del miembro de la válvula de diafragma. Tal como se aprecia en la figura 5, el cuerpo de la válvula 31 tiene una ranura circular 39b en su aro externo para recibir una proyección 50a en el aro de la parte de alojamiento superior 50 observada en la figura 3.

El material del diafragma 40 es un material de membrana aséptica que se forma o instala alrededor de un miembro de acoplamiento de válvula 46 (figura 3). El material del diafragma 40 es preferentemente un elastómero que tiene un recubrimiento 47 de Teflon® u otro tipo de material de politetrafluoroetileno ("PTFE") tal como se ilustra en la figura 3, o puede ser elaborado completamente de un material PTFE.

El miembro de acoplamiento de la válvula 46 tiene una conexión roscada a un tronco 44, el cual a su vez está conectado a un accionador de válvula 45. Los collares 46a y 46b (figura 3) ayudan a esta conexión y proporcionan un tope para el recorrido hacia arriba. Esta conexión al actuador de la válvula 45, proporciona el movimiento del miembro de la válvula 41 dentro del asiento de la válvula 37, para cerrar la válvula y para retractar el movimiento fuera del asiento de la válvula 37 para abrir la misma. El tronco de la válvula 44 se mueve en forma longitudinal hacia adelante para cerrar la válvula, y es retractado en forma longitudinal para abrir la misma. El actuador de la válvula 45 puede ser eléctrico, neumático o hidráulico.

Haciendo referencia nuevamente a la figura 5, el asiento de la válvula 37 se proporciona a través de una parte tubular 32 y a través de una ranura 37 formada alrededor de un diámetro externo de la parte tubular 32, de modo que el miembro de la válvula anular elástico 41 del material aséptico, contacta la superficie de la ranura 35 alrededor del diámetro externo de la parte tubular 32 del cuerpo de la válvula 31 para cerrar la misma, tal como se observa en la figura 3.

Se debe observar que el miembro de la válvula conforma 41 no es un tapón, sino una parte de un diafragma 40. Tal como se aprecia en las figuras 7 y 8, dicho diafragma proporciona un contorno convexo formado del miembro de la válvula 41 que es complementario a la forma cóncava del asiento de la válvula 37, que se forma en un diámetro externo, en un diámetro interno, lo cual es la práctica común. El miembro de la válvula 41 y el asiento de la válvula 37, tienen perfiles complementarios en la sección transversal. Al coincidir estos perfiles complejos, controlando el ángulo, la longitud de encaje y el diámetro del orificio de la válvula, se puede producir una característica de flujo deseada. El miembro de la válvula anular 41, forma una pared lateral (figura 8) orientada en once grados a doce grados desde la parte perpendicular hasta la parte plana central 41b del miembro de diafragma 41, para adaptarse a la pared lateral 37a en la ranura 37 observada en la figura 5, la cual tiene un ángulo complementario desde vertical, en un rango de once grados a doce grados, desde una parte perpendicular hasta una parte plana definida por el aro 36a de la abertura de la válvula superior 36. En la modalidad preferida, la superficie del encaje formado por la ranura 35 tiene una dimensión de ancho de la superficie de sección transversal dentro de un rango de 0.40 a 0.50 pulgadas (1.016 cm a 1.27 cm). Estas dimensiones son relativas al tamaño de la válvula y pueden variar para válvulas de diferentes tamaños.

Esta configuración evita tolerancias de maquinado excesivamente ajustadas. La forma del asiento, el grado de la superficie de contacto, y el ángulo elegido de la superficie de contacto, todos se combinan para determinar la característica de cambio de flujo, eliminando completamente la necesidad del tapón formado con tolerancia ajustada de la figura 1.

En la figura 9, se ilustra una característica de flujo deseable que produce este diseño, lo cual es una gráfica del porcentaje de volumen de flujo versus el porcentaje de recorrido del tronco de la válvula. Esta gráfica muestra un flujo parabólico versus característica de recorrido en la parte inferior de la curva, en donde el flujo es bajo y al usuario se le proporciona un control ultrafino de la corriente de flujo. Comenzando a partir de la posición cerrada (recorrido 0%)), conforme comienza el recorrido hacia arriba del tapón, se crea una trayectoria de flujo de laberinto muy delgada que hace lenta la corriente de flujo, induciendo en forma efectiva el flujo laminar. Conforme el miembro de la válvula 41 continúa el movimiento hacia arriba fuera del asiento 37, la trayectoria de flujo continúa ensanchándose permitiendo un volumen de flujo incrementado. Con base en la combinación compleja de forma y recorrido, el flujo inicial exhibe un inicio suave, muy lento (hasta el 30% de recorrido), posteriormente se eleva rápidamente conforme la válvula se abre e incrementa la necesidad de flujo. Durante este recorrido, se crea un punto en donde el flujo transita de laminar a de transición, posteriormente a un flujo turbulento. Además, estos puntos, transitan en forma muy suave sin cambios abruptos. Conforme la válvula se abre (incrementa el recorrido) la característica transita suavemente en una característica más lineal conforme la corriente de flujo alcanza el flujo turbulento total. Ambos de estos surgimientos son altamente deseables desde una perspectiva de control.

