ES2229865B1 - Metodica de la quema del combustible liquido "aereo-centrifugo" e inyector para puesta en practica del mismo. - Google Patents
Metodica de la quema del combustible liquido "aereo-centrifugo" e inyector para puesta en practica del mismo.Info
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Abstract
Metódica de la quema del combustible líquido "aéreo-centrífugo" e inyector para puesta en práctica del mismo. El método, especialmente aplicable a hornos de fundición y del tipo de los que el combustible líquido se mezcla con el comburente para su inmediata combustión, consiste en calentar la mezcla combustible/comburente antes de su ignición, concretamente mediante aportación al inyector de aire caliente, a presión y que accede a la cámara de mezcla de forma tangencial creando en el seno de la misma un torbellino para atomización de dicha mezcla. Para ello la conducción (3) de entrada de combustible accede axialmente a una cámara de torbellino (1), a la que a su vez accede radial o tangencialmente una entrada de aire primario, a presión, con una velocidad supersónica, que es la que genera en dicha cámara (1) el efecto torbellino para una máxima dispersión o fraccionamiento del combustible, que puede llegar a alcanzar el nivel molecular, saliendo la mezcla por la conducción de salida (4) situada tras la cámara (1) y en disposición coaxial con la conducción de entrada de combustible (3). El inyector propiamente dicho puede estar alojado en una conducción (9) de mayor diámetro en la que se establece además una segunda entrada de aire, secundario, forzada (6) o producida por autoabsorción.
Description
Metódica de la quema del combustible líquido
"aéreo-centrífugo" e inyector para puesta en
práctica del mismo.
La presente invención se refiere a un inyector de
combustible líquido, utilizable en cualquier tipo de instalación en
la que la alimentación de combustible se realice mediante
inyección, pero especialmente idóneo en el caso específico de
hornos de fundición.
El objeto de la invención es conseguir una
notable mejora en la combustión del combustible, mediante un
calentamiento de la mezcla combustible/comburente inmediatamente
anterior a la ignición de la misma, y mediante la creación de un
torbellino que mejora a su vez la mezcla combustible/comburente, con
un mejor rendimiento energético, un notable incremento en la
temperatura de la llama y una drástica reducción en la emisión de
agentes contaminantes a la atmósfera, tales como dióxido de azufre,
óxido de carbón, etc, es decir, una drástica reducción en la
contaminación medioambiental.
La invención concierne también al inyector para
la puesta en práctica de tal método.
Como es sabido, los inyectores convencionales
basan su filosofía funcional en llevar a la cámara de mezcla el
combustible a gran presión para su mezcla con el comburente,
habitualmente aire, y subsiguiente combustión de dicha mezcla.
Dado que durante la combustión propiamente dicha
el combustible debe reaccionar con el comburente, es evidente que
el nivel de dispersión conseguido en el combustible, y
consecuentemente el nivel de mezcla con el comburente, resulta
absolutamente fundamental tanto para conseguir unos óptimos
resultados desde el punto de vista de combustión o aprovechamiento
del combustible, como para disminuir la emisión de gases
contaminantes derivados de combustiones incompletas.
Los resultados obtenidos hasta la fecha con los
inyectores conocidos, dejan mucho que desear al respecto.
El método que la invención propone se basa
fundamentalmente, como ya se ha apuntado con anterioridad, en un
calentamiento de la mezcla combustible/comburente, inmediatamente
anterior a la ignición de dicha mezcla.
La especial concepción del inyector permite
conseguir un "batido" del combustible a niveles hasta la fecha
desconocidos, prácticamente hasta el nivel de fraccionamiento o
dispersión molecular, con lo que la mezcla entre dicho combustible
y el aire asegura una combustión prácticamente completa del primero,
con las beneficiosas repercusiones que de tal hecho se derivan
concretamente un óptimo aprovechamiento del combustible y una
ausencia de emisión de elementos contaminantes.
Para ello y de forma más concreta dicho inyector
genera un torbellino en la zona de mezcla entre combustible y aire,
torbellino con el que se consigue el efecto perseguido.
