ES2216052T3 - Boquillas electrostaticas para liquidos abrasivos y conductores. - Google Patents

Abstract

TOBERAS PULVERIZADORAS DE CARGA POR INDUCCION Y ATOMIZACION POR AIRE ADECUADAS PARA LIQUIDOS, SOLUCIONES, SUSPENSIONES O EMULSIONES DE TIPO CONDUCTIVO. ESTOS SISTEMAS PRESENTAN UN ALTO NIVEL DE CARGA DE PULVERIZACION A UNA TENSION E INTENSIDAD DE ELECTRODO DE BAJA INDUCCION. ENTRE SUS PRINCIPALES VENTAJAS CABE CITAR SU FUNCIONAMIENTO COHERENTE Y FIABLE EN ENTORNOS RIGUROSOS AGRICOLAS E INDUSTRIALES CON UNA AMPLIA GAMA DE FORMULACIONES DE PULVERIZACION, ESPECIALMENTE LAS QUE TIENEN CONCENTRACIONES RELATIVAMENTE ALTAS DE MATERIALES ABRASIVOS Y CONDUCTIVOS. LAS SUPERFICIES EXTERIORES DEL CUERPO DE LA TOBERA (1), JUNTO A LAS CONEXIONES CON LAS PIEZAS DEL PULVERIZADOR PUESTAS A TIERRA, SE MANTIENEN FLOTANTES O EN UN POTENCIAL PROXIMO A TIERRA. LAS SUPERFICIES DE LA CUBIERTA (2) ADYACENTES AL ELECTRODO DE INDUCCION (18) SE MANTIENEN CERCA DEL POTENCIAL DEL ELECTRODO (18). ENTRE LAS PARTES DE ALTA Y BAJA TENSION DE LA TOBERA SE MANTIENE UNA VIA MUY RESISTIVA Y LA TENSION DEL ELECTRODO O EL NIVEL DE CARGA DE PULVERIZACION NO DISMINUYEN SIGNIFICATIVAMENTE YA QUE LAS SUPERFICIES DE LA TOBERA SE RECUBREN DE CHORRO PULVERIZADO O SE CONTAMINAN DE OTRO MODO POR MATERIALES CONDUCTIVOS PRESENTES EN EL ENTORNO DE PULVERIZACION.

Description

Boquillas electrostáticas para líquidos abrasivos y conductores.

Antecedentes de la invención

Esta invención se refiere a dispositivos pulverizadores electrostáticos en general, y en particular a sistemas pulverizadores de atomización neumática, atomización hidráulica y otros tipos de carga por inducción.

Existen hoy día varios métodos de cargar y suministrar partículas pulverizadas al objeto de mejorar la calidad y eficiencia de transferencia de masa de material de pulverización sobre el blanco deseado. A menudo se seleccionan tipos de boquillas electrostáticas de carga por inducción para uso en algunos entornos industriales y agrícolas porque en general usan voltaje y corriente de entrada más bajos que otros tipos de boquillas electrostáticas, tal como las que se basan en principios de carga en corona, por contacto o electrohidrodinámicos que utilizan voltajes del orden de 25 a 50 kV o más para carga adecuada. Hay básicamente dos clases de sistemas de carga de pulverización por inducción en la técnica anterior. El primero contiene boquillas que colocan electrodos cerca de una zona relativamente ancha de atomización hidráulica, neumática o de otro tipo y obtienen gradientes de campo de carga por inducción suficientemente altos a voltajes operativos del orden de 5 kV a 15 kV. Ejemplos de este tipo son los de Burls y colaboradores, Pay, Swanson, Sickles, Inculet y colaboradores, y Brown y colaboradores. La segunda clase de dispositivos a base de inducción contiene boquillas que tienen electrodos embebidos internos que se colocan muy cerca de una zona de atomización mejor definida y, a causa de la proximidad del electrodo a la zona de atomización, son capaces de desarrollar suficientes gradientes de campo de carga por inducción a voltajes de electrodo de solamente 1 a 3 kV. Ejemplos de este último tipo son los de Law y Parmentar y colaboradores.

La magnitud de la fuerza con la que las gotitas cargadas son impulsadas eléctricamente hacia el blanco deseado es una función del nivel de carga de gotitas y el tamaño de las gotitas. El control apropiado del tamaño de las gotitas y la carga adecuada puede dar lugar a eficiencia de deposición muy mejorada, especialmente sobre regiones ocultas de blancos tridimensionales. Los dispositivos convencionales de carga por inducción y atomización de aire de Law y de Parmentar atomizan con éxito gotitas de agua al rango de tamaño deseado para efecto electrostático de menos de 100 mm de diámetro, y cargan estas gotitas al nivel mínimo deseado de al menos 3 mC/litro. Con estos parámetros, se puede lograr aumentos que doblan al menos la deposición en comparación con la pulverización no cargada similar sobre geometrías de blanco complejas tal como las cubiertas de plantas que se encuentran en el rociado de cultivos agrícolas. Pero, cuando se mezclan materiales comúnmente utilizados con el líquido de pulverización y se utilizan en estas boquillas de la técnica anterior, los niveles de carga pueden disminuir considerablemente durante los períodos de tiempo que se consideran períodos de uso normales. Por ejemplo, a lo largo de media jornada de pulverización con la boquilla de Law (o sus versiones comerciales modificadas con una punta de líquido dieléctrica), usando mezclas de polvos, líquidos conductores o metales utilizados comúnmente en la pulverización de pesticidas agrícolas y nutrientes foliares, los niveles de carga pueden disminuir a menos de un quinto de los logrados con agua solamente. El uso continuado con estos tipos de aditivos al agua, y en el entorno contaminado que se encuentra en pulverización industrial y agrícola, puede dar lugar a daño irreversible de las boquillas de pulverización electrostática y las fuentes de alimentación.

La disminución del nivel de carga de pulverización y la eventual destrucción de los componentes de la boquilla se deben en gran parte a varios problemas eléctricos que surgen de la formación de depósitos conductores en las superficies interiores y exteriores de la boquilla. Estos depósitos, aunque son ligeros, crean recorridos de corrientes eléctricas parásitas que atraviesan fácilmente las superficies de la boquilla y los hilos y las mangueras unidos a la boquilla. Este fenómeno de seguimiento eléctrico se produce incluso con los voltajes relativamente bajos de aproximadamente 1 a 3 kV asociados con boquillas de carga por inducción de electrodos internos, tal como a los niveles descritos por Law y por Parmentar. Eventualmente, se forman depósitos conductores de negro de carbón a lo largo de estos recorridos de corrientes parásitas que atacan a las superficies dieléctricas, estableciendo conductores eléctricos permanentes que el operador no puede quitar durante la limpieza normal. Estos recorridos eléctricos se pueden formar tanto en las superficies internas como externas de la boquilla.

Corrientes parásitas en superficies externas

Los recorridos más obvios que siguen las corrientes parásitas se forman en las superficies dieléctricas externas de la boquilla que están sometidas a gran contaminación por humedad y partículas en el entorno de pulverización. Estos recorridos de corriente comienzan generalmente en superficies en el orificio de la boquilla cerca del electrodo de alto voltaje y se extienden hacia fuera del electrodo hacia superficies externas de potencial más bajo cuando las superficies dieléctricas limpias expuestas de la boquilla de carga se humedecen o contaminan de otro modo. Dado que la contaminación crea un conducto resistivo que conecta eléctricamente el electrodo a tierra, las superficies intermedias están a algún voltaje intermedio al del electrodo y tierra, dependiendo de su posición y el grado de contaminación superficial.

El primer efecto de las corrientes parásitas en las superficies externas es aumentar los requisitos de potencia del sistema que tiende a reducir el voltaje de salida de la fuente de alimentación del electrodo no regulado de la boquilla. Esto produce reducciones proporcionales del voltaje de electrodo y del nivel de carga de pulverización. Cuando se contaminan suficientemente las superficies aislantes destinadas a separar las partes pulverizadoras puestas a tierra del electrodo, aumenta drásticamente la corriente del electrodo tomada de la fuente de alimentación. En condiciones limpias, con agua, una boquilla de Law o Parmentar puede tomar solamente 20 mA. Sin embargo, cuando las superficies de la boquilla se hacen conductoras por contaminación por humedad medioambiental, partículas o líquido de pulverización, se reduce la resistencia efectiva del electrodo de inducción puesto a tierra y el seguimiento superficial resultante hace que la corriente de salida del suministro de potencia aumente 200 veces o más, dependiendo de la capacidad de salida de la fuente de alimentación. Con tipos no regulados de fuentes de alimentación, que se usan normalmente a causa de su seguridad inherente, el nivel de corriente incrementado hace que el voltaje se reduzca por debajo de 1/3 de su salida sin carga. El gran requisito de potencia también reduce el número de boquillas que se puede poner en funcionamiento con una sola fuente de alimentación electrostática. La demanda de potencia de la superficie sucia ha hecho que algunos fabricantes de boquillas de carga por inducción comerciales utilicen para cada boquilla una fuente de alimentación individual capaz de producir corrientes que exceden con mucho de los requisitos operativos de una boquilla no contaminada. Este método de diseño aumenta la complejidad y el costo de los sistemas de boquillas múltiples, tales como los pulverizadores agrícolas de brazo, y la excesiva potencia disponible puede acelerar la destrucción de las superficies dieléctricas por seguimiento eléctrico y producir problemas de seguridad. Como describe Law en la Patente de Estados Unidos número 4.004.733, puede ser deseable montar la fuente de alimentación directamente en la boquilla de carga o embeberla dentro de la boquilla. Las ventajas explicadas por Law son que esto evita los cables de alto voltaje que pueden ser susceptibles a daño mecánico o pueden presentar un peligro eléctrico. Law muestra la fuente de alimentación montada directamente en la porción de boquilla que contiene el electrodo. El problema de esta realización es que se contaminarán los hilos de entrada de la fuente de alimentación de voltaje bajo, y el aislamiento se degradará eventualmente por la actividad eléctrica a lo largo de las superficies de aislamiento. La diferencia de potencial entre el conductor dentro de la línea de voltaje bajo y la contaminación en el hilo está por lo general cerca de la del potencial de electrodo. Por lo tanto, es probable la rotura dieléctrica del aislamiento, especialmente si el aislamiento se debilita por daño mecánico o por daño por seguimiento eléctrico. Además, suele haber un conector eléctrico en algún punto de los hilos de voltaje bajo para poder quitar fácilmente la boquilla. Las partes internas del conector están a un voltaje bajo y el exterior del conector está a un voltaje alto a causa de los recorridos conductores que se forman en el aislamiento del hilo y/o en las superficies conectoras debido a contaminación. Por lo tanto, en la práctica, los conectores interiores y exteriores de voltaje bajo también son susceptibles de fallo a causa de la diferencia de potencial.

