ES2230706T3 - Boquilla de infusion. - Google Patents

Boquilla de infusion.

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ES2230706T3 ES98935533T ES98935533T ES2230706T3 ES 2230706 T3 ES2230706 T3 ES 2230706T3 ES 98935533 T ES98935533 T ES 98935533T ES 98935533 T ES98935533 T ES 98935533T ES 2230706 T3 ES2230706 T3 ES 2230706T3
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Abstract

Se presenta una boquilla de inyección (20) que comprende un cuerpo (21) que tiene una pared interna (23) que forma un conducto para el flujo (25) que se extiende entre un puerto de entrada (26) y un puerto de salida (27). La pared tiene una sección circular y se extiende a lo largo de un eje central (28) entre los puertos. La pared interna incluye una parte de entrada (30) que se extiende entre el puerto de entrada (26) y una parte de constreñida (31) que se extiende desde su unión (32) con el puerto de entrada hasta el puerto de salida (27). La parte constreñida (31) tiene un diámetro que desciende desde la unión (32) hasta el puerto de salida. Una serie de paletas (35-42) se extienden desde la unión (32) al interior de la parte de entrada (30) y dentro de la parte constreñida. Las paletas están separadas a la misma distancia alrededor del eje central (28) e incluyen una cara de deflexión (44) que mira hacia el puerto de entrada (30)y una cresta (46) que se levanta formando un ángulo (50,74, 75) con respecto al eje central (28) en dirección al eje central y que penetran en la parte constreñida (31) en un punto separado del puerto de salida (27). Las palas (35-42) se disponen con un ángulo de deflexión )(43) con respecto al plano que contiene el eje central (28) y la intersección de la pala respectiva con la unión (32).

Description

Boquilla de infusión.
Campo de la invención
Boquilla de infusión para infundir agua tratada dentro de una masa de agua con vistas a producir una dispersión óptima del agua tratada y su contenido dentro de la masa de agua.
Antecedentes de la invención
Durante el tratamiento del agua en masas de agua tales como acuarios, estanques, piscinas y spas, la práctica habitual consiste en tratar una cantidad más pequeña de agua e inyectarla en la masa mayor de agua de manera que la masa más grande quede infundida con las sustancias de tratamiento que son portadas por el agua de tratamiento. Frecuentemente se inyecta ozono, oxígeno, aire y cloro en el agua de tratamiento, y son portados por ella a la masa más grande de agua donde pueden servir para controlar el olor y las bacterias, por ejemplo. Hay muchos otros ejemplos, todos ellos basados en la infusión de las sustancias de tratamiento de manera que se dispersen perfectamente por toda la masa más grande de agua.
El aparato para inyectar sustancias de tratamiento, que pueden ser líquidos así como gases, en el agua de tratamiento, está bien desarrollado. Un dispositivo apropiado consiste en un inyector aspirante del tipo mostrado en la patente Mazzei número US-4.123.800, para inyectar las sustancias de tratamiento en un agua de tratamiento, y un inyector para realizar esta operación. El objetivo es proporcionar una alta concentración de gas o líquido de tratamiento que, cuando se dispersa en toda la masa más grande de agua permitirá controlar cualquier molestía o riesgo que esté implicado.
Evidentemente, la eficacia de este procedimiento es dependiente de la perfecta dispersión del material de tratamiento. Muy frecuentemente, el material de tratamiento estará presente en la boquilla de infusión tanto en solución saturada en el agua de tratamiento como en burbujas. Si las burbujas de gas son grandes y flotan simplemente a la superficie y estallan, el gas se pierde, y puede constituir incluso un riesgo. Por ejemplo, la descarga de ozono en el aire está estrictamente regulada, y a menudo los sistemas han de funcionar con un rendimiento de ozono inferior al óptimo de manera que el ozono sin disolver no escape del agua. Un objeto de la presente invención consiste en proporcionar una boquilla de infusión a partir de la cual se inyecta agua de tratamiento en una masa de agua con un patrón de flujo mejorado que proporciona un caudal dentro de la masa más grande en el que las burbujas no solamente son pequeñas y bien distribuidas, sino que se encuentran en una corriente de flujo, que al difundirse en una masa más grande incorpora en ella una región grande de agua previamente no tratada. Las burbujas se distribuyen así y se disuelven más perfectamente en el agua a tratar.
Se consigue estos objetos con una pequeña pérdida de energía, de manera que la fuerza y "alcance" del ajuste del agua tratada y directamente afectada no se acorte de manera apreciable. Esta ventaja es tan pronunciada que la salida de esta boquilla de infusión puede usarse para barrer el fondo del tanque, proporcionando una mayor anchura, y también una acción de mezclado vigorosa.
Breve descripción del dibujo
Una boquilla de infusión de acuerdo con esta invención incluye un cuerpo de boquilla que tiene un paso de flujo. El paso de flujo tiene un orificio de entrada, un orifico de salida, y una pared seccionada circularmente que se extiende a lo largo de un eje central entre los dos orificios.
La pared incluye una porción de entrada que se extiende desde el orifico de entrada y es sensiblemente cilíndrica con un diámetro. Incluye también una porción de estrechamiento que es con preferencia troncocónica, con un diámetro que se reduce a medida que se aleja de la porción de entrada. Se extiende hasta el orificio de salida, en el extremo menor de la porción de estrechamiento.
Una pluralidad de álabes se proyecta dentