ES2217942B2 - Instalacion para la depuracion de humos y gases. - Google Patents
Instalacion para la depuracion de humos y gases.Info
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Abstract
Instalación para la depuración de humos y gases Comprende una estación de recogida de humos y gases, una estación de pulverización de agua, una estación de lavado donde se separan y eliminan partículas sólidas, líquidos y gases en suspensión, que incluye un conducto que presenta un estrechamiento Venturi, un decantador de aguas con partículas precipitadas que pasan a un sistema de depuración, y un ventilador de aspiración. La estación de pulverización incluye unos rociadores que aplican agua pulverizada sobre los humos y gases contaminados a alta presión las cuales forman pequeñas gotas que son bombardeadas contra las partículas sólidas, líquidos o gases contenidos en los humos, produciendo su rotura, arrastre y mezcla con el agua de las gotas. La presión del agua pulverizada está comprendida entre 34,5 y 200 bar y preferiblemente entre 120 y 160 bar.
Description
Instalación para la depuración de humos y
gases.
La presente solicitud de Patente de Invención
consiste, conforme indica su enunciado, en una "Instalación para
la depuración de humos y gases", cuyas nuevas características de
construcción, conformación y diseño cumplen la misión para la que
específicamente ha sido proyectada, con una seguridad y eficacia
máximas y proporcionando numerosas ventajas tal como se detallará
en la presente memoria.
Son conocidos los efectos perjudiciales del humo
y los gases de la combustión generados, por ejemplo en los
incendios. Los humos y gases influyen de manera crítica sobre la
seguridad de la vida humana, la protección de los bienes y sobre
los procedimientos para la extinción de incendios en edificios.
El humo producido en un incendio está constituido
esencialmente por una mezcla de vapores y gases calientes
generados por la combustión incompleta, una serie de materiales
descompuestos y condensados sin quemar y cierto volumen de aire
arrastrado por los gases. La generación de humos en un incendio
puede variar de manera considerable dependiendo de factores tales
como la cantidad y tipo de elementos combustibles que existan en su
interior así como de la ventilación del edificio.
Esto hace necesaria la disposición de un sistema
de depuración de humos y gases contaminados que resulte rápido y
eficaz. En este sentido, la reglamentación vigente relativa al
impacto ambiental ha supuesto la proyección de sistemas de
depuración fundamentalmente dirigidos al lavado y la corrección de
los gases generados en procesos químicos que, en sus últimas fases,
liberan a la atmósfera cantidades excesivas de materias peligrosas.
Ello ha dado lugar a la aplicación de sistemas para el lavado de
gases industriales para la depuración de humos y gases de
combustión de gasóleos.
En la técnica anterior existen sistemas de
depuración de humos y gases que contienen partículas sólidas o
líquidas en suspensión que pueden ser tóxicas (por ejemplo humos y
gases producidos en el incendio de una edificación). Dichos
sistemas de depuración conocidos consisten en separadores húmedos
en los que la separación se realiza por medio de una corriente de
agua pulverizada que se inyecta en una cámara por donde circulan
los humos. Las partículas son arrastradas por la corriente líquida
hacia la parte inferior del equipo.
En estos sistemas se inyecta agua a baja presión,
a chorro o en grandes gotas, en un colector de paso de humos antes
del estrechamiento de la sección del Venturi donde se produce un
aumento brusco de la velocidad.
El flujo de gas recibe agua pulverizada antes o
durante la constricción en el tubo del equipo Venturi, de manera
que la diferencia de velocidad y presión que resulta de la
constricción provoca que las partículas de gas y agua se mezclen.
Una vez que las partículas han sido capturadas por el líquido, la
mezcla humedecida y las gotas de líquido en exceso son separadas de
la corriente de gas utilizando medios de separación (típicamente un
separador ciclónico y/o un eliminador de neblina). Los diseños
actuales para los depuradores tipo Venturi utilizan generalmente el
flujo vertical de gas hacia abajo a través de la garganta del
citado Venturi.