La presente invención se aparta de la técnica anterior, formando la superficie exterior del área de asiento en lugar de formar únicamente el tapón, para variar y finalmente, controlar el flujo. Desde una perspectiva de fabricación, la forma cóncava puede ser producida en una variedad de metales para aplicaciones industriales, aplicaciones sanitarias o moldearse en plástico o una combinación de elastómero/plástico para utilizarse en aplicaciones de válvulas asépticas. Si es metal o plástico, las tolerancias de maquinado ajustadas pueden evitarse, lo cual no es el caso con otros diseños de estilo de tapón.

Esta ha sido una descripción de una modalidad preferida, aunque los expertos en la técnica podrán apreciarse se pueden realizar variaciones en los detalles de estas modalidades específicas, sin apartarse del alcance y espíritu de la presente invención, y que dichas variaciones están proyectadas para estar comprendidas en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (13)

REIVINDICACIONES

1. Una válvula de diafragma para aplicaciones asépticas, en donde la válvula comprende: un actuador de válvula que incluye un tronco de válvula que se mueve en forma recíproca, esto es, se mueve en forma longitudinal para abrir y cerrar la válvula; un cuerpo de válvula que incluye una parte tubular que tiene un extremo superior que se extiende alrededor de una abertura de la válvula, en donde la parte tubular tiene un asiento de la válvula localizado en el extremo superior y alrededor de la abertura de la válvula; un diafragma que tiene una parte central conectada por una parte de bobina flexible a una parte estacionaria externa del diafragma, incluyendo la parte central un miembro de válvula anular de material membranoso elástico, y siendo conectada en forma operativa la parte central al actuador de la válvula para el movimiento del miembro de la válvula anular en el asiento de la válvula, para cerrar la válvula y para el movimiento del miembro de la válvula fuera del asiento de la válvula para abrir la misma; y en donde el asiento de la válvula es proporcionado por una ranura que se extiende a lo largo de un diámetro externo del extremo superior de la parte tubular, proporcionando la ranura una superficie cóncava; y en donde el miembro de la válvula anular forma una superficie convexa de forma complementaria a la superficie cóncava del asiento de la válvula; y en donde la superficie convexa se mueve dentro de la ranura para contactar la superficie cóncava alrededor del diámetro externo del extremo superior de la parte tubular del cuerpo de la válvula, cuando se cierra la misma.

2. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizada porque el diafragma forma un miembro de válvula con al menos un recubrimiento de material de politetrafluoroetileno en una superficie de contacto de la válvula. -

3. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizada porque la ranura alrededor de la ranura tiene una pared lateral orientada en un ángulo de once grados a doce grados desde una parte perpendicular hasta unaa parte plana definida por el extremo superior de la parte tubular que se extiende alrededor de la abertura de la válvula.

4. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 3, caracterizada porque el miembro de la válvula anular forma una pared lateral orientada en once grados a doce grados desde una parte perpendicular a una parte central del diafragma, de modo que la pared lateral del miembro de la válvula se adapta en forma, a la pared lateral en la ranura.

5. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 4, caracterizada porque la superficie cóncava formada por la ranura, tiene una dimensión de ancho de la superficie de sección transversal dentro del rango de 0.40 a 0.50 pulgadas (1.016 cm a 1.27 cm).

6. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizada porque la superficie cóncava formada por la ranura tiene una dimensión de ancho de la superficie de sección transversal dentro del rango de 0.40 a 0.50 pulgadas (1.016 cm a 1.27 cm) para una válvula con tamaño de ½ pulgada (1.27 cm.).

7. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 6, caracterizada porque el miembro de la válvula anular forma una pared lateral orientada en once grados a doce grados desde una parte perpendicular hasta una parte central del diafragma, de modo que la pared lateral del miembro de la válvula se adapta en forma a la pared lateral en la ranura.

8. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizada porque el actuador es un actuador neumático.

9. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizada porque el actuador es un actuador hidráulico.

10. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizada porque el actuador es un actuador eléctrico.

11. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizada porque la parte tubular está en una parte de entrada; en donde el cuerpo de la válvula también tiene una cámara de salida de fluidos que se comunica con la parte tubular y que separa la parte tubular de una pared externa del cuerpo de la válvula; y en donde la parte tubular también tiene la abertura de la válvula en comunicación entre el pasaje de fluido y una cámara de salida de fluido.

12. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizada porque la parte estacionaria externa del diafragma se mantiene en una ranura cilindrica en un aro superior de la pared externa del cuerpo de la válvula.

13. La válvula aséptica tal como se describe en la reivindicación 1, caracterizada porque la válvula proporciona una característica de flujo controlable que tiene un flujo mínimo de hasta el 30% del recorrido del miembro de la válvula, posteriormente incrementa hasta un punto en donde el flujo transita de laminar a flujo de transición, y posteriormente al flujo turbulento en una forma lineal sin cambios abruptos.