MX2013006097A - Dispositivo para separar materiales compuestos. - Google Patents

Abstract

Se describe un nuevo dispositivo (10) para separar materiales compuestos con un rotor cilíndrico (17) el cual el cual presenta un eje de giro vertical impulsado por un motor y primeras herramientas de impacto (30) en forma de molduras distribuidas uniformemente alrededor de la periferia y que sobresalen paralelamente al eje de giro vertical del rotor, y un estator cilíndrico (12) que rodea al rotor, entre el rotor y el estator se forma un espacio anular (32). Un canal de alimentación de aire (15) desemboca en la zona superior de la región anular (32) y un canal de expulsión de aire (38) se extiende desde la zona inferior de la región anular hacia afuera. Además las paredes cilíndricas del estator (12) presentan segundas herramientas de impacto (31) en forma de molduras que sobresalen radialmente hacia adentro, distribuidas uniformemente sobre la periferia.

Description

DISPOSITIVO PARA SEPARAR MATERIALES COMPUESTOS CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención se refiere a un dispositivo para separar materiales compuestos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los materiales compuestos y sus mezclas muy frecuentemente se utilizan por ejemplo como empaques o como componentes en la construcción y en la mecánica. Para ello se combinan las propiedades físicas de diferentes materias primas y materiales, para obtener las funciones mecánicas deseadas. Otra razón del uso creciente de materiales compuestos es que estos se producen con un reducido gasto de material y de energía y con esto se protegen los recursos.

Diferentes ejemplos de esos materiales compuestos se describen con la ayuda de las siguientes figuras 1 a 3.

Esos materiales compuestos presentan grandes problemas para su deposición ya que es casi imposible una separación precisa de los materiales individuales. Los materiales compuestos en raros casos se procesan mediante procesos térmicos o químicos húmedos. Estos procesos en la mayoría de los casos no son muy eficientes y contaminan el ambiente de una forma considerable. Además se obtiene materiales reciclados de una calidad insuficiente. Otra posibilidad consiste en triturar los materiales compuestos y realizar una separación mecánica de los materiales.

Por ejemplo por el documento WO-A-2006/117065 se conoce un dispositivo para tratar elementos compuestos, en el cual el material compuesto se tritura hasta un tamaño de grano de 5 a 50 mm y las partículas trituradas se conducen en un canal de conducción de un dispositivo desintegrador. El dispositivo consiste de un rotor giratorio con herramientas en forma de molduras, que están colocados en el estator cilindrico. Una corriente de aire se conduce desde abajo hacia arriba en la dirección contraria en el espacio anular entre el rotor y el estator, para descargar el polvo a través del tubo de eliminación de polvo colocado arriba. Al desintegrar las partículas, estas al impactar sobre las herramientas en forma de cordones son trituradas adicionales como se describe más detalladamente en la figura 13. La corriente de aire por un lado es necesaria para mantener las partículas un periodo suficientemente prolongado en el espacio anular y por otro lado para conducir el polvo formado hacia arriba.

Mediante la corriente de aire de abajo hacia arriba las articulas desintegradas permanecen en el espacio anular durante más tiempo del necesario para la separación. Las partículas más ligeras' y más pesadas por lo tanto tienen también un tiempo de permanencia casi igual en esa zona anular. Además existe el peligro de gue las partículas más ligeras son succionadas hacia arriba con la corriente de aire, lo que conduce a complicaciones adicionales.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN La presente invención se propone la tarea de presentar un dispositivo para separar materiales compuestos, que separan los componentes entre sí con una mayor precisión y sin formar polvo.

Esta tarea se resuelve mediante un dispositivo para separar materiales compuestos con las características de la reivindicación 1.

El dispositivo de acuerdo con la invención tiene la gran ventaja de que las partículas que se van a tratar durante el proceso de separación ya no se trituran o pulverizan y con esto se omite completamente la formación de polvo .

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS Otras ventajas de la invención se desprenden de las reivindicaciones de patente independientes y de la siguiente descripción en la cual la invención se describe detalladamente con la ayuda de un ejemplo de realización representado esquemáticamente en los dibujos: En la figura 1 muestra un material compuesto 1 formado por una capa delgada de aluminio de 20 a 40 pm insertada entre dos capas 3 de LDPE (polietileno de baja densidad) de 120 pm, que se utiliza como laminado para tubos.

La capa de aluminio sirve como capa de barrera contra la luz y evita la difusión de líquidos y gases.