En la parte inferior del Venturi se dispone un
recipiente destinado a la separación de las fases líquida y gaseosa
y sirve también para contener y recircular el líquido de lavado. La
corriente gaseosa, tras pasar por el equipo de lavado, es enviada a
la atmósfera previo paso por un separador de gotas de flujo
vertical de alta eficacia. El caudal de aportación de líquido de
lavado, que puede efectuarse en continuo o discontinuo, es en
función de parámetros tales como la concentración de contaminantes,
humedad del aire, tensión de vapor, contenido en sólidos, etc.
El principal inconveniente de estos sistemas
tradicionales de limpieza y depuración de humos originados en los
incendios de hidrocarburos (gasóleo, etc...) reside en el hecho de
que no resultan totalmente eficaces en la depuración por cuanto
sólo garantizan una depuración del 95% de las partículas de más de
5µm, de manera que el 5% restante no depurado contiene partículas
de carbono de un tamaño inferior.
Otro inconveniente particularmente relevante en
este tipo de instalaciones es que las elevadas temperaturas que
pueden alcanzar los gases aspirados pueden llegar a originar
deformaciones en la estructura del Venturi, de las conducciones y
de los ventiladores.
En el caso, por ejemplo, de edificios para
prácticas de simulación de incendios, se utilizan combustibles que
son normalmente gases (propano y butano) y líquidos (gasolinas y
gasóleos), utilizándose generalmente gasóleo de automoción como
combustible estándar. El humo de la combustión del gasóleo presenta
un elevado contenido en partículas finas (inferior a 0,5 micras)
que con los sistemas tradicionales no es posible depurar.
Con la solución propuesta por la presente
invención dichas partículas finas pueden ser capturadas de una
manera extremadamente eficaz siendo posible la realización de
prácticas con fuegos reales de combustible estándar sin limitación
de producción de humos debido a la efectiva depuración de los
mismos.
La presente invención presenta una instalación
para la depuración de humos y gases con la que se consiguen unos
resultados espectaculares en cuanto a la eliminación de partículas,
en cumplimiento con las más estrictas normas vigentes. Estas
ventajas permiten aplicar la instalación objeto de la invención en
un amplio abanico de situaciones, por ejemplo en túneles de paso de
vehículos, en edificios para la simulación real de incendios,
etc.
La solución que se persigue consiste en imprimir
una gran velocidad a las partículas para que su energía cinética
sea suficiente para que escapen del itinerario de la masa de gases
portadores. Con ello es posible una depuración efectiva de
atmósferas con un alto contenido en partículas sólidas,
especialmente humos producidos en la combustión de materiales
sólidos o líquidos. En la instalación que se propone, los gases
contaminados se depuran de tal manera que son devueltos a la
atmósfera con un contenido en partículas contaminantes inferior a
los máximos permitidos por las disposiciones vigentes. En la
instalación se produce un enfriamiento del aire, de los gases y de
las partículas sólidas contenidas en los humos. El calor es
transferido al agua con los residuos sólidos y líquidos.
La instalación para la depuración de gases
objeto de la invención comprende una estación de recogida de humos,
una estación de pulverización de agua, una estación de lavado donde
se separan y eliminan las partículas sólidas contenidas en el humo
o aire y en la que los humos son impulsados a gran velocidad por un
estrechamiento tipo Venturi, unos ventiladores de aspiración y una
estación de depuración de aguas de lavado.
La particularidad de la instalación de la
presente invención reside en el hecho de que la citada estación de
pulverización incluye una pluralidad de boquillas que aplican agua
pulverizada sobre dichos gases contaminados a alta presión las
cuales forman pequeñas gotas que son bombardeadas a alta velocidad
contra las partículas sólidas contenidas en los humos, produciendo
su captura, rotura, arrastre y mezcla con el agua de las gotas. De
acuerdo con la invención, el agua pulverizada se aplica a una
presión que está comprendida en el margen de entre 34,5 y 200
bar.
Preferiblemente, dichas boquillas aplican agua
pulverizada a una presión comprendida en el margen de entre 120 y
160 bar.
De acuerdo con otra característica de la
invención, se disponen unas boquillas pulverizadoras y
nebulizadoras que aplican agua pulverizada a presión en el sentido
de la corriente de flujo de gas.