El dispositivo descrito por Parmentar y otros resuelve el problema del seguimiento eléctrico en las superficies exteriores de la boquilla e intenta limitar la corriente alargando la distancia de aislamiento superficial desde la salida de la boquilla al soporte de montaje puesto a tierra con una serie de ranuras en las paredes externas de la boquilla y una pestaña radial grande que rodea la boquilla. Pero, dado que las ranuras y la pestaña están expuestas directamente al polvo y a la nube de pulverización cargada, pueden hacerse rápidamente suficientemente conductoras transportando una corriente sustancial procedente del electrodo. Además, las ranuras profundas se pueden llenar de materiales de pulverización secos y son difíciles de limpiar bien y por lo tanto pueden seguir siendo conductoras después de la limpieza.

Un segundo efecto de la corriente parásita en las superficies externas de la boquilla es reducir la intensidad de la carga de pulverización a causa del contacto eléctrico con el suministro de líquido a través de costuras en la conexión de entrada de líquido en el cuerpo de boquilla. Cuando se hace contacto eléctrico con el líquido puesto normalmente a tierra, el potencial del líquido se eleva hacia el del electrodo de inducción. La diferencia de potencial entre el electrodo de inducción y la corriente de líquido se reduce, dando lugar a una reducción proporcional del nivel de carga de pulverización.

Se puede producir daño físico por arco eléctrico en las superficies aislantes contaminadas de los hilos, tubos de aire y tubos de líquido cerca de donde las superficies de estos componentes de boquillas contactan partes pulverizadoras puestas a tierra. La corriente del electrodo o los conectores eléctricos de alto voltaje contaminados avanza a lo largo de las superficies contaminadas, y se produce arco eléctrico en las superficies cerca de partes pulverizadoras puestas a tierra, erosionando eventualmente agujeros en el tubo y en el aislamiento del hilo que originan fugas de líquido y conductores expuestos que están sometidos a cortocircuito directo.

Eventualmente, el ataque a lo largo de recorridos de corriente y el picado debido a descargas eléctricas desfiguran permanentemente las superficies que son importantes para la función básica de la boquilla, tal como las paredes del canal de atomización, la punta del orificio de líquido, y las superficies del electrodo. La erosión debida a actividad eléctrica en estas zonas produce una disrupción de la configuración de la pulverización, que afecta en gran medida al nivel de carga de pulverización y la calidad de la atomización.

Corrientes parásitas en superficies internas

Aunque el flujo de carga a través de las superficies externas contaminadas de la boquilla produce la mayor parte del deterioro físico visible en boquillas convencionales de inducción y atomización de aire y explica gran parte de la corriente tomada de la fuente de alimentación, las superficies internas también están sometidas a contaminación. Esta contaminación da lugar a reducción de la carga de pulverización cuando influye en el potencial del líquido hacia arriba del electrodo.

Algunos tipos de boquillas convencionales de carga por inducción utilizan juntas estancas dentro de la boquilla para aislar el líquido del electrodo colocado en la boquilla. Las superficies dieléctricas de estas juntas estancas pueden ser suficientemente conductoras por contaminación durante el desmontaje proporcionando recorridos de corriente al líquido. El nivel de las corrientes a través de las juntas estancas dieléctricas puede no ser suficiente para producir arco eléctrico o ataque superficial. Sin embargo, el contacto eléctrico puede ser suficiente para elevar el voltaje de la corriente de líquido hacia el del electrodo, dando lugar a una reducción considerable del campo eléctrico de carga de pulverización por inducción. Algunas boquillas anteriores están diseñadas de manera que se puedan desmontar en todas las piezas componentes básicas. Aunque esto permite el acceso conveniente a cada parte para inspección o sustitución, agrava el problema de la posible contaminación de las superficies interiores porque se ha hallado que algunos residuos conductores pueden permanecer después de la limpieza normal y el nuevo montaje.

Un ejemplo de cómo una superficie interior puede contaminarse accidentalmente durante el desmontaje, es la boquilla de Law modificada con una punta de fluido dieléctrica doble. La base de esta punta de fluido doble está enroscada en el cuerpo de boquilla y la costura está sometido a contaminación durante el desmontaje, dando lugar a un recorrido de seguimiento eléctrico entre el canal de líquido y corrientes parásitas superficiales que se originan en el electrodo. Se ha observado que este recorrido puede hacer que el líquido hacia arriba del electrodo alcance un voltaje de 40-70% del voltaje del electrodo, dando lugar a una reducción proporcional de la carga de pulverización.

También se produce contaminación interna en las boquillas de la técnica anterior cuando una cantidad pequeña de material de pulverización fluye de nuevo a los canales de aire cuando se para el flujo de aire. Esta contaminación crea grandes recorridos de corriente eléctrica en las superficies entre el electrodo y el aislamiento de la punta del orificio de líquido preferiblemente a voltaje bajo y el canal de líquido. Estas superficies pueden ser picadas por descargas eléctricas. Se desarrollan eventualmente agujeros en el material dieléctrico que rodea la punta del orificio de líquido o el canal de líquido, exponiendo así el canal de líquido directamente al voltaje del electrodo y también a la cavidad de gas a presión.

En una versión comercial anterior de la boquilla de Law, la punta de fluido doble y su base roscada de acoplamiento son conductoras y están puestas a tierra. Se instala una cubierta sobre la porción de tapón del electrodo y el metal expuesto de la punta de fluido doble. Esta estrategia tiene la finalidad de mantener el líquido a potencial de tierra incluso en presencia de corrientes parásitas. Sin embargo, durante los períodos de uso normales y durante la limpieza de la boquilla, las superficies dentro de esta cubierta se contaminan. Por lo tanto, la corriente avanza hacia fuera del electrodo, a través de las juntas estancas contaminadas de la cubierta, y a lo largo de las superficies interiores contaminadas de la cubierta hacia el metal expuesto en la base de la punta de fluido doble puesta a tierra. El líquido permanece puesto a tierra, pero el recorrido de corriente es directo a través de la punta de fluido doble conductora y la salida del suministro de potencia se reduce severamente y somete a fallo por la excesiva demanda de corriente. En un esfuerzo por eliminar este problema, la punta metálica de fluido doble se sustituyó por una punta de diseño similar hecha de plástico Delrin. Esto aumenta algo la duración de la boquilla, pero los recorridos de corriente a la corriente de líquido penetran eventualmente en la costura entre la punta de fluido doble Delrin y el cuerpo de boquilla con arco eléctrico suficiente para crear eventualmente ranuras entre las superficies sellantes y abrir recorridos eléctricos continuos a la corriente de líquido.

Uso de resistencias en la salida de la fuente de alimentación

En algunas boquillas electrostáticas convencionales, tal como la de Sickles, se pone una resistencia del orden de giohmios entre la salida del suministro de potencia y el electrodo de la boquilla para limitar la corriente al electrodo para seguridad del operador y para evitar un gran arco eléctrico en el interior de la boquilla. Esta resistencia también puede tener el efecto beneficioso de limitar las corrientes de fuga que se originan en el electrodo, pero se reducen los niveles de carga de pulverización porque las corrientes de fuga muy pequeñas sobre superficies contaminadas producen una caída sustancial del voltaje sobre la resistencia limitadora de alto valor conectada al electrodo. Cuando materiales de pulverización o polvo suspendido en el aire recubren eventualmente una boquilla dieléctrica, la resistencia efectiva desde el electrodo a tierra se reduce a un valor muy inferior al de una resistencia en serie de fuente de alimentación de un tamaño que limitaría adecuadamente la corriente a un valor seguro. En la práctica, cuando las boquillas de la técnica anterior operan en entornos agrícolas, la resistencia a tierra del electrodo de la boquilla se reduce a menudo a mucho menos de 1 megohmio. El esquema representado en la figura 13 ilustra el efecto en el voltaje de electrodo, V_{e}, para el caso de una resistencia de limitación de corriente, R, colocada entre un electrodo de boquilla y la fuente de alimentación cuando existe un recorrido de escape resistivo, R_{n}, a través de las superficies de la boquilla a tierra.

Considérese el ejemplo de una resistencia de limitación de corriente de 5 megaohmios, R, conectada entre una fuente de alimentación no regulada de 1 kV y una boquilla contaminada que tiene un recorrido de escape resistivo de 1 megohmio, R_{n}, desde el electrodo a tierra a lo largo de las superficies contaminadas de la boquilla. Como en un circuito divisor de voltaje clásico, el voltaje de la fuente de alimentación se divide en el electrodo, reduciendo el voltaje de electrodo (V_{e}) y el campo interno de carga por inducción a solamente 1/6 del de una boquilla con superficies perfectamente limpias y sin corrientes de fuga. Otro ejemplo: para R = R_{n}, el voltaje efectivo de carga se divide por la mitad. Estos ejemplos simples ilustran que los componentes de carga de la boquilla deben mantener un valor considerablemente más alto de resistencia de escape a tierra que las resistencias limitadoras de corriente de tamaño apropiado de la fuente de alimentación si tales resistencias se han de usar efectivamente. Los beneficios primarios de tal sistema de alta impedancia de fuga son la seguridad, mayor duración de la boquilla, mejor fiabilidad operativa con boquillas mantenidas pobremente, carga de pulverización consistente en una amplia gama de conductividades de líquido, la capacidad de utilizar fuentes de alimentación muy pequeñas con voltajes relativamente bajos, y la capacidad de alimentar muchas boquillas de carga desde una sola fuente de alimentación.

Sickles intenta mantener un recorrido altamente resistivo entre el electrodo de la boquilla y tierra manteniendo limpias las superficies de la boquilla usando una corriente de aire secundario diseñada para evitar que la pulverización cargada vuelva al cuerpo de la boquilla. Sin embargo, el volumen de aire comprimido usado para esta corriente de aire secundario hace que sea inviable para grandes sistemas de boquillas múltiples tal como los pulverizadores agrícolas de brazo de 30 a 80 boquillas usados para tratar cultivos de campo. Los compresores o ventiladores de aire deben ser lo más compactos que sea posible en estas aplicaciones móviles. Una energía neumática excesiva en el blanco es indeseable a menudo, puesto que el campo de fuerza electrostática puede ser superado por las fuerzas aerodinámicas dando lugar a pobre electrodeposición y a pulverización excesiva. Además, las boquillas que operan en este tipo de entorno difícil tienden a recoger polvo conductor suspendido en el aire y pulverización excesiva en superficies incluso cuando se utiliza aire secundario para alejar los contaminantes de la boquilla.