La figura 2 muestra el patrón de una placa conductora 4 para circuitos electrónicos, que consiste de un compuesto de capas de cobre delgadas de 5 a 20 µp? y capas de epóxido con fibras de vidrio de 6 a 50 pm y mayores.

La figura 3 muestra un corte de una placa compuesta de aluminio 7, que consiste de dos capas de aluminio 8 de 200 a 500 µ y una capa intermedia 9 de HDPE (polietileno de alta densidad) de aproximadamente 2 a 4 mm.

También pueden utilizarse otros materiales sintéticos. Esas placas sándwich se utilizan en la construcción de fachadas o en la construcción de vehículos de motor.

La figura 4 muestra una representación en perspectiva de un dispositivo para separar materiales compuestos; La figura 5 muestra una vista de planta del dispositivo; La figura 6 muestra un corte transversal en discreción longitudinal a través del dispositivo; La figura 7 muestra un plano del dispositivo; La figura 8 muestra una representación esquemática de un material compuesto y las ondas de choque producidas en el mismo; La figura 9 muestra una vista de planta esquemática sobre una parte del rotor y una parte del estator; La figura 10 muestra una representación esquemática le dispositivo para hacer más clara su funcionamiento; La figura 11 muestra el rotor y el estator en representación en perspectiva; La figura 12 muestra el rotor en vista despiezada; La figura 13 muestra una representación detallada de la figura 12; y La figura 14 muestra un diagrama de flujo del procedimiento de separación.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA INVENCION En las figuras 4 a 7 se muestra un dispositivo 10 para separar materiales compuestos, que presenta un bastidor de máquina 11, que porta un estator cilindrico 12 y un receptor 13 para un motor de impulsión, no representado. Arriba en la tapa 14 del dispositivo 10 están provistos dos orificios para la entrada de aire 15 y un orificio para la entada de material 16. Como se muestra en la figura 6 se encuentra colocado un rotor 17 giratorio sobre un eje 18 en el estator 12. El eje 19 en aproximadamente dos tercios de la altura tiene un anillo de apoyo 19, en el cual se apoya el rotor 17. El rotor 17 está fijado sobre el eje 18 mediante un asiento a presión. Además están provistos dos cojinetes 21 y 22 en un buje 23 en el bastidor de la máquina 11, en el cual está dispuesto el eje 18 de forma giratoria. El eje 18 presenta en su extremo inferior 25 un cilindro de impulsión 26 con canales exteriores 27, para ser impulsado con el motor mediante una rueda dentada no mostrada.

En la figura 8 se representa una parte del rotor 17 y una parte del estator 12. El rotor 17 presenta en su periferia primeras herramientas 30 distribuidas regularmente, las cuales están formadas como molduras y tienen una altura de aproximadamente 10 a 15 mm. El estator 12 presenta igualmente en su periferia segundas herramientas 31 en forma de molduras colocadas regularmente en su periferia, que presentan una altura de aproximadamente 5 a 8 mm. Las segundas herramientas 31 están distribuidas sobre la periferia del estator 12 en una proporción de 2:1. Entre el estator 12 y el rotor 17 se ha formado un espacio anular 32 en el cual se encuentran las partículas de los materiales compuestos que se van a desintegrar. Se muestra con líneas sombreadas la trayectoria de vuelo 33 de una partícula de un material compuesto que se va a desintegrar. El rotor 17 gira en sentido contrario a las manecillas del reloj con respecto al estator 12.

En la figura 9 se muestra de forma puramente esquemática el estator 12, el rotor 17 y la trayectoria de vuelo 33 en forma helicoidal en el espacio anular 33. La flecha indica la alimentación de material de los materiales compuestos 16 que se van a desintegrar a través del orificio de alimentación de material 16 y la flecha 36 la alimentación de aire a través del orificio de entrada de aire 15 (ver figuras 4 a 7) . Mediante la alimentación de- materiales compuestos desde arriba el dispositivo 10 las partículas describen una trayectoria helicoidal 33 de arriba hacia abajo. La velocidad y la pendiente pueden regularse mediante la velocidad angular del rotor 17 y la entrada de aire. Después de la salida del material desintegrado este se transporta mediante una corriente de aire 37 a un canal 38. Allí el material desintegrado en fracciones se separa en los componentes individuales, de una manera conocida mediante tamices, separadores de lecho fluido, clasificadores y separadores corona.