La emisión de agua nebulizada a alta presión
permite reducir el diámetro de las partículas de agua a un mínimo,
dándoles una gran velocidad de circulación. Al reducir el tamaño de
las partículas de agua se consigue un aumento de la superficie
relativa que da lugar a un incremento de la absorción del calor y
de las partículas sólidas de menor tamaño. Además, otra ventaja es
que se aumenta la rigidez del fluido asimilando la partícula de
agua a un sólido rígido. Otras ventajas de la instalación de
depuración de la invención es que pueden tratarse polvos
inflamables y explosivos con bajo riesgo con un mantenimiento
relativamente bajo. Esto se consigue con un diseño simple y de
fácil instalación.
Al comportarse el agua como un sólido rígido
(cuerpo inelástico), según la dinámica de choques, la percusión
directa del agua con los residuos de la combustión provoca la
rotura de las mismas disminuyendo su tamaño.
Al ser constante la cantidad de movimiento,
resulta que M_{H20} \cdot V_{H20}+ M_{c} \cdot V_{c}=
(M_{H20}+ M_{c}) \cdot V, por lo que
V_{H20}>V>V_{c}.
Es decir, la velocidad del conjunto (agua más
carbono) es menor que la del agua. Al pasar la mezcla a través de
un Venturi se aumenta la velocidad la cual desciende bruscamente
después.
El bombardeo de agua a alta velocidad, cubriendo
el cabezal de los rociadores toda la sección del colector de los
humos y a mayor velocidad que la de éstos origina, además de la
rotura de las partículas, el arrastre de las mismas.
Cuando se atraviesa la menor sección del Venturi
se produce una pérdida de carga y a su vez una pérdida de presión,
con un aumento de la velocidad.
La pérdida de presión disminuye la rigidez de la
partícula de agua, que recupera su comportamiento como líquido,
facilitando así la agrupación de las partículas. Al pasar la
sección de estrechamiento del Venturi, los gases se expansionan
rápidamente y son succionados por el ventilador- extractor en
dirección opuesta a su recorrido y en sentido ascendente.
Las gotas de agua cargadas de materia al entrar
en el decantador se separan de los gases de arrastre, recogiéndose
el agua con las partículas sólidas en el fondo del recipiente
decantador.
La mayor masa de las gotas de agua con las
partículas sólidas incorporadas, al ser aceleradas por el Venturi,
adquieren una inercia que facilita su decantación en un recipiente
al perder la velocidad una vez pasada la menor sección del Venturi,
que recoge las gotas en la parte inferior y aspira los gases y el
aire por la parte superior.
La eficacia del sistema de depuración de la
presente invención reside en el hecho de que, aparte de la
precipitación y separación de las partículas sólidas, se produce un
efecto de rotura de las partículas de carbono, produciendo negro de
humo que flota sobre el agua decantada, facilitando su separación y
recogida superficial.
De una manera más detallada, la instalación de la
invención comprende:
- una estación de recogida de humos, que
comprende una serie de colectores y conductos en la que la
captación se realiza por aspiración mediante un extractor dispuesto
al final del proceso;
- una estación de pulverización con agua a alta
presión cuyo caudal variará según la composición de los HUMOS y
GASES y cuya presión será preferiblemente superior a 120 bar. La
instalación de pulverizadores de agua incluye cabezales rociadores
coaxiales formando pisos a distintos niveles y en la propia pared
cilíndrica del recinto;
- una estación de lavado donde se separan y
eliminan las partículas sólidas contenidas en el humo o aire
cargado. Los humos (aire más partículas) son impulsados a gran
velocidad por el estrechamiento Venturi. Esta impulsión se combina
con el bombardeo de microgotas de agua de altísima energía
cinética. En este estrechamiento, las microgotas chocan con las
partículas en suspensión en el humo y les imprimen su energía
arrastrándolas en su trayectoria hacia un colector donde se evacuan
mezcladas. Mientras, el aire se ha expandido, pierde su velocidad y
es aspirado en una zona de remanso lejos de la trayectoria de las
gotas y partículas sólidas siguiendo su camino hacia el exterior.