Neutralización de la nube de pulverización cargada debido a ionización del líquido acumulado en la cara de la boquilla

La nube de pulverización cargada que sale de un orificio de boquilla de inducción crea un campo eléctrico intenso que termina en el blanco deseado, así como en la cara de la boquilla y otros componentes pulverizadores. El campo impuesto por carga espacial en la boquilla produce una fuerza de atracción intensa entre la superficie de la boquilla y las gotitas cargadas. Las boquillas de inducción convencionales, tal como la de Law, que utilizan atomización neumática, tienen el beneficio de un gas portador para alejar efectivamente la mayor parte de la pulverización de la cara de la boquilla. Dentro de la nube de pulverización propiamente dicha, las gotitas se repelen mutuamente y algunas gotitas en la periferia externa escapan al arrastre por el chorro de gas. Sin embargo, las gotitas cargadas que se liberan del chorro de gas portador y no recorren una distancia suficiente para escapar del campo a la cara de la boquilla, vuelven a la superficie de la boquilla a lo largo de las líneas de campo eléctrico impuestas por el campo de carga espacial. Esta porción relativamente pequeña de pulverización cargada que vuelve a la boquilla produce gran parte de la contaminación superficial nociva y problemas resultantes de corriente eléctrica. Otra consecuencia nociva es que el líquido de pulverización que es atraído de nuevo a la boquilla, tiende a acumularse en la cara plana de la boquilla de carga convencional. Esta acumulación puede producir neutralización parcial de la pulverización cargada. Cuando el líquido depositado comienza a gotear lejos de las superficies exteriores de la boquilla, es llevado hacia la nube de pulverización por la fuerza del campo eléctrico de la nube de pulverización. El líquido acumulado forma picos pronunciados alineados con el campo. La intensidad del campo eléctrico en los picos es suficiente para producir rotura dieléctrica del aire circundante. Las descargas eléctricas gaseosas resultantes envían cargas iónicas de polaridad opuesta a la nube de pulverización, neutralizando después eléctricamente una porción sustancial de la pulverización. Además, el líquido acumulado superficialmente aspirado eléctricamente de la boquilla o que cae por gravedad, se desperdicia y produce pobre deposición a causa de una pulverización pobremente atomizada. Las gotitas que caen de una cara de la boquilla, son generalmente bastante grandes y tienen carga opuesta a la pulverización. En aplicaciones de pulverización de pintura, estas gotitas grandes dañan un recubrimiento superficial por lo demás uniforme. En la práctica de pulverización de pesticidas a plantas, la deposición de estas gotas grandes puede producir severo deterioro del tejido vegetal en lugares donde se produce la sobredosis.

La forma de la boquilla convencional de Parmentar reduce los puntos de ionización que se forman a partir de películas superficiales en la zona del orificio de la boquilla rebajando la salida en una cavidad en forma de copa, mirando el reborde externo a la nube de pulverización. Sin embargo, se produce ionización y goteo en otras superficies de la boquilla cuando se humedecen suficientemente. Las gotitas cargadas que vuelven a la boquilla, son atraídas al borde de la cavidad puesto que allí se concentran las líneas de campo eléctrico. Esto contribuye a limitar la cantidad de pulverización que recubre el cuerpo hacia atrás del borde, pero las gotitas recogidas se acumulan y coalescen en el borde propiamente dicho. Justo antes de gotear, el líquido es aspirado hacia la nube de pulverización en picos pronunciados de los que se emite carga opuesta de la nube de pulverización y tiende a neutralizar una porción considerablle de la nube de pulverización cargada. Parmentar también incorpora una pestaña radial grande alrededor de la boquilla. Esta pestaña sirve para alargar la superficie aislante y evitar que la pulverización cargada de retorno recubra la porción situada hacia arriba del cuerpo de boquilla. Sin embargo, las superficies delanteras y de borde hacia la nube de pulverización se recubren eventualmente y se forman múltiples puntos de goteo propensos a ionización. Además, la cavidad en forma de copa en la parte delantera de la boquilla evita que la boquilla sea utilizada en una orientación hacia arriba, puesto que la cavidad tiende a llenarse de líquido que se acumula en el borde y gotea a la cavidad, bloqueando eventualmente parcialmente el orificio y/o expulsándose como masas líquidas grandes que degradan drásticamente la calidad de la pulverización depositada.

Todas las versiones de la boquilla convencional de Law exhiben también el problema del goteo y neutralización de la nube de pulverización, especialmente las versiones comerciales recientes donde se instala una cubierta de protección de superficie plana sobre la cara plana más pequeña del tapón de electrodo. En comparación con la boquilla de Parmentar, la boquilla de Law tiende a recoger menos líquido puesto que la cara de la cubierta es menos de la mitad de grande. Sin embargo, la acumulación es suficiente para originar la formación de picos prominentes, propensos a ionización que gotean del borde inferior de la cara.

Desgaste mecánico del canal de atomización

Otra limitación de las boquillas convencionales de carga por inducción es la tendencia del canal de atomización y la salida del chorro a desgastarte rápidamente bajo uso normal con pulverizaciones que contienen sustancias abrasivas. La estrecha configuración de la pulverización y envuelta de aire creada entre la pulverización y las paredes de canal por la boquilla de Law limita algo el desgaste por abrasión, pero con el tiempo las paredes del canal de atomización se deforman ligeramente con los depósitos de pulverización que quedan de la limpieza inadecuada o se desfiguran por la actividad eléctrica, tal como la ionización inducida de la punta del orificio de líquido o el seguimiento de corriente a lo largo de las paredes internas de la zona de atomización. La deformación perturba la configuración estrecha, y una porción de la pulverización movida por aire impacta sobre la pared de plástico cerca de la salida y la erosiona mecánicamente. En la práctica, la salida de la boquilla puede erosionar al doble el diámetro inicial en un período de solamente medio día mientras se pulverizan algunos materiales abrasivos como tierra de diatomeas o aluminofluoruro de sodio. Si no se cuida, el electrodo también comenzará a desgastarse, comenzando por el extremo de salida y continuando hacia atrás. El consumo de aire, la carga de pulverización, y la calidad de la atomización pueden quedar afectados adversamente por el desgaste abrasivo.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona sistemas mejorados de boquilla de carga de pulverización electrostática para carga de pulverización fiable con una amplia variedad de líquidos de pulverización, especialmente los que contienen concentraciones de masa relativamente altas de polvos abrasivos, elementos metálicos, materiales corrosivos, y/o materiales altamente conductores. Tales sistemas también son más seguros y más fiables en entornos donde es probable que las superficies de boquilla se contaminen con pulverización y otro material, las boquillas están sometidas a operación por operadores no expertos y se puede despreciar el mantenimiento de la boquilla. Los sistemas también proporcionan boquillas con bajo requisito de corriente eléctrica para permitir la operación de muchas boquillas de pulverización electrostática desde una sola fuente de alimentación miniatura o para permitir la operación de una sola boquilla desde una fuente de alimentación subminiatura que se puede embeber, si se desea, dentro de la boquilla.

Los sistema de boquilla de carga por inducción y atomización neumática según la presente invención avanzan la técnica, entre otras formas, (a) manteniendo la estabilidad del campo interno de carga electrostática entre el chorro de líquido y el electrodo de inducción mediante aislamiento eléctrico de la corriente de líquido contra fuga de corrientes internas y externas, y mediante el establecimiento de una barrera eléctrica entre el campo de carga interno y los campos de nube de pulverización que se originan fuera de la boquilla; (b) manteniendo los potenciales de la superficie de la boquilla para excluir el escape de carga en las superficies interiores y exteriores de la boquilla; (c) creando alta resistencia eléctrica entre partes pulverizadoras puestas a tierra, la fuente de alimentación de alto voltaje, y el electrodo de la boquilla de pulverización; y (d) utilizando materiales resistentes a la abrasión en la salida de la boquilla.

Los conjuntos de boquilla según la presente invención incluyen un cuerpo que termina en una punta de fluido doble que anida en una cubierta que contiene una cámara de atomización neumática y electrodo de carga. El electrodo de inducción se coloca apropiadamente al efectuar el montaje en relación a la zona de atomización para concentrar y mantener un campo eléctrico adecuadamente intenso en la superficie del chorro de líquido en la zona de formación de gotitas. El chorro de líquido se mantiene a o cerca del potencial de tierra y conectado a tierra en una posición apropiada situada hacia arriba. Se hace que la carga fluya a través del líquido y se concentre en la superficie del chorro de líquido que entra en la zona de atomización en respuesta al campo eléctrico en la superficie de chorro. Se forman gotitas con energía neumática que también aleja la pulverización cargada de la zona de electrodo, a través de la salida del chorro de boquilla y hacia el blanco deseado.

Según la presente invención se facilita una boquilla de carga de pulverización por inducción según la reivindicación 1. Según una disposición, el conjunto de boquilla consta de un cuerpo que termina en una punta de fluido doble que está conectada extraíblemente a una cubierta. La cubierta incluye una superficie exterior de forma cónica u otra forma aerodinámica que termina en una salida de chorro de pulverización. Contiene una superficie interior que forma un canal de atomización e incluye un electrodo de inducción. El cuerpo y la cubierta se pueden separar fácilmente para proporcionar acceso a todas las zonas que se deben limpiar periódicamente, incluyendo los canales de aire, el canal de líquido, la punta del orificio de líquido, el canal de atomización, la superficie del electrodo de carga, y la zona de la cámara impelente de aire. La punta del orificio de líquido, el electrodo y otros componentes internos de la boquilla son integrales al cuerpo o cubierta y no hay que extraerlos. Por lo tanto, no están sometidos a desalineación o contaminación durante el nuevo montaje, el desmontaje o la operación.

En otra disposición, el contacto eléctrico del electrodo con la fuente de alimentación se interrumpe cuando se afloja o quita la cubierta. Esto reduce la posibilidad de que un operador contacte accidentalmente la fuente de alimentación al inspeccionar o limpiar el electrodo u otras porciones de la zona de atomización. Esta característica también elimina la manipulación y deformación de los hilos frágiles mientras se limpia el canal de atomización u otras zonas.

Varias disposiciones de la boquilla eliminan corrientes parásitas a través de películas superficiales contaminantes que se forman fácilmente en las superficies dieléctricas interiores de las boquillas de carga por inducción, tales como las superficies en las zonas alrededor de la punta del orificio de líquido y la cámara de atomización. En las superficies interiores de la boquilla se mantienen intencionadamente superficies equipotenciales en las zonas de la porción de cubierta junto a y hacia arriba del electrodo. Las superficies de las cámaras impelentes de gas, las juntas estancas, y el canal de atomización, que son porciones internas del conjunto de tapa, están colocadas entre el electrodo y un aro conductor o semiconductor que está a un potencial parecido al electrodo. Esto iguala el voltaje en estas superficies dieléctricas, en el caso muy probable de que en ellas se forme una película contaminante conductora, y evita que la corriente retroceda desde el electrodo hacia la porción de cuerpo de potencial más bajo del montaje y forme recorridos de seguimiento eléctrico dañinos en estas zonas internas clave de la boquilla. El aro conductor interno también sirve convenientemente para hacer contacto eléctrico independiente de la alineación desde el conducto de suministro de potencia en el cuerpo al electrodo en la cubierta. Otro beneficio de la superficie anular cargada interior es que impone inherentemente una barrera eléctrica entre el campo eléctrico interno de carga por inducción y los campos originados fuera, existentes alrededor de la boquilla, tal como los impuestos por la carga espacial de la nube de pulverización, que es opuesto y suprimirá el campo de carga de pulverización de la boquilla.