Específicamente el inyector cuenta con una
entrada de combustible coaxial con la salida de la mezcla hacia el
horno o elemento de que se trate, colaborando con dicha entrada de
combustible dos entradas de aire, una entrada de aire primario, a
una presión suficiente como para que la velocidad de entrada sea
supersónica, y una entrada de aire secundario, que puede ser
forzada o producirse por simple autoabsorción, siendo la entrada de
aire primario la que obviamente genera el efecto torbellino
perseguido y la consecuente dispersión del combustible, mientras
que la entrada de aire secundaria repercute de forma asimismo
secundaria en el funcionamiento del inyector, pudiendo aplicarse por
cualquier otro medio distinto a los anteriormente citados, o
incluso ser inexistente.
De acuerdo con otra de las características de la
invención, el aire que entra en el inyector por la entrada
principal es aire caliente.
Específicamente se ha previsto que la conducción
de aire de entrada caliente esté cerrada por su extremidad proximal
e incorpore una abertura lateral a través de la que se acopla
estancamente a la cámara que aloja el inyector propiamente dicho y
que define la tobera de mezcla, estando en comunicación dicha
abertura con un orificio tangencial establecido en una arandela
acoplable coaxialmente a la salida de la tobera de mezcla, de
manera que el acceso tangencial a la cámara de mezcla que determina
dicha arandela, genera tanto el efecto de torbellino para mejorar
la mezcla combustible/comburente, como el incremento térmico de
dicha mezcla para mejorar la ignición.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La figura 1.- Muestra, según una representación
esquemática, un inyector para combustible líquido realizado de
acuerdo con el objeto de la presente invención.
La figura 2.- Muestra un esquema del inyector
similar al de la figura anterior, en el caso específico en el que
la toma de aire secundario es forzada.
La figura 3.- Muestra a su vez una representación
similar a la de la figura 2, correspondiente a una variante de
realización en la que la entrada de aire secundaria se produce por
autoabsorción.
La figura 4.- Muestra una nueva representación
esquemática de un inyector en el que se ha suprimido la entrada de
aire secundario.
La figura 5.- Muestra un ejemplo de realización
práctica del inyector de la figura 3, en alzado lateral y en
sección longitudinal.
La figura 6.- Muestra un detalle aislado, también
en alzado lateral y en sección longitudinal, de la conducción de
entrada de aire caliente que participa en el inyector de la figura
anterior.
La figura 7.- Muestra, finalmente, una vista en
planta y en perfil de la arandela ranurada que establece
comunicación entre el tubo de la figura anterior y la cámara de
mezcla.
A la vista de las figuras reseñadas y en especial
de la figura 1, puede observarse como el inyector que se preconiza
está estructurado a partir de una cámara (1) en la que se genera el
efecto de torbellino perseguido, a la que accede radial o
tangencialmente un aeroducto (2), de entrada de aire primario, a
alta presión y consecuentemente con una elevada velocidad, cámara
(1) en la que desemboca axialmente, a través de la correspondiente
conducción (3), el combustible líquido, que tras mezclarse con el
aire por efecto del citado torbellino, accede al conducto (4) de
alimentación de la mezcla combustible/comburente, coaxial con el
conducto (3) de entrada de combustible, y en cuya salida se genera
la llama (5) que se dispersa en el interior del horno.
Desde el punto de vista práctico la citada
entrada de aire primario (2) puede estar asistida por una entrada
de aire secundario (6), tal como muestran las figuras 2 y 3, que en
el caso de la figura 2 accede de forma forzada al interior del
conducto (4), por ejemplo con la colaboración de un ventilador (7),
de manera que esta entrada de aire secundario no participa en la
generación del efecto torbellino, sino que simplemente permite
cuantificar debidamente las proporciones entre combustible y
comburente, pudiendo no obstante establecerse una entrada de aire
secundario (8) por simple autoabsorción, tal como muestra la figura
3, debiendo estar esta entrada de aire secundario (8), al igual que
en el caso anterior, situada por detrás de la cámara (1) de
generación del efecto torbellino, para que el chorro de mezcla
producido en la salida (4) genere una depresión por detrás de dicha
cámara, que produzca en el segundo caso la citada autoabsorción, y
que en el primero facilite el arrastre de aire secundario, a pesar
de que éste sea aplicado de forma forzada.
Existe no obstante, tal como muestra la figura 4,
la posibilidad de eliminar dicha entrada de aire secundario
(6-8), cuando las condiciones del proceso lo hagan
aconsejable, por cuanto que el efecto torbellino, como anteriormente
se ha dicho, es generado por la entrada de aire primario (2).