Dada la reducida masa de las partículas, se requieren grandes
velocidades para adquirir suficiente energía cinética para seguir
la trayectoria y no ser arrastradas por el aire. Ello se consigue
con el arrastre de las microgotas de agua obtenidas en uno o varios
cabezales nebulizadores compuestos de boquillas múltiples a muy
alta presión tal como se ha indicado. Este efecto únicamente es
eficaz si el chorro de microgotas barre la totalidad de la
superficie transversal y es homogéneo en toda la sección y tramo de
lavado lo cual determinará precisamente el número y disposición de
cabezales y boquillas. En la estación de lavado y en el decantador
de líquidos pueden utilizarse aditivos para neutralizar y corregir
determinadas anomalías. El depósito separador dispone de un sistema
sifónico para las purgas continuas del agua a tratar. La corriente
gaseosa es enviada a la atmósfera previo paso por un separador de
gotas, de flujo vertical de alta eficacia;
- por lo menos un ventilador de aspiración:
independientemente de las etapas que se seleccionen, ésta es
fundamental para la circulación de los gases;
- una estación de depuración de aguas de lavado
en la que las aguas que arrastran consigo las material sólidas son
conducidas adecuadamente para su posterior depuración y en el caso
de instalaciones específicas para maniobras de entrenamiento de
bomberos se destinarán la depuradora general de aguas de
escorrentías de la extinción. La práctica totalidad de materias
sólidas son partículas carbonosas finas (negro de humo) insolubles
en agua y que flotan en la misma y que pueden ser separadas de ella
por espumación superficial. En caso de la depuradora general no lo
tenga, se dispone un separador de negro de humo.
De acuerdo con otra característica de la
invención, en función del contenido de los humos a depurar y de la
velocidad de circulación en la boca de salida del recinto de humos,
en dicha estación de pulverización con agua a alta presión se
disponen unos rociadores de agua pulverizada que sale proyectada a
alta presión de acuerdo con los valores establecidos anteriormente,
es decir entre 34,5 y 200 bar y preferiblemente entre 120 y 160
bar. Dichos rociadores se disponen en distintas distribuciones
espaciales dentro del recinto de los cabezales, siguiendo distintos
criterios, tal como se indica a continuación.
En primer lugar, con humos de bajo contenido en
partículas, en la estación de pulverización se dispone un solo
rociador con múltiples salidas de agua que se monta coaxial con el
eje del recinto cilíndrico de la citada estación.
En segundo lugar, al aumentar el contenido de
partículas, en la estación de pulverización se dispone un cabezal
con varios rociadores colocados en una misma estructura de soporte
en un plano perpendicular al eje del recinto cilíndrico. Dichos
rociadores se distribuyen de modo equidistante en serie, formando
una corona, o al tresbolillo. Alternativamente, pueden disponerse
dos o más cabezales con un solo rociador central o varios
rociadores periféricos equidistantes, formando pisos de estructuras
de cabezales coaxiales y a distintos niveles del interior del
recinto de los cabezales.
En tercer lugar si el nivel de partículas
contenidas en los humos es muy elevado, en la estación de
pulverización se disponen cabezales de apoyo en la pared cilíndrica
del recinto de los cabezales, situándolos equidistantes sobre
circunferencias trazadas en la pared lateral con su centro sobre el
eje del recinto.
La invención presenta un amplio ámbito de
aplicaciones. Una de las aplicaciones es una instalación de
entrenamiento de bomberos en la cual deben simularse las
condiciones reales de incendios en situaciones controladas, tal
como la descrita en la patente n° ES2.076.864 cuyo titular es el
mismo que el de la presente invención. Dicha patente se refiere a
una unidad modular de formación permanente de equipos de bomberos
que comprende una base subterránea sobre la cual se asientan una
serie de módulos independientes que pueden incorporarse al conjunto
simultáneamente o en sucesivas fases de realización del proyecto,
y que permiten reproducir todas las emergencias ante las que pueda
hallarse en la realidad el equipo humano sometido a formación.
Se describe a continuación, de manera detallada y
a modo de ejemplo no limitativo, una realización preferida de una
instalación para la depuración de humos y gases de acuerdo con la
presente invención, a partir de la cual resultarán más claras las
características y las ventajas de la misma. La descripción que
sigue se da con referencia al dibujo que se acompaña, que
corresponde a una vista en alzado esquemática de la instalación de
la invención.