El canal de líquido, las conexiones de entrada de líquido, y la punta de líquido se contienen dentro de la porción de voltaje bajo del cuerpo. El líquido se pone a tierra en algún punto hacia arriba del orificio de líquido, y la resistencia paralela del segmento de corriente y su conducto sin costura entre el punto de tierra y el electrodo hace que el potencial del chorro de líquido en el orificio flote entre voltaje de tierra durante el funcionamiento normal y el voltaje de electrodo durante una situación de gran cortocircuito. En caso de un cortocircuito directo entre la punta del orificio de líquido y el electrodo producido por un puente de contaminante conductor, se hace que la corriente pase por el puente de material que produce el corto, y a través de la corriente de líquido resistivo y su conducto. El líquido entre la punta y su punto de tierra situado hacia arriba forma una resistencia, que autolimita la corriente y después limita el daño de los componentes de la boquilla. También se evita el daño porque el flujo de líquido de la boquilla se para porque se interrumpe la corriente cuando el contacto de líquido se interrumpe cuando el líquido es evacuado del canal a la punta del orificio de líquido.

Las posibilidades de cortocircuito en la punta del orificio de líquido las limitan además el gas atomizante que se desplaza en la cámara impelente que rodea la base de la punta y el gas a velocidad muy alta que se impulsa a la zona de atomización que rodea la punta del orificio de líquido. Para mayor seguridad y para evitar un corto eléctrico entre el electrodo y la punta del orificio de líquido, que es probable que se produzca en ausencia de flujo de gas atomizante a través del canal de atomización, el voltaje de electrodo se desconecta preferiblemente por medio de un interruptor de presión que controla la fuente de alimentación.

Varias disposiciones reducen en gran medida las corrientes parásitas en las superficies exteriores de la boquilla en comparación con las boquillas de la técnica anterior que operan en condiciones donde las superficies de la boquilla se pueden contaminar. Se ha descubierto que cuando se forman fácilmente películas contaminantes en las superficies dieléctricas externas de boquillas de pulverización electrostática, las superficies adyacentes a y hacia abajo del electrodo son después suficientemente conductoras para acoplar eléctricamente el electrodo a los componentes puestos a tierra del pulverizador. Las corrientes parásitas superficiales resultantes producen deformación y eventual destrucción de superficies dieléctricas, superficies de electrodo, conexiones de fluido y hilos de las boquillas de carga de pulverización de la técnica anterior. Un aspecto primario de la presente invención es el mantenimiento de un recorrido altamente resistivo desde el electrodo a tierra, evitando por ello flujo de carga significativo desde el electrodo a lo largo de las paredes interiores del canal de atomización hacia atrás hacia la punta de fluido doble y hacia adelante hacia la cara exterior de la boquilla y a lo largo de las superficies dieléctricas exteriores contaminadas unidas a puntos de tierra en el pulverizador. El recorrido altamente resistivo se crea protegiendo contra la contaminación porciones seleccionadas de las superficies de la boquilla. Un método para mantener un recorrido de alta impedancia es formar apropiadamente cavidades en superficies seleccionadas de la boquilla, y/o en los distanciadores eléctricos que se utilizan para conectar la boquilla a las partes pulverizadoras puestas a tierra, y proteger el interior de estas cavidades contra la entrada de contaminantes. La protección contra la entrada de contaminantes a las cavidades se puede obtener mediante aplicaciones de entrada de energía aerodinámica, sónica, térmica, eléctrica, mecánica u otras formas de energía o pasivamente configurando apropiadamente las cavidades para evitar inherentemente la entrada de contaminantes por interacción con los campos eléctricos existentes, los campos eléctricos impuestos, y los campos próximos de flujo aerodinámico. En una disposición preferida la forma aerodinámica de la boquilla tiene la finalidad de crear un flujo generalmente laminar en las superficies de la boquilla para reducir la propensión de las partículas arrastradas a adherirse a las superficies de la boquilla, aunque algunos concentradores de campo eléctrico colocados con esmero, tal como rebordes o bordes, crean zonas de intensidad de campo que tienden a repeler o desviar tales partículas.

En una disposición, el cuerpo de boquilla dieléctrica, en el que están situados el gas, el líquido y los terminales eléctricos y se hacen conexiones de montaje, está aislado eléctricamente de la porción de cubierta por cavidades protegidas formadas en el cuerpo. La superficie exterior del cuerpo se mantiene así a cerca de tierra por la conductividad de la superficie contaminada del cuerpo y la resistividad de la cavidad interior protegida evita el flujo apreciable de corriente eléctrica a través de las superficies corporales de componentes de alto voltaje de la boquilla. Una disposición preferida también incluye una superficie protegida en la porción de cubierta del conjunto de boquilla conteniendo el electrodo interno. Esta cavidad protegida aísla más el electrodo de tierra en el caso probable de ensuciamiento de la superficie, y hace así que el canal de atomización y otras superficies externas de la cubierta se eleven a un potencial parecido al electrodo y se mantengan a dicho potencial, evitando por ello el flujo de carga desde el electrodo a través de todas las superficies adyacentes al electrodo.

El potencial impuesto en la superficie exterior de la cubierta es de signo contrario al de las gotitas de pulverización, pero esto no aumenta considerablemente la atracción de las gotitas cargadas hacia la superficie de la boquilla con respecto a la de una superficie puesta a tierra de la boquilla, ni la pulverización cargada que choca en la cubierta produce una corriente significativa de suministro de potencia. Una vez que las superficies dieléctricas inicialmente limpias del cuerpo de boquilla de carga y la cubierta se ensucian con películas contaminantes conductoras, asumen respectivamente los potenciales eléctricos que se aproximan a los de la unión de montaje puesta a tierra y del electrodo de inducción. Cuanta menos corriente se drene de estas superficies contaminadas, más se aproximarán a las respectivas superficies equipotenciales.

La magnitud medida del campo eléctrico de carga espacial creado por una nube de pulverización con carga negativa es de más de -3 kV/cm a una distancia de 10 a 15 cm por debajo de la línea central de chorro de pulverización en la salida de la boquilla. Por lo tanto, el potencial de carga espacial está cerca de -35 kV con relación a una superficie puesta a tierra de la boquilla y -36 kV con relación a una superficie de cubierta elevada al voltaje de electrodo de +1 kV. Una cubierta cargada a +1 kV puede atraer preferentemente pulverización con carga negativa, pero la fuerza solamente es 3% mayor en comparación con una superficie pulida de similar geometría y proximidad a la nube de pulverización. Cuando se deposita pulverización con carga negativa en la cubierta cargada, se hace fluir una corriente de neutralización desde el electrodo de inducción para que la cubierta mantenga su potencial, pero la corriente requerida es muy pequeña. Suponiendo un retorno de 1% de la pulverización a la boquilla, yendo 2/3 a la superficie de la cubierta, una corriente típica de nube de pulverización de 10mA requeriría solamente 66 nA de la fuente de alimentación del electrodo para neutralizar el retorno. En la práctica, es probable un retorno muy inferior a 1% de la pulverización cargada.

Las boquillas pueden reducir en gran medida el retorno de la pulverización cargada y la deposición de partículas en superficies de boquilla seleccionadas dando a la boquilla exterior la forma apropiada. La forma de la boquilla crea campos de flujo de aire ambiente, crea configuraciones beneficiosas del campo eléctrico a partir del potencial próximo de la nube de pulverización cargada, y crea formas curvilíneas estratégicas de campo eléctrico entre las superficies dieléctricas ensuciadas en las que se mantienen intencionadamente los potenciales eléctricos.

Las gotitas cargadas que vuelven a la cara de la boquilla de pulverización y producen neutralización por descarga eléctrica inducida de la nube de pulverización y seguimiento eléctrico son un problema que se halla en todas las versiones comerciales anteriores del dispositivo de Law y otras boquillas de carga por inducción. Ello es debido a que tienen superficies frontales generalmente más planas perpendiculares al eje del chorro de gas cargado con gotitas. Los depósitos de líquido pueden ser especialmente pesados en situaciones donde la boquilla pulveriza hacia arriba, o pulveriza horizontalmente, o en situaciones donde boquillas de carga opuesta pulverizan una hacia otra, tal como con los pulverizadores de viñas.

Para reducir la deposición de pulverización sobre la boquilla, el acabado superficial se puede hacer liso y es generalmente preferiblemente cónico o de forma por lo demás aerodinámica, ahusándose hacia adelante de manera que sea lo más estrecho que sea posible en la salida del chorro. Esta forma cónica ahusada hacia adelante que termina en el chorro de velocidad alta produce arrastre de un volumen significativo de aire ambiente. El aire ambiente arrastrado fluye a través del exterior liso de la boquilla hacia el chorro de pulverización principal y crea una "cortina" de aire a través de los agujeros de las cavidades, que contribuye a evitar la entrada de partículas. Además, el flujo de aire a través de las superficies de la boquilla contribuye a evitar la deposición de contaminantes y redirige las partículas y gotitas parásitas de pulverización hacia el blanco deseado. El volumen de gas arrastrado aumenta la capa externa del chorro principal de gas que sale de la boquilla. Dicho flujo másico adicional tiende a impulsar gotitas más lentas en la periferia externa de la nube de pulverización en la dirección deseada alejándolas de la boquilla, elevando las fuerzas eléctricas que producen retorno de gotitas. Con boquillas de caras planas, las gotitas periféricas tienden a volver fácilmente y depositarse en la superficie de la boquilla.

Para reducir más la deposición de pulverización y la acumulación de líquido en la boquilla, se puede hacer que las líneas de campo eléctrico que se originan a partir del potencial eléctrico de la nube de pulverización se concentren en el extremo delantero de la boquilla, más próximo al chorro principal de gas/pulverización. La forma ahusada hacia adelante de la cubierta reduce la zona superficial de deposición inmediatamente adyacente a la nube de pulverización cargada y la curvatura incrementada en la salida hace que la porción mayor de las líneas de campo eléctrico termine en la superficie de película conductora alrededor del chorro de pulverización. Las gotitas cargadas que vuelven a la boquilla son atraídas así preferentemente hacia esta zona de curvatura pronunciada y, puesto que el campo de flujo de aire también está más concentrado en esta región, casi todas las gotitas que se aproximan a esta región son re-arrastradas al chorro principal de gas/pulverización antes de la deposición y descarga en la cara de la boquilla. La cantidad pequeña de líquido que se deposita en la superficie cerca de la salida de chorro es empujada inmediatamente por fuerte acción venturi al chorro principal de gas/pulverización y re-atomiza antes de que se pueda producir goteo e ionización inducida consiguiente. Se puede depositar algo de material líquido de pulverización en las superficies situadas hacia arriba de la cubierta cónica, aunque la influencia del campo de la nube de pulverización se hace mucho más débil allí por la distancia de la nube principal y por la forma lisa continua. En este caso, el líquido no se acumula fácilmente lo suficiente para gotear o iniciar ionización inducida, porque el líquido es aspirado constantemente al chorro principal por el aire ambiente envolvente que es arrastrado hacia el flujo del chorro principal de gas de la boquilla.