En la práctica el rotor 17 se impulsa con una velocidad angular de por ejemplo 800 rpm. Las primeras herramientas en forma de molduras 30 pasan con una muy elevada velocidad sobre las segundas herramientas en forma de molduras 31 y en el momento del paso se presentan fuerzas muy elevadas sobre las partículas arrastradas. Mediante estas fuerzas las partículas se aceleran fuertemente durante un periodo corto y a continuación, cuando las primeras herramientas 30 se encuentran entre las segundas herramientas 31, se vuelven a frenar mediante la reducción repentina de las fuerzas. Este proceso se repita con una elevada frecuencia que' se determina mediante la distancia entre las primeras herramientas 30 y la distancia entre las segundas herramientas y la velocidad angular del rotor 17. Las fuerzas actúan ahora sobre las capas del material compuesto de forma diferente, de tal forma gue a lo largo de los límites entre los materiales se presenta un desgarre. Aquí se pueden observa las llamadas ondas de choque o ondas transversales en el material compuesto. Ya que la energía se amortigua de forma diversa debido a las diferentes propiedades del material como densidad, elasticidad y rigidez, los materiales se separan mediante las fuerzas de desgarre. Los materiales sintéticos tiene un efecto más bien absorbente y amortiguador de las oscilaciones y los metales tienen un efecto transmisor de las oscilaciones. En la figura 10 se representan estas ondas de choque 41 en una parte 40 de un material compuesto, el cual consiste de una capa de PE 42 y una capa de aluminio 43. Con las flechas 45 se muestran las fuerzas de empuje sobre las capas 42 y 43.

La construcción del dispositivo de acuerdo con la invención con la corriente de aire de arriba hacia abajo produce que el tiempo de permanencia en el espacio anular 33 de las partículas pesadas sea esencialmente corto que el de las. partículas más ligeras. Por ejemplo las partículas pesadas que consisten de partes de aluminio o cables de cobre, atraviesas de forma espiral aproximadamente 100 veces el espacio anular 33, mientras que las partículas ligeras que provienen de placas conductoras o similares, dan aproximadamente 200 vueltas espirales en el espacio anular 33. Con esto pueden separarse esencialmente mejor los diferentes componentes de la llamada chatarra eléctrica.

Para preparar los materiales compuestos que se van a separar estos se trituran antes de que sean introducidos en el dispositivo 10. Por lo regular el material se tritura a un tamaño de 5 a 50 mm. Este tamaño depende del material compuesto en cuestión. Si las capas son relativamente delgadas como en un laminado de tubos (<20 µp?) y las fuerzas de adhesión grandes, entonces el material compuesto se tritura en el dispositivo 10 a un tamaño de 5 a 8 mm. Los materiales compuestos con una capa relativamente gruesa (>200 µ??) como aluminio y bajas fuerzas de adhesión puede realizarse una trituración a de 40 a 50 mm. La alimentación en el dispositivo 10 se realiza de manera continua y dosificable .

El rotor 17 tiene un diámetro de 1200 a 2400 mm, en la versión estándar 2000 mm. El diámetro del estator 12 es de entre 1250 y 2450 mm, normalmente de 2050 mm. La altura constructiva del rotor 17 es de entre 375 y 625 mm, normalmente de 500 mm. Las herramientas primera y segunda 30 y 31 por lo regular se encuentran en 3 a 5 planos verticales uno sobre el otro, normalmente se proveen 4 planos. El número total de las primeras herramientas 30 del rotor 17 se encuentra entre 50 y 150, normalmente 96. La distancia entre las primeras herramientas 30 del rotor 17 y las segundas herramientas 1 del estator puede ajustarse entre 0.5 y 25 mm.

La figura 11 es una representación en perspectiva del estator 12 y del rotor 17 con las primeras herramientas 30 en forma de molduras y las segundas herramientas 21 en forma de molduras. Como se observa las segundas herramientas en forma de molduras 31 están formadas como secciones de pared sostenidas por el anillo estator 12, que en el lado interior presentan una muestra de dientes de sierra con protuberancias dentadas 51. En este caso existe una proporción de 1:8 entre las primeras herramientas 30 y las protuberancias 51 sobre, la periferia del rotor 17. En este caso no se provee eje sino un buje 42, el cual está fijado al cilindro exterior 54 mediante rayos 53. La proporción entre las herramientas primera y segunda 30 y 31 se encuentra preferentemente entre 1:2 y 1.8.