Se relacionan a continuación las distintas
referencias que se han utilizado para describir la realización
preferida del dispositivo de la presente invención:
- (1)
- estación de recogida de humos;
- (2)
- boca de salida;
- (3)
- conducto de salida;
- (4)
- derivación a chimenea;
- (5)
- chimenea entrada aire y seguridad;
- (6)
- estación de pulverización de agua;
- (7)
- estación de lavado;
- (8)
- estrechamiento Venturi;
- (9)
- cabezales con rociadores;
- (11)
- decantador de líquidos;
- (12)
- depurador de aguas de lavado;
- (13)
- filtro;
- (14)
- codos;
- (15)
- conductos;
- (16)
- reducciones;
- (17)
- ventilador de aspiración;
- (18)
- conducto cilíndrico de la estación de pulverización de agua;
- (19)
- pieza de ajuste; y
- (20)
- conducto de análisis.
La instalación para la depuración de gases que
se ilustra en la figura está formada por una estación de recogida
de humos y gases (1); una estación de pulverización de agua (6);
una estación de lavado (7) en la cual se separan y eliminan las
partículas sólidas, los líquidos y los gases en suspensión, que
incluye un conducto que presenta un estrechamiento venturi (8) con
el cual se consigue impulsar los humos a una mayor velocidad que
posteriormente desciende de manera brusca para lograr la
precipitación de las partículas de mayor masa; un decantador (11)
de las aguas con las partículas precipitadas que pasan a un
depurador de aguas (12) a través de una purga continua de aguas a
tratar; y un ventilador de aspiración (17).
La estación de recogida de humos (1) va provista
de una boca de salida (2) conectada a un conducto de salida (3) que
desemboca en una derivación (4) la cual, a su vez, está conectada a
una chimenea (5) a la estación de pulverización de agua (6)
dispuesta a continuación.
Esta estación de pulverización de agua (6)
incluye un cabezal (9) dotado de una pluralidad de rociadores que
aplican agua pulverizada sobre los gases contaminados que salen de
la boca de salida (2). El agua pulverizada sale a alta presión
formando pequeñas gotas que son bombardeadas contra las partículas
sólidas contenidas en los humos, produciendo su rotura, arrastre y
mezcla con el agua de las gotas. De acuerdo con la realización que
se describe a modo de ejemplo, la presión de pulverización es de
120 bar.
Existen diversas combinaciones en la
configuración de la estación de pulverización de agua (6)
dependiendo de las necesidades: puede disponerse un rociador
provisto de múltiples salidas de agua el cual queda montado coaxial
al conducto cilíndrico (18) de la citada estación (6); puede
disponerse un cabezal dotado de varios rociadores colocados en una
misma estructura de soporte situado en un plano perpendicular al
eje del conducto cilíndrico (18) de la citada estación (6)
distribuidos de modo equidistante en serie formando una corona o al
tresbolillo; o bien dos o más cabezales con un solo rociador
central formando pisos de estructuras de cabezales coaxiales y a
distintos niveles del interior del conducto cilíndrico (18) de
dicha estación (6). También podrían disponerse varios rociadores
periféricos equidistantes formando pisos de estructuras de
cabezales coaxiales y a distintos niveles del interior del conducto
cilíndrico (18) de la estación de pulverización de agua (6) o
incluso varios cabezales de apoyo en la pared cilíndrica del
conducto cilíndrico (18) dispuestos equidistantes sobre
circunferencias trazadas en la pared lateral con su centro sobre el
eje del citado conducto cilíndrico (18) de la estación (6).
A continuación, se dispone la citada estación de
lavado (7) donde se separan y eliminan las partículas sólidas
contenidas en el humo o aire y en la que los humos son impulsados a
gran velocidad por un estrechamiento tipo venturi (8).
En la parte inferior del estrechamiento (8) se
acopla un conducto troncocónico a un decantador de líquidos (11).