Más allá de los métodos de exclusión mecánicos para proteger los interiores de cavidades, y la protección proporcionada por la cortina de aire explicada anteriormente producida a través de las superficies de boquilla y los agujeros de cavidad por el aire ambiente arrastrado por el chorro de gas comprimido que sale en el extremo delantero de la boquilla, se puede lograr protección adicional contra la entrada de pulverización cargada configurando apropiadamente líneas de campo eléctrico en las entradas a la cavidad para hacer que la pulverización cargada se repela lejos de los agujeros. Como se ha explicado anteriormente, la nube de pulverización cargada próxima impone un campo de fuerza de "carga espacial" del orden de 2 a 3 kV/cm que mueve las gotitas cargadas desde la región de la nube de pulverización cargada hacia el blanco puesto a tierra previsto. Este campo de carga espacial también da lugar a líneas de campo eléctrico que terminan en la boquilla propiamente dicha. La energía del gas portador es suficiente para alejar casi toda la pulverización de la boquilla, pero una porción se aproxima a las superficies de la boquilla a lo largo de estas líneas de campo. Estas líneas de campo de carga espacial terminan perpendicularmente en superficies contaminadas conductoras de la boquilla. Además del campo impuesto por la presencia de la nube de pulverización cargada, también hay intensos campos eléctricos entre la cubierta de alto voltaje y las superficies de bajo voltaje del cuerpo de la boquilla según la presente invención. Estos dos campos son complementarios en dirección de flujo. En las superficies planas, las líneas de campo están espaciadas uniformemente, pero en las discontinuidades superficiales, las líneas de campo eléctrico están mucho más concentradas. Una opción es poner discontinuidades o concentradores de campo en la superficie de la boquilla para concentrar la intensidad de campo y producir líneas de campo eléctrico de una forma curvilínea que resultan del potencial de la nube de pulverización y el potencial mantenido intencionadamente en las superficies de la boquilla. Las gotitas de pulverización cargadas que se aproximan a las líneas de campo curvadas experimentan fuertes fuerzas centrífugas y son expulsadas lejos de los agujeros de cavidad, al campo de flujo de aire ambiente y re-arrastradas a la nube de pulverización principal dirigida hacia el blanco deseado.

En una disposición preferida, la superficie exterior de la cubierta es generalmente una forma cónica convergente hacia adelante y rodea la zona de atomización y carga. La superficie de la cubierta es preferiblemente de un material dieléctrico y se contamina suficientemente cuando se expone en un entorno de pulverización siendo algo conductora. Por lo tanto, se mantiene un límite beneficioso de campo eléctrico que rodea el campo interno de inducción de carga para desacoplarlo efectivamente del espacio de campo de carga opuesto creado por la presencia de la pulverización de carga alta que sale de la salida de la boquilla.

Las superficies interiores de la cavidad protegida antes explicadas de la boquilla dan lugar a una alta impedancia entre la fuente de alimentación del electrodo de la boquilla y tierra y reduce considerablemente la corriente de la fuente de alimentación en comparación con las boquillas anteriores. Esta alta impedancia permite ahora la implementación exitosa de un elemento resistivo protector en serie con la boquilla, entre la fuente de alimentación y el electrodo de carga por inducción sin sufrir una caída significativa de voltaje en el electrodo. En una disposición preferida, este elemento resistivo deberá contenerse dentro de la boquilla propiamente dicha. Una configuración donde la fuente de alimentación está montada dentro de la boquilla tendría simplemente una resistencia en la salida del suministro de potencia. En caso de múltiples boquillas conectadas a una fuente de alimentación remota, se podría colocar una resistencia en la fuente de alimentación además de los elementos resistivos individuales dentro de las boquillas. O se podría colocar múltiples resistencias de salida dentro de la fuente de alimentación propiamente dicha con conexiones directas a la boquilla. También se puede emplear hilo resistivo para lograr este objetivo. Si múltiples boquillas han de ser alimentadas por una sola fuente se prefiere usar una resistencia de salida para cada boquilla para evitar que una boquilla cortocircuitada afecte a las otras.

Uno de los beneficios de un conducto resistivo entre la salida del suministro de potencia y el electrodo de alta impedancia de la boquilla es la seguridad. El sistema se puede diseñar de manera que no haya shock considerable al manipular una boquilla energizada. Otros beneficios observados debido a una resistencia en serie utilizada conjuntamente con una boquilla de alta impedancia son la reducción considerable de la corriente de la fuente de alimentación tomada debido a ionización eléctrica inducida del chorro de líquido y la corriente iónica consecuente del electrodo de inducción. Se han observado tales corrientes iónicas en boquillas de la técnica anterior una vez que el electrodo se humedece o tiene bordes expuestos u otras discontinuidades.

La naturaleza de alta impedancia de la boquilla se presta a la colocación exitosa de la fuente de alimentación en o dentro de la boquilla. No sólo la reducida corriente y voltaje de la fuente de alimentación permiten el uso de convertidores de CC a CC muy miniaturizados que se pueden montar convenientemente en la boquilla o encerrarse dentro de ella, sino que los hilos de voltaje bajo o la batería que proporcionan entrada a al transformador de potencia se puede proteger contra el daño debido a seguimiento eléctrico que se origina en el electrodo. En diseños previos, tal como el de Law, donde la fuente de alimentación se unió a la boquilla o contenía en su interior, los cables de voltaje bajo salían de una superficie de la boquilla que era susceptible a contaminación y voltaje y corriente del electrodo. Si la fuente de alimentación se ha de montar sobre la boquilla o embeberse en una porción de ella, la disposición preferida tendría los hilos de entrada de bajo voltaje o conectores saliendo de la sección de voltaje bajo de una boquilla de alta impedancia, tal como la aquí descrita. Esto evitaría que los recubrimientos de material contaminante en las superficies exteriores del aislamiento de los hilos o el aislamiento que rodea los conectores alcancen un potencial eléctrico próximo al del electrodo, dando lugar a rotura eléctrica del aislamiento. La fuente de alimentación propiamente dicha se podría montar en la sección de alto voltaje con los conductores de entrada de voltaje bajo protegidos contra la contaminación colocándolos dentro de la porción de bajo voltaje de la boquilla.

Una característica adicional preferida de la boquilla según la presente invención es el uso de un material duro resistente a la abrasión que se incorpora en el canal de atomización para evitar el prematuro ataque eléctrico o mecánico de este canal. En la realización preferida, se elige cerámica por sus características de resistencia a la abrasión y aislamiento eléctrico. Como un material de electrodo se pueden usar algunos tipos de cerámica que se hacen conductores eléctricos. El electrodo resistente a la abrasión puede formar una porción de las paredes del canal de atomización o constituir toda la superficie del canal.

En la disposición preferida, el canal de zona de atomización es un agujero recto, que diverge en la salida del chorro, en contraposición a un canal convergente que se ha usado en diseños anteriores y puede producir acumulación de material en el canal o en la salida del chorro.

Además de estos objetos, características, y ventajas de la presente invención, otros objetos, características, ventajas y beneficios de la invención serán evidentes con referencia al resto de este documento.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 muestra una vista en perspectiva de una primera realización montada de la boquilla de carga de pulverización por inducción según la presente invención.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva de una primera realización desmontada de la boquilla de pulverización por inducción según la presente invención.

La figura 3 muestra una vista en sección transversal de la primera realización de la boquilla de carga de pulverización por inducción según la presente invención.

La figura 4 muestra una vista en perspectiva detallada de la sección de punta de fluido doble de una realización de la boquilla de carga de pulverización por inducción según la presente invención donde se utilizan canales de aire para dirigir aire a la zona de atomización.

La figura 5 muestra una vista en sección transversal en alzado de una segunda realización de la boquilla de carga de pulverización por inducción según la presente invención, que incluye una capucha.

La figura 6 muestra una vista en perspectiva de una tercera realización del sistema de boquilla según la presente invención.

La figura 7 muestra el campo de flujo de aire arrastrado y el campo eléctrico impuesto en una boquilla según una realización preferida de la presente invención.

La figura 8 muestra el campo de flujo de aire arrastrado y el campo eléctrico impuestos en una boquilla según la presente invención que tiene una capucha instalada sobre las cavidades para protección mecánica de las superficies así como para crear un mejor campo eléctrico curvilíneo para la exclusión de partículas cargadas.

La figura 9 muestra una cuarta realización de la boquilla de carga por inducción según la presente invención en la que se instalan elementos resistivos dentro de la boquilla entre la salida de la fuente de alimentación y el electrodo de la boquilla.

La figura 10 muestra un gráfico semilogarítmico de la resistencia de electrodo a tierra medida en un intervalo de tiempo mientras se pulveriza una mezcla agrícola común altamente conductora comparando una boquilla de la técnica anterior con una boquilla según la presente invención.

La figura 11 es un gráfico que muestra el nivel de carga logrado con el tiempo para una boquilla según la invención en comparación con el de una boquilla de la técnica anterior.

La figura 12 es un gráfico semilogarítmico de la corriente de fuente de alimentación típica requerida en un intervalo de tiempo de un día para operar una boquilla según la invención en comparación con la de una boquilla de la técnica anterior.

La figura 13 es una representación esquemática de un sistema de boquilla de carga de pulverización en la que una resistencia está interpuesta entre la fuente de alimentación y una boquilla que tiene una superficie resistiva contaminada.

Descripción detallada de la invención

La figura 1 muestra una forma de realización preferida de boquillas de carga por inducción según la presente invención. En esta realización, la boquilla se compone en sentido amplio de un cuerpo 1 y una cubierta 2. La entrada de líquido 8, la entrada de gas 7 y la entrada eléctrica 9 están situadas en la cara trasera de la porción de cuerpo 1. Pulverización cargada en un gas portador 15 sale por el extremo delantero de la boquilla a través de la salida 33. La cubierta de forma cónica 2 de la boquilla se ahusa hacia la cara de salida 24. Una capucha 30 se representa colocada sobre la porción de cuerpo 1 de la boquilla. Con referencia a la figura 2 que muestra una realización desmontada, la cubierta 2 se puede desmontar preferiblemente fácilmente del cuerpo 1 exponiendo las regiones internas para el servicio. La cubierta 2 se sujeta preferiblemente sobre el cuerpo 1 y se puede separar fácilmente usando roscas 3, o con tornillos, retenes u otros medios de unión que permiten el desmontaje para inspección, limpieza y nuevo montaje sin desalineación o daño ocasionado por personas no expertas y preferiblemente sin herramientas o con el uso de herramientas comunes. El extremo situado hacia abajo del cuerpo se configura en una punta de fluido doble 12 conteniendo una salida de gas 21 y una cámara impelente 13 y la punta del orificio de líquido 16. Se puede hacer contacto eléctrico con la fuente de alimentación mediante un contacto terminal 23 que acopla en la superficie conductora anular 19 representada en la figura 3.