En este último caso, como en el esquema básico de
la figura 1, la salida (4) puede constituir la salida de mezcla del
inyector, mientras que cuando exista una entrada de aire secundario
(6-8) deberá existir además un tubo envolvente (9)
en el que a su vez se produce el mezclado entre la mezcla que emerge
de la cámara de torbellino (1) por su salida (4) y el aire
secundario.
secundario.
En la figura 5 se ha representado una solución
práctica correspondiente al esquema mostrado en la figura 3, y en
ella puede observarse la entrada (3) para el combustible que, con
una longitud apropiada, se remata en una boquilla inyectora (10),
quedando este conjunto alojado en el interior de una carcasa
tubular (9), de diámetro considerablemente mayor, que determina una
cámara envolvente (11), con una entrada (8) de aire ambiental de
forma natural, que podría ser sustituida por la entrada de aire
forzado (6) de la figura 2, carcasa (9) que se fija al inyector de
combustible, por ejemplo, con la colaboración de un prisionero
(12), actuante sobre un cuello (13) de la carcasa (9), que se
adapta al tubo (14) del inyector de combustible, como se observa
perfectamente en la citada figura 5.
El tubo (14) de entrada de combustible, recibe,
por su extremidad interna, e inmediatamente antes del inyector (10),
un segundo cuello (15) de fijación para la cámara de inyección (1),
en el que queda alojado axialmente el inyector (10), cámara que
cuenta a su vez con entradas (8') para entrada de aire ambiental
proveniente de la cámara (11) y que cuenta con una tobera de mezcla
(16), a través de la que sale axialmente tanto el combustible
líquido proviniendo del inyector (10), como el comburente
proveniente de los orificios (8-8'), absorbido por
el efecto Venturi generado por el inyector (10), pasando dichos
componentes, combustible y comburente, a una cámara de mezcla (17),
a través de la citada tobera (16), estando definida dicha cámara de
mezcla (17) por un cuerpo tubular que se fija mediante tornillos
(18) a la carcasa (9) y que a través de un ensanchamiento extremo
interior recibe a la cámara de inyección (1), con interposición de
una arandela ranurada (19), especialmente visible en la figura 7,
fijable con la colaboración de un prisionero (20).
Como complemento de la estructura descrita, en la
cámara anular (11) se establece, lateralmente, la conducción (2) de
aire primario, rematada por su extremidad externa en un conector
(21) a la correspondiente fuente de aire caliente a presión, tubo
(2) con la extremidad interna (22) cerrada y provisto de una
abertura lateral (23), especialmente visible en la figura 6, a
través de la que se acopla lateral y radialmente a la extremidad
interna del casquillo constitutivo de la cámara de mezcla (17),
concretamente a la zona de la misma que recibe la cámara de
inyección (1) de manera que dicha abertura lateral (23) queda
enfrentada a la arandela (19), más concretamente a la ranura
tangencial (24) de que está provista dicha arandela, tal como
muestra la figura 7, con lo que el aire caliente que circula por el
conducto (2) accede tangencialmente a la cámara de mezcla (17),
donde crea un efecto torbellino en el que, además de mejorarse de
forma sustancial la mezcla atomizada de combustible y comburente,
se consigue un notable calentamiento de dicha mezcla, que mejora la
ignición final de la misma y, en consecuencia, que mejora las
condiciones de combustión.
Ensayos efectuados permiten asegurar que con la
utilización del inyector que la invención propone y para conseguir
unos óptimos resultados desde el punto de vista calorífico que con
un inyector convencional, se pueden conseguir ahorros de
combustible de hasta el 50%, con una presión de aire primario
comprimido del orden de 2 bares y en base a una temperatura de la
llama comprendida entre 1200 y 1250ºC a nivel periférico y 1350ºC
en su núcleo, reduciéndose paralelamente la emisión de sustancias
contaminantes a la atmósfera en un promedio de 15 veces.
En este último aspecto y de forma más concreta,
con mediciones de concentración de las sustancias contaminantes
realizadas en régimen ininterrumpido, se han conseguido los
siguientes valores:
- Dióxido de nitrógeno:
0,04-1.500 Mg/m^{3}.