En dicha estación (7) se dispone un filtro adecuado (13) que,
mediante diversos codos (14) y conductos (15) así como reducciones
(16), se conecta a un ventilador de aspiración (17). El filtro (13)
filtra las gotas de los humos y gases residuales, separando el
contenido de agua que se vierte en el decantador (11).
En dicho decantador de aguas (11) se dispone, en
la parte superior del mismo, unos cabezales de inyección de
aditivos neutralizantes de las materias peligrosas en suspensión
(tóxicas, infecciosas, corrosivas, comburentes y diversas) en los
humos o gases. Dichos cabezales no han sido mostrados en las
figuras.
Finalmente, a continuación del ventilador (17) se
dispone una pieza de ajuste (19) y un conducto de análisis
(20).
Descrito suficientemente en qué consiste la
instalación para la depuración de humos de la presente invención en
correspondencia con el dibujos adjunto, se comprenderá que podrán
introducirse en la misma cualquier modificación de detalle que se
estime conveniente, siempre y cuando las características esenciales
de la invención resumidas en las siguientes reivindicaciones no
sean alteradas.
Claims (8)
1. Instalación para la depuración de humos y
gases que comprende por lo menos una estación de recogida de humos
y gases (1), una estación de pulverización de agua (6), una
estación de lavado (7) en la cual se separan y eliminan las
partículas sólidas, los líquidos y los gases en suspensión, que
incluye un conducto que presenta un estrechamiento Venturi (8), un
decantador (11) de las aguas con las partículas precipitadas que
pasan a un sistema de depuración de aguas (12), y por lo menos un
ventilador de aspiración (17), caracterizada en que la
citada estación de pulverización (6) incluye una pluralidad de
rociadores (21) que aplican agua pulverizada sobre los humos y
gases contaminados a alta presión las cuales forman pequeñas gotas
que son bombardeadas contra las partículas sólidas, líquidos o
gases contenidos en los humos, produciendo su rotura, arrastre y
mezcla con el agua de las gotas, estando comprendida dicha presión
en el margen de entre 34,5 y 200 bar.
2. Instalación para la depuración de humos y
gases según la 1ª reivindicación, caracterizada en que
dichas boquillas aplican agua pulverizada en funcionamiento de
régimen a una presión entre 120 y 160 bar.
3. Instalación para la depuración de humos y
gases según la 1ª reivindicación, caracterizada en que dicha
estación de pulverización de agua (6) incluye unos rociadores (21)
que aplican agua pulverizada a presión en el sentido de la
corriente del flujo de humo y gas.
4. Instalación para la depuración de humos y
gases según la 1ª reivindicación, caracterizada en que dicha
estación de pulverización de agua (6) incluye un rociador provisto
de múltiples salidas de agua el cual queda montado coaxial a la
citada estación (6).
5. Instalación para la depuración de humos y
gases según la 1ª reivindicación, caracterizada en que dicha
estación de pulverización de agua (6) incluye un cabezal dotado de
varios rociadores colocados en una misma estructura de soporte el
cual está situado en un plano perpendicular al eje del recinto de
la citada estación (6), estando distribuidos dichos rociadores de
modo equidistante en serie formando una corona o al
tresbolillo.
6. Instalación para la depuración de humos y
gases según la 1ª reivindicación, caracterizada en que dicha
estación de pulverización de agua (6) incluye dos o más cabezales
con un solo rociador central formando pisos de estructuras de
cabezales coaxiales y a distintos niveles del interior del recinto
de la citada estación (6).
7. Instalación para la depuración de humos y
gases según la 1ª reivindicación, caracterizada en que dicha
estación de pulverización de agua (6) incluye varios rociadores
periféricos equidistantes formando pisos de estructuras de
cabezales coaxiales y a distintos niveles del interior del recinto
de la citada estación (6).
8. Instalación para la depuración de humos y
gases según la 1ª reivindicación, caracterizada en que dicha
estación de pulverización de agua (6) incluye unos cabezales de
apoyo en la pared cilíndrica del recinto de los cabezales los
cuales se disponen equidistantes sobre circunferencias trazadas en
la pared lateral con su centro sobre el eje del recinto de la
estación.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20041101 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2217942B2 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180808 |