Con referencia de nuevo a la figura 3, en la que se representa una vista en sección transversal de una boquilla según una realización preferida de la invención, el cuerpo de boquilla 1 se hace de un material dieléctrico, que tiene preferiblemente baja humectabilidad superficial, valores bajos de conductividad superficial y volumétrica, y bajas propiedades de adhesión superficial. El cuerpo 1 contiene conductos para gas 4, líquido 5, y corriente eléctrica (no representado en esta vista, consúltese la figura 9, número 6). Las entradas de gas 7, líquido 8, y corriente eléctrica (véase la figura 1, número 9) están situadas preferiblemente en la cara trasera 10 del cuerpo 1 a la mayor distancia de la cara 24 de la boquilla. Se puede hacer que la entrada de gas 7 acomode un tamiz filtro 11, si se desea.

Los conductos de fluido 4 y 5, así como el conducto eléctrico, se forman generalmente de forma continua mediante el cuerpo de boquilla 1 sin costuras o separaciones en el cuerpo. No es deseable permitir una costura que se pueda contaminar y por lo tanto exponer el líquido al voltaje de electrodo de inducción mediante corrientes parásitas en las superficies de la boquilla. En algunos casos puede ser deseable encapsular la fuente de alimentación dentro o unirla sobre el cuerpo de boquilla 1, eliminando así un cable de alto voltaje desde el exterior de la porción de cuerpo 1.

El cuerpo termina en una punta de fluido doble 12, como se representa en la figura 2 y una versión ligeramente modificada en la figura 4. Como se ve en la figura 3, el conducto de gas 4 a través del cuerpo 1 termina en una salida 21 en una cámara impelente 13 que rodea la base de la punta de fluido doble 12. El reborde externo 22 de la cámara impelente 13 puede servir para sellar contra la base de la cámara impelente 26 en la porción de cubierta 2. Una junta estanca flexible 17 puede proporcionar un cierre hermético adicional contra el reborde 25 formado en el interior de la cubierta 2. Estas juntas estancas evitan el escape de gas y también sirven para limitar los recorridos de corriente superficiales interiores. El gas a presión procedente de la cámara impelente 13 puede ser canalizado a través de múltiples orificios 14 que rodean la base 34 de la punta de fluido doble como se representa en la figura 4, o, como en las figuras 2 y 3, la base 34 de la punta de fluido doble 12 se puede hacer más estrecha y suave para permitir que fluya gas completamente alrededor de la circunferencia de la base 34. Esto último se prefiere para máximo aislamiento eléctrico de la punta de fluido 12. Sin embargo, si se necesita un canal de gas en esta zona para dirigir el flujo de aire, se prefieren canales ranurados 14 a agujeros puesto que las superficies de pared lateral de las ranuras están expuestas cuando la cubierta 2 se quita y se pueden limpiar más fácilmente que el interior de los agujeros. Estas ranuras se pueden hacer en la dirección axial de la pulverización corriente 15 o las ranuras 14 se pueden formar en un ángulo (como se representa en la figura 4) si se desea un movimiento radial del gas saliente para crear un ángulo de pulverización más grande.

El conducto de líquido 5 termina en la salida de la punta del orificio de líquido 16. En general se prefiere que la punta de orificio 16 esté colocada hacia arriba del electrodo 18 como se representa en la figura 3. Pero se ha hallado que la posición de esta punta 16 se puede variar para lograr las cualidades de atomización y carga deseadas y para variar el caudal de líquido.

Con referencia de nuevo a la figura 3, dentro del interior del extremo delantero de la cubierta 2 de la boquilla se ha formado una cámara impelente de gas 26 que rodea la base 34 de la punta de fluido doble 12. La cámara impelente de gas 26 sirve para igualar, acelerar, y dirigir el flujo de gas a presión a la zona de atomización y puede formar parte de la pared del canal de atomización 35. La forma de la cámara impelente 26 se muestra en general como un cono truncado que pasa a un cilindro, que funciona bien para una pulverización estrechas, pero se puede usar otras configuraciones que pueden dar lugar a una configuración de pulverización modificada. La cámara impelente de gas 26 colocada alrededor de la base de la punta 12 contribuye a mantener el área libre de contaminación gruesa, mientras está presionizada. Cuando se elimina la presión de gas, puede gotear líquido de pulverización a la zona de atomización 35 y la zona de cámara impelente 26, y por esta razón se prefiere utilizar un simple interruptor de presión para controlar la fuente de alimentación de electrodo. De otro modo, se podría producir arco entre el electrodo 18 a la punta 16 en la ausencia de flujo de gas. También se prefiere que la presión de gas permanezca durante un período de tiempo corto después de pararse el flujo de líquido para purgar por la acción venturi el líquido restante de la punta 16.

En la realización preferida de la presente invención, un electrodo de inducción conductor 18 está colocado apropiadamente de manera que su superficie interior forme parte de la pared del canal de atomización 35, preferiblemente hacia abajo de la punta del orificio de líquido 16. Hacia adelante o hacia abajo, preferiblemente, del electrodo está la salida de chorro de canal de atomización 33 que sirve para dirigir el chorro de pulverización y cubrir el borde delantero del electrodo. La salida de chorro 33 se forma preferiblemente, pero no es necesario hacerlo, a partir de materiales resistentes a la abrasión tal como cerámica. No es necesario que la salida 33 sea no conductora, y se puede seleccionar materiales conductores duros, tal como acero inoxidable, aunque se preferiría materiales aislantes para seguridad personal. Las boquillas de carga por inducción de la técnica anterior tienden a desgastarse o degradarse en la zona de salida de chorro al atomizar líquidos conteniendo polvos abrasivos o sustancias químicas ásperas. Las boquillas según la presente invención incorporan una salida de chorro formada preferiblemente de cerámica. Se elige típicamente una cerámica industrial de alúmina para esta finalidad a causa de la resistencia al desgaste sumamente alta y degradación por soluciones ácidas, soluciones alcalinas, sales, y solventes. La cerámica de alúmina exhibe un nivel de dureza que supera al de casi todos los otros materiales. Además, estos tipos de cerámica exhiben alta resistencia dieléctrica, alta resistividad superficial, baja humectabilidad superficial y baja porosidad. La forma cerámica se puede moldear usando técnicas estándar de formación de piezas cerámicas. Algunas cerámicas de alúmina de un tipo que lleva mica unida a vidrio, tal como el producto de Corning "MACOR" son especialmente adecuadas para formar la salida de chorro 33 por métodos de maquinado estándar. Otros materiales adecuados para esta aplicación incluyen plásticos resistentes a la abrasión. Estos pueden contener fibras de carbono que hacen que el plástico sea conductor eléctrico. Con tales materiales, los componentes que forman las paredes de la zona atomizada, tal como el electrodo 18 y la salida de chorro 33, se pueden formar de una sola pieza. Esta solución evita el problema de embeber un electrodo metálico y simplifica en gran medida la fabricación y el diseño de la boquilla.

Los conceptos principales de este sistema de pulverización electrostática incluyen el mantenimiento de potenciales superficiales en componentes seleccionados de la boquilla y el mantenimiento de un recorrido altamente resistivo del electrodo 18 a tierra. Los principales beneficios incluyen la prevención de seguimiento de corrientes superficiales, la reducción de ionización inducida en la cara de la boquilla, una reducción del tamaño y potencia de la fuente de alimentación, y mayor seguridad. Para eliminar el flujo de carga superficial, las superficies exteriores e interiores de la boquilla que contactan el electrodo 18 mediante contaminación superficial se mantienen a un voltaje parecido al electrodo 18. El cuerpo de la boquilla 1 está suficientemente aislado de la cubierta 2 de manera que en caso de que se contaminen las superficies base traseras 10, estarán cerca del potencial de tierra con corriente mínima a las conexiones de fluido 7 y 8 y las partes pulverizadoras puestas a tierra a las que el cuerpo 1 puede estar eventualmente conectado.

Un método de lograr una alta resistencia eléctrica entre el electrodo de la boquilla 18 y las porciones puestas a tierra es protegiendo físicamente porciones seleccionadas de las superficies de la boquilla de contaminación por pulverización u otros materiales que se pueden depositar en la boquilla y producir la formación de recorridos de corrientes parásitas. Las realizaciones de las figuras 2 y 3 muestran un ejemplo de una cavidad limitadora de corriente 28 que se forma en la porción de cuerpo 1 y una cavidad limitadora de corriente adicional 29 que se forma en la porción de cubierta 2. Estas cavidades 28, 29, que pueden ser anulares o de cualquier otra forma deseada, crean regiones que están parcialmente protegidas contra la pulverización u otros contaminantes y se conserva una superficie altamente resistiva. La pulverización cargada que vuelve a la boquilla movida en líneas de campo eléctrico carece de suficiente energía cinética para penetrar fácilmente hasta el fondo de la cavidad y la mayor parte se deposita en el borde de la cavidad donde se concentran las líneas de campo. Si se deposita eventualmente material de pulverización u otros líquidos dentro de la cavidad 28 o 29, la cantidad suele ser pequeña y no se acumula líquido para formar un recorrido continuo, siendo las películas de líquido mucho más conductoras que los pequeños depósitos discretos de gotitas. Las cavidades 28, 29 se puede limpiar periódicamente y a ellas se accede fácilmente cuando se quitan las porciones del cuerpo 1 y la cubierta 2.

En los casos en que las boquillas operan en algunas condiciones difíciles, se puede dirigir chorros de gas 40 (representados en la figura 3) a la cavidad 28, 29 para purgar continua o periódicamente el interior de la cavidad. Por ejemplo, cuando el suministro de gas atomizante no es una preocupación, parte del gas podría dirigirse a través de varios agujeros de diámetro pequeño 40 perforados radialmente o algo tangencialmente hacia fuera del conducto de gas 4 creando un gradiente de presión y barriendo un gas activo de la cavidad de cuerpo 28 para excluir la deposición de partículas en el interior.

Se obtiene protección adicional contra la contaminación superficial en el interior de las cavidades añadiendo blindajes para protección mecánica y para crear líneas de campo eléctrico de forma beneficiosa para evitar la entrada de gotitas cargadas. Un ejemplo de tal blindaje se representa en la vista en sección transversal de la figura 5 (aunque se puede emplear otras estructuras o formas). Este blindaje exterior en forma de una capucha 30 sirve para proteger más las superficies externas de la boquilla y las superficies de la cavidad de cuerpo de boquilla 28 y la cavidad de la cubierta 29. La capucha 30 se puede colocar como se representa para orientaciones de la boquilla hacia abajo, o invertida y montada en la cubierta en el asiento 31 para orientaciones de la boquilla hacia arriba. Además, se puede añadir protección adicional mediante la colocación de una barrera dieléctrica anular en forma de disco 32 colocado entre el cuerpo y la cubierta. Esta barrera 32 cubre además las cavidades 28, 29 y crea un laberinto de superficies para desviar o limitar de otro modo la entrada y deposición superficial de pulverización cargada u otros contaminantes que pueden avanzar en corrientes de aire alrededor de la boquilla. La capucha exterior 30 y la barrera interior 32 se pueden hacer como una parte integral del cuerpo de boquilla o hacerse por separado, formarse preferiblemente a partir de un material dieléctrico con baja humectabilidad superficial, bajo volumen y conductividad superficial, y bajas características de adhesión superficial, tal como UHMW o PTFE.