- Dióxido de azufre: 0,005-350
Mg/m^{3}.
- Óxido de nitrógeno: 1,2-5.000
Mg/m^{3}.
- Hidrocarburos: 1,0-500
Mg/m^{3}.
Claims (10)
1. Metódica de la quema del combustible líquido
"aéreo-centrífugo", de especial aplicación en
el ámbito de los hornos de fundición, caracterizado porque
consiste en efectuar un calentamiento de la mezcla
combustible/comburente inmediatamente anterior a la ignición de
dicha mezcla.
2. Metódica de la quema del combustible líquido
"aéreo-centrífugo", según reivindicación 1ª,
caracterizado porque el calentamiento de la mezcla
combustible/comburente se efectúa mediante la aportación al inyector
de aire caliente.
3. Metódica de la quema del combustible líquido
"aéreo-centrífugo", según reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el aire caliente es
suministrado a presión de forma tangencial a la cámara de mezcla,
creando en el seno de la misma un efecto torbellino para
atomización de la mezcla de combustible/comburente, paralelamente a
su calentamiento.
4. Metódica de la quema del combustible líquido
"aéreo-centrífugo", según reivindicación 3ª,
caracterizado porque el aire primario es suministrado a una
velocidad supersónica generando la dispersión del combustible hasta
fracciones moleculares.
5. Inyector de combustible líquido para la puesta
en práctica del método de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque en la zona de confluencia entre el
conducto (3) de alimentación del combustible y el conducto (2) de
alimentación de aire, se establece una cámara de torbellino.
6. Inyector para combustible líquido, según
reivindicación 5ª, caracterizado porque la entrada de aire
primario (2) accede radial y tangencialmente a la cámara de
torbellino (1), en la cual se establecen coaxialmente la entrada de
combustible (3) y la salida (4) de la mezcla.
7. Inyector para combustible líquido, según
reivindicaciones 5ª y 6ª, caracterizado porque la cámara de
torbellino (1), con su entrada (2) de aire primario y entrada (3)
de combustible, se establece en el seno de una cámara envolvente
(11), en la que la conducción de entrada de combustible (3) se sitúa
axialmente, habiéndose previsto que inmediatamente antes de la
cámara de torbellino (1) se sitúe a su vez una entrada de aire
secundario (6), forzada mediante un ventilador (7) o similar.
8. Inyector para combustible líquido, según
reivindicaciones 5ª y 6ª, caracterizado porque la cámara de
torbellino (1), con su entrada (2) de aire primario y entrada (3)
de combustible, se establece en el seno de una cámara envolvente
(11), en la que la conducción de entrada de combustible (3) se sitúa
axialmente, habiéndose previsto que inmediatamente antes de la
cámara de torbellino (1) se sitúe a su vez una entrada de aire
secundario (8) a través de la que el aire secundario accede a la
cámara (11) por autoabsorción.
9. Inyector para combustible líquido, según
reivindicaciones 5ª a 8ª, caracterizado porque la cámara de
inyección (1), en el que se sitúa el inyector de combustible (10),
accede el aire a temperatura ambiental a través de una serie de
aberturas (8'), de circulación forzada o por efecto Venturi
generado por el inyector (10), mientras que en la salida de dicha
cámara de inyección (1) y rodeando a la tobera de mezcla (16), se
sitúa una arandela (19), provista de una ranura o abertura
tangencial (24), para entrada de aire desde la conducción
complementaria (2) conectada a una fuente de aire caliente y a
presión, de manera que el aire que circula por dicha conducción (2)
genera el efecto torbellino a través de la ranura tangencial (24)
de la arandela (19), a la vez que provoca un calentamiento de la
mezcla de combustible/comburente.
10. Inyector para combustible líquido, según
reivindicación 9ª, caracterizado porque el tubo (2) de
entrada de aire caliente se establece lateralmente en la carcasa
(9) del inyector y presenta en su extremidad interna una abertura
lateral (23) a través de la que se acopla asimismo en disposición
lateral a la cámara de inyección (1), estableciendo comunicación con
la cámara de mezcla (17) a través de la ranura (24) de la arandela
(19), la cual queda situada coaxialmente con respecto a la cámara
de mezcla (17) y a la propia cámara de inyección (1).
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20050416 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2229865B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180808 |