La figura 12 muestra el roto 17 en vista despiezada, en la figura 13 se muestra una vista detallada. En el cilindro exterior 54 se encuentran atornillados fijamente los elementos de pared 44 con rieles guia sujetados entre ellos. Los rieles guía 56 presentan una ranura en forma de cola de milano 57. con cantos sobresalientes 58, que se introducen en una ranura 59 de los elementos de pared 55. En los rieles guía 56 ahora se introducen cuatro primeras herramientas 30, que en un canto longitudinal 58 presentan un perfil 60 en forma de cola de milano. Arriba en el cilindro exterior 54 se encuentra atornillada una brida superior 62 y abajo una brida inferior 63, de tal forma que las primeras herramientas 30 se fijan en la dirección axial. El rotor 17 además está protegido por una tapa superior 14 y por una cubierta inferior 65 contra la penetración de los materiales separados. Pueden proveerse primeras herramientas 30 con una mayor anchura, para reducir la distancia entre las primeras herramientas 30 y las segundas herramientas 31 según sea necesario. El intercambio de las primeras herramientas 31 es especialmente sencillo gracias a la conformación de los rieles guia 56.

En la figura 14 se representa de forma más precisa en un diagrama de flujo el curso exacto de la separación de los materiales compuestos como circuitos electrónicos. Los materiales compuestos que se van a separar y que se muestran con la flecha 71, primero con una cizalla o un separador grueso 72 se liberan de las impurezas 73 y las primeras fracciones de hierro 74. Después se realiza una trituración previa 75 en la cual se eliminan los primeros plásticos 76 y las segundas fracciones de hierro 77. A continuación se presenta una segunda trituración 78, con la cual se desintegran los segundos plásticos 79 y las terceras fracciones de hierro 80. En un fraccionador 81 el cual forma el dispositivo 10, y un separador corona y eventualmente un tamiz 82 sé separan ahora los residuos 83, los metales preciosos y el cobre 84 y los minerales 85. En un segundo tamiz 86 y en un primer separador de lecho fluido 87 se eliminan entonces los otros residuos 88. Finalmente a través de un segundo separador de lecho fluido 89 se obtienen aluminio 90 y cobre 91.

Claims (6)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiéndose descrito la presente invención como antecede, se considera como una novedad y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES

1. Un dispositivo (10) para separar materiales compuestos con un rotor cilindrico (17) el cual el cual presenta un eje de giro vertical impulsado por un motor y primeras herramientas de impacto (30) en forma de molduras distribuidas uniformemente alrededor de la periferia y que¦ sobresalen paralelamente al eje de giro vertical del rotor, y un estator cilindrico (12) que rodea al rotor, entre el rotor y el estator se forma un espacio anular (32), con un orificio de alimentación de material (16), un canal de alimentación de aire que desemboca en el espacio anular (15) y un canal de expulsión de aire (38) que sale del espacio anular, caracterizado porque el canal de alimentación de aire (15) desemboca en la región superior del espacio anular (32) y el canal de expulsión de aire (38) se extiende hacia afuera desde la región inferior del espacio anular, y porque las paredes cilindricas del estator (12) presenta segundas herramientas de impacto (31) en forma de molduras que sobresalen radialmente hacia adentro distribuidas uniformemente sobre la periferia.

2. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque las primeras herramientas de impacto (30) se encuentran distribuidas en una relación de 1:2 a 1:8 con respecto a las segundas herramientas de impacto (31) sobre la periferia del rotor (17) o del estator (12) .

3. El dispositivo de conformidad con la reivindicación 1 o la 2, caracterizado porque la anchura de las primeras herramientas de impacto (30) es del doble al triple de la anchura de las segundas herramientas de impacto (31) .

4. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la distancia entre las herramientas primera y segunda asciende a entre 2 y- 10 mm, en especial entre 5 y 8 mm.

5. El dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las primeras herramientas de impacto (31) presentan un perfil en forma de cola de milano y las herramientas de percusión (31) están sujetadas en una ranura (57) de un riel guia (56).

6. Un procedimiento para separar materiales compuestos con un dispositivo de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las partes del material compuesto se trituran en pequeñas fracciones, las fracciones se introducen en el espacio anular (32) entre el rotor y el estator, y las fracciones mediante los campos de presión que se presentan entre las primeras herramientas (30) del, rotor giratorio (17) y las segundas herramientas (31) del estator (12), están sometidas a fuertes fuerzas breves, con lo cual se separan entre si las capas del material compuesto mediante las fuerzas de desgarre, y en el dispositivo se introduce aire a presión desde arriba, mediante el cual se controla el tiempo de permanencia de las fracciones en el espacio anular (32) .