Otra configuración de blindaje para conservar recorridos de alta resistencia del electrodo de la boquilla 18 a tierra se representa en la figura 6. En esta realización ejemplar de la presente invención, se coloca un blindaje básicamente en forma de capucha 36 entre una boquilla de carga 38 y una parte pulverizadora puesta a tierra 39. En este ejemplo, la estructura distanciadora dieléctrica 37 son las líneas de gas y/o líquido que entran en la cara trasera 10 de la boquilla. El blindaje 36 protege mecánicamente el soporte distanciador dieléctrico 37 contra la contaminación. También modifica beneficiosamente el campo eléctrico para evitar la deposición de gotitas cargadas en el blindaje interior.

Se puede añadir capuchas adicionales, cavidades u otros métodos de blindaje al cuerpo de boquilla, la cubierta, montajes de boquilla, tubos o cables, colocados uno encima de otro para formar un laberinto, o añadir y/o configurar de otro modo si se necesitan mayores grados de aislamiento. Los blindajes exteriores perforados ofrecen a menudo protección contra la electrodeposición en superficies internas permitiendo al mismo tiempo que el escape del líquido acumulado (o lluvia).

Las superficies de la boquilla se configuran para influir en la forma y concentración de las líneas de campo eléctrico de carga espacial impuestas en las varias superficies del cuerpo 1 y la cubierta 2 al objeto de influir beneficiosamente en la trayectoria de gotitas de pulverización cargadas que vuelven a la boquilla. Una nube de pulverización adecuadamente cargada salida de una boquilla de carga por inducción impone típicamente un campo de carga espacial pasiva de 2 a 4 kV/cm de magnitud en las superficies planas de la boquilla. Sobre superficies planas, continuas lisas, conductoras por contaminantes, de la boquilla, las líneas de campo de carga espacial terminan espaciadas uniformemente y perpendicularmente. Cuando se encuentran discontinuidades superficiales angulares, las líneas de campo todavía terminan perpendicularmente, pero se concentran más en formas convexas, y se concentran menos dentro del interior de las formas cóncavas. Para la boquilla, los potenciales se mantienen en las películas superficiales de la boquilla, y los bordes de las cavidades y otras superficies de boquilla se conforman intencionadamente de manera que se imponga un campo eléctrico curvilíneo activo para proteger las superficies de la boquilla contra la deposición de pulverización cargada. Las gotitas cargadas que se desplazan a lo largo de tales líneas de campo curvadas experimentan fuertes fuerzas centrífugas que las repelen efectivamente de la zona de abertura de la cavidad, y las alejan de la boquilla, a un campo de flujo de aire, protegiendo así estas zonas contra la deposición.

Para el ejemplo representado en la figura 7, los campos de contaminantes superficiales que se forman en la porción de cuerpo 1 unida a partes pulverizadoras puestas a tierra dan lugar a una superficie puesta a tierra de la porción de cuerpo 1. Cada una de las superficies 50 de la porción de cubierta 2 lleva un potencial próximo al del electrodo 18. Esto da lugar a formación de campo eléctrico en el espacio que separa las dos porciones. En la realización representada en la figura 7, las líneas de campo se concentran en los rebordes 54, 55 de las cavidades opuestas 28, 29, respectivamente, para crear líneas de campo eléctrico curvilíneas intensas 60 como se representa. Se evita que entren en las cavidades las gotitas cargadas que vuelven a la boquilla a lo largo de las líneas de campo eléctrico de carga espacial que se originan en la nube de pulverización, porque cuando son arrastradas en el campo curvilíneo cada vez más intenso, se aceleran y la fuerza centrífuga hace que las gotitas sean alejadas del recorrido de curva pronunciada de las líneas de campo y al campo de flujo de aire de arrastre 61 que rodea la boquilla de pulverización.

El campo de flujo de aire 61 y este campo eléctrico activo 60 trabajan conjuntamente, moviendo cada uno las gotitas parásitas cargadas en la dirección del blanco de pulverización deseado. Aunque para este ejemplo se utilizan gotitas con carga negativa resultantes de un electrodo de inducción positiva, esta dirección hacia el blanco resultante de las gotitas que se desplazan en el campo curvado es la misma independientemente de la polaridad del electrodo de inducción.

Con referencia a la figura 8, la adición de una capucha de forma adecuada 30 sobre los agujeros de cavidad se utiliza para crear un campo curvilíneo muy intenso 62 a través de la entrada, entre el reborde 56 de la capucha y un borde 57 formado en la cubierta 2 de la boquilla. Un potencial positivo típico de 800 V en la película superficial de la cubierta dieléctrica 2 colocada a 1/2 cm de un plano de tierra creará un campo eléctrico lineal de 1,6 kV/cm. En el caso de un contorno nítido estratégicamente formado en el cuerpo, enfrente de un labio nítido en una capucha puesta a tierra, la forma del campo es curvilínea y se puede hacer que se aproxime a la intensidad de ruptura dieléctrica de aire si así se desea, aunque tal intensidad de campo no es deseable porque la corriente iónica resultante aumenta la demanda de suministro de potencia. Se requiere una intensidad de campo mucho menor para producir la repulsión por fuerza centrífuga de gotitas de 30 mm cargadas a un nivel de -5 mC/kg. En condiciones severas, donde se acumula líquido en la capucha 30 o cerca del cuerpo 1, el líquido se desplaza al reborde de capucha 56 y es empujado al campo curvado 62 antes de la formación de puntos de goteo propensos a ionización. Este líquido tiende a ser atraído a la cubierta 2, evitando las cavidades 28, 29 a lo largo de líneas curvilíneas, y es impulsado por acción venturi al chorro y es reatomizado.

Los bordes 54, 55 de la cavidad utilizan el campo eléctrico mantenido activamente entre bordes de boquilla y cavidad, conformando el campo de manera que promueva la repulsión de gotitas de lugares superficiales protegidos. A la inversa, el extremo delantero de la boquilla 58 está configurado para atraer gotitas hacia la superficie frontal 24 en la salida 33, utilizando el campo eléctrico pasivo 63 creado por la nube de pulverización cargada próxima. Las formas convexas nítidas en el extremo delantero de boquilla 58 y la estrecha proximidad de esta superficie a la nube de pulverización cargada, crean una concentración intensa de líneas de campo alrededor de la cara de la salida 24. Las gotitas cargadas se aproximan al extremo delantero 58 de la boquilla y la mayor parte es arrastrada de nuevo al chorro de pulverización y aproximada al blanco antes de chocar en la boquilla. El líquido de pulverización depositado es impulsado a lo largo de la superficie 50 y reatomizado al chorro por la fuerte acción venturi.

El chorro de pulverización de gas a alta velocidad se utiliza para repeler y/o expulsar cualquier pulverización cargada o no cargada que tienda a recogerse sobre superficies de la boquilla. La alta energía cinética localizada y la velocidad del chorro de gas atomizante cuando éste y las gotitas cargadas acompañantes salen de la salida de chorro 33 produce una zona de presión reducida que empuja al chorro cualquier pulverización que tienda a depositarse y/o acumularse sobre las caras de área pequeña de la salida resistente a la abrasión 33, la cara de la salida 24, u otras superficies 50 de la cubierta 2. Obedeciendo a la ley de conservación del momento, los impactos moleculares del chorro central de gas a alta velocidad que sale de la boquilla en la salida del chorro delantero 33 imparten una velocidad y arrastran un volumen significativo de aire ambiente circundante. Este arrastre acelera volúmenes adicionales de aire que barren superficies externas del cuerpo de boquilla 1 y la cubierta 2 al chorro principal central de gas/pulverización a alta velocidad que sale de la boquilla. Tales movimientos controlados del aire a lo largo de superficies de boquilla de contornos adecuados son beneficiosos para separar el líquido depositado antes de que se pueda acumular suficientemente para iniciar picos de descarga eléctrica inducida. Además, las pequeñas gotitas pulverizadas suspendidas en el aire y otras partículas contaminantes que se difunden inadvertidamente a las cavidades protectoras serán expulsadas por vacío o acción venturi parecido al humo de un cigarrillo expulsado del interior de un vehículo en marcha por una ventana ligeramente abierta.

La presente invención puede incluir contornear la forma externa del cuerpo de boquilla y las piezas de cubierta acompañantes de manera que los efectos beneficiosos de la fuerza centrífuga ejercida en las partículas cargadas que se desplazan en campos eléctricos curvilíneos trabajen conjuntamente con campos de flujo aerodinámico para excluir la excesiva acumulación de líquido, la descarga de gotitas por deposición, y los problemas de acumulación de líquido y corona inducida observados en las boquillas de carga convencionales.

La figura 9 muestra una vista en sección transversal en alzado tomada a través del eje del conducto eléctrico 6 que termina en el extremo situado hacia abajo del cuerpo de boquilla 1 en un poste de contacto 23. El conducto eléctrico 6 a través del cuerpo 1 puede contener un cable de fuente de alimentación, la fuente de alimentación propiamente dicha, o hacerse de material conductor o semiconductor para conexión a una fuente de alimentación. Si se ha de incorporar una fuente de alimentación de electrodo 43 en la boquilla o unirse a ella, la realización preferida deberá incluir las conexiones de entrada de bajo voltaje 64 en la sección de cuerpo de voltaje bajo 1 de la boquilla. En este caso, la fuente de alimentación 43 puede estar situada en o dentro del cuerpo 1 o la cubierta 2. Si la fuente de alimentación 43 está montada en la porción de cubierta 2, los cables de entrada de bajo voltaje deberán estar dentro del cuerpo de voltaje bajo de la boquilla 1. Si se desea tener cables de entrada de bajo voltaje en el exterior de una sección de alto voltaje de la boquilla, se debe usar adecuado aislamiento contra alto voltaje de los cables y se debería usar una capucha protectora u otra estructura para proteger una porción de los cables para minimizar seguimiento eléctrico a lo largo de superficies de aislamiento de cable hacia los conectores o partes pulverizadoras puestas a tierra.

En la realización representada en la figura 9 en la que el conductor de alto voltaje está en un conducto 6 en el cuerpo de boquilla 1, el conducto 6 tiene un extremo terminal 23 que contacta con una superficie conductora 19 que está conectada eléctricamente al electrodo en la porción de cubierta 2. La superficie conductora 19 puede ser un aro de metal o plástico conductor introducido en la cavidad de cubierta o puede ser un plástico conductor colado o inyectado. Es preferible que la superficie sea continua y rodee el interior de la porción de cubierta para establecer un equipotencial en la película superficial en las superficies internas 59 de la cubierta hacia arriba del electrodo 18 a la superficie conductora 19. Esta superficie equipotencial 59 evita que se formen recorridos de corriente desde el electrodo 18 hacia atrás a cualquiera de las superficies críticas de la zona de atomización de la boquilla y también evita el deterioro de la región de la punta de fluido doble 12. En caso de cortocircuito directo entre la punta del orificio de líquido 12 y el electrodo 18, la corriente se dirige hacia la corriente de líquido propiamente dicha, en lugar de a lo largo de recorridos en las superficies dieléctricas, y el recorrido resistivo de la corriente de líquido y el elemento resistivo en la entrada de electrodo limita el arco grande en la punta.

Se forma un paso eléctrico 20 en la cubierta 2 entre la superficie conductora 19 y el electrodo 18. Se puede introducir un cable u otro material altamente conductor, o una resistencia fija 41, en el paso 20, o el contacto eléctrico puede ser mediante un material conductor o semiconductor que se pueda inyectar o colar, tal como plástico cargado con carbono. Cuando es deseable utilizar un elemento resistivo para contactar el electrodo, se puede instalar un elemento resistivo en el paso 20 o en el canal eléctrico en el cuerpo 6. Esto último es preferible para seguridad y para garantizar que haya potenciales iguales en las superficies interiores de los componentes de cubierta para evitar allí las corrientes superficiales. Cuando se utiliza una sola fuente de alimentación con una sola boquilla, se puede usar un suministro no regulado de menor potencia si las características de carga de salida son deseables, o se puede colocar una resistencia limitadora en un circuito de suministro de potencia. Cuando varias boquillas han de operar desde una sola fuente de alimentación puede ser deseable usar un elemento resistivo en cada boquilla, si estas resistencias se contienen dentro de la fuente de alimentación o la boquilla. Esto evita que una boquilla cortocircuitada del conjunto reduzca el voltaje de carga en otras boquillas que operen con la misma fuente de alimentación.

Los métodos descritos en esta invención para establecer y mantener bajo el escape superficial y una resistencia alta entre la salida del suministro de potencia de la boquilla y tierra permiten el uso de una resistencia adecuada de limitación de corriente sin sacrificar un voltaje significativo en el electrodo. Una resistencia colocada en el cuerpo o en cualquier lugar antes del electrodo 18 tiene el beneficio de limitar la corriente a un nivel no peligroso en caso de contacto con el electrodo 18 o las superficies contaminadas de la boquilla. Pero, a causa de la conexión en serie con la resistencia superficial contaminada, el uso apropiado ha eludido a quienes diseñaron boquillas convencionales. La seguridad es una motivación clave para reducir los requisitos de la fuente de alimentación para boquillas de inducción. A menudo se pueden tomar 9 mA a 800 voltios de las superficies externas contaminadas de algunas boquillas comerciales convencionales de este tipo general de carga por inducción que tienen fuentes de alimentación sobredimensionadas para compensar las altas corrientes de fuga problemáticas. El mayor peligro creado no procede generalmente del shock eléctrico propiamente dicho, sino de la acción de la persona que se retira rápidamente de la fuente y cae o choca con algo. Sin embargo, intentos anteriores de usar resistencias limitadoras o suministros no regulados de menor potencia, aunque exitosos para la seguridad, reducen el voltaje de electrodo y la carga.

El gráfico representado en la figura 10 ilustra los resultados de una prueba donde los valores de resistencia eléctrica desde los electrodos de inducción a tierra de una boquilla convencional y una boquilla según la presente invención se comprobaron durante un período de tiempo mientras se pulverizaba agua conteniendo sustancias químicas comunes en agricultura. Las resistividades de la mezcla de pulverización estaban cerca de 28 ohmio-cm para cada una de las soluciones (en comparación con un valor típico de 5.000-10.000 ohmio-cm para el agua de grifo). Sin embargo, la mezcla de fertilizante foliar conteniendo también fungicida de cobre forma de manera característica un recubrimiento grueso en las boquillas y no se pudo comprobar con éxito en la boquilla convencional. Durante esta prueba se puso un ventilador que hiciese volver una porción de la pulverización a la cara de las boquillas para simular la situación que se produce frecuentemente cuando las boquillas de carga se ponen para pulverizar en direcciones opuestas, como en pulverización de viñedos, por ejemplo. Al comienzo de la prueba de la boquilla convencional, las superficies de la boquilla se limpiaron y la resistencia del electrodo a tierra era 11 megaohmios, que está cerca del valor de 15 megohmios de la resistencia shunt de salida del suministro de potencia. En una hora, la resistencia del electrodo a tierra se redujo a menos de 1 kiloohmio y varió sustancialmente con el nivel observado de recubrimiento resistivo presente en la boquilla. En este caso no se usó una resistencia limitadora de fuente de alimentación en la boquilla de la técnica anterior y no se pudo usar sin reducir considerablemente el voltaje de electrodo. La curva superior de la figura 10 muestra los resultados de la prueba usando una boquilla según la presente invención pulverizando una mezcla mucho más pesada del fertilizante foliar muy conductor con una cantidad sustancial de fungicida de cobre añadido. En este caso la resistencia inicialmente alta del sistema a tierra se mantuvo durante todo el intervalo de prueba y se utilizó con éxito una resistencia en serie de 1,2 megohmios. No se sintió shock eléctrico al tocar la cubierta de la boquilla de carga, ni siquiera cuando estaba sustancialmente recubierta por la pulverización.

También durante esta prueba, el nivel de carga de pulverización se comprobó con respecto a cada boquilla y estos resultados se representan en la figura 11. La carga de pulverización se determinó midiendo la corriente de nube de pulverización que se convirtió a carga por volumen unitario de pulverización en base al caudal de líquido. Por ejemplo, cada boquilla tenía un caudal de 120 ml/min de modo que un nivel de corriente de nube de pulverización de 10 mA se convierte en un nivel de carga de 5 mC/l. Se ha determinado previamente que un nivel de carga deseable para una deposición beneficiosa doble frente a pulverización no cargada es del orden de 3 mC/l o mayor. La boquilla de la técnica anterior cargó pulverización de agua, que tiene un valor de resistividad eléctrica de 6500 ohmio-cm, a un nivel de 5,5 mC/l. Sin embargo, con el 10% de químicos añadidos al líquido de pulverización la carga se redujo a solamente 3,8 mC/l inicialmente y además se redujo rápidamente a menos de 2 mC/l cuando se contaminan las superficies de la boquilla. La boquilla de la invención cargó pulverización de agua a un nivel de 7,5 mC/l, y cuando se añadió el nivel de 20% de las dos sustancias químicas, el nivel de carga se mantuvo a 7 mC/l durante todo el tiempo de 5-6 horas de la prueba.

La figura 12 muestra una prueba separada donde la corriente de la fuente de alimentación de la boquilla se comprobó con respecto a las dos boquillas como antes. En este caso, sin embargo, se añadió fungicida de cobre así como fertilizante foliar a la mezcla pulverizada con la boquilla convencional. La naturaleza del cobre produce más recubrimiento de la boquilla que el fertilizante foliar solo. El resultado final fue que la boquilla se dañó irreversiblemente: en primer lugar, se deformó el canal de atomización (alterando la atomización y la geometría del campo de carga interno), y en menos de dos horas la punta dieléctrica del orificio de líquido se picó severamente y la boquilla ya no podía cargar la pulverización sobre 0,8 mC/l. Antes del fallo grave de la punta, generalmente el requisito de corriente para la boquilla de la técnica anterior era más de 40 veces mayor que la corriente necesaria para operar la boquilla según la presente invención, mientras que el nivel de carga logrado con la presente invención era más de 3 veces más alto que la boquilla convencional. Así, la presente invención proporciona una salida de corriente de pulverización 120 veces mayor por unidad de entrada de corriente de la boquilla que la boquilla convencional.

Otro beneficio confirmado durante estas pruebas de pulverización fue que con la nueva boquilla de alta impedancia el líquido no formó picos de descarga eléctrica ni ionizó en la cara de la boquilla ni siquiera cuando se vertió intencionadamente líquido sobre la cara. Sin embargo, se produjo fácil y continuamente ionización inducida con el dispositivo de la técnica anterior. Además, la boquilla convencional exhibía un brillo de corona visible en el reborde de la punta del orificio de líquido, indicando ionización y descarga eléctrica del líquido cuando salía de la punta. Aunque esto puede mejorrar la carga por unión iónica producirá eventualmente fallo de la punta de líquido debido a picado físico y deformación del reborde de la punta.

La descripción anterior se ha referido a realizaciones preferidas de la invención. Se puede emplear otras estructuras, diseños, dimensiones, componentes, modificaciones, supresiones y/o adiciones, que pueden tener la finalidad de crear boquillas o porciones de boquillas que produzcan efectos parecidos a las boquillas y porciones de boquillas descritas anteriormente, sin apartarse del alcance de la invención definida por las reivindicaciones.

Claims (4)

1. Una boquilla de carga de pulverización por inducción incluyendo:

(a)

un cuerpo (1), construido de un material dieléctrico, incluyendo un canal de líquido (5) para transmisión de líquido y un canal de gas (4) para transmisión de gas, terminando el canal de líquido (5) en una punta (16);

(b)

una cubierta (2) conectada extraíblemente al cuerpo (1), cubierta (2) que se hace de material al menos parcialmente aislante, incluyendo la cubierta:

(i)

una superficie interior que coopera con una superficie exterior del cuerpo (1) para formar al menos un vacío al que pueden fluir líquido que emana de la punta (16) y gas que emana del cuerpo (1), formando la cubierta (2) un canal (35) a través del que fluyen el líquido y gas, estando adaptada la forma del canal (35) para hacer que líquido atomizado y gas emanen apropiadamente del canal (35) al aire que rodea la boquilla; y

(ii)

un electrodo (18) rodeando al menos parcialmente el canal (35), y adaptado para crear carga eléctrica en el líquido que fluye en el canal (35);

caracterizándose la boquilla porque:

(c) el líquido se pone a tierra hacia arriba de la punta (16); y

(d) el canal de líquido (5) está aislado eléctricamente del electrodo (18) y se forma sin discontinuidades estructurales, tal como costuras o separaciones, en el material dieléctrico del cuerpo (1) a lo largo de la longitud del canal (5), y entre el canal (5) y la punta (16) del cuerpo de boquilla (1), para evitar que fluya corriente desde el electrodo (18) al líquido contenido en el canal (5).

2. Una boquilla de carga de pulverización por inducción según la reivindicación 1, incluyendo además una superficie conductora (19) dentro de la cubierta (2), acoplada eléctricamente al electrodo (18) y adaptada para hacer que el potencial en posiciones predeterminadas en superficies internas de la cubierta (2) esté sustancialmente al mismo potencial que el electrodo (18).

3. Una boquilla de carga de pulverización por inducción según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, incluyendo además una salida (33) hecha de material resistente a la abrasión colocada junto a y rodeando al menos parcialmente el canal (35).

4. Una boquilla de carga de pulverización por
inducción según cualquier reivindicación anterior en la que la cubierta (2) incluye además un elec-
trodo (18) hecho de material resistente a la abra-
sión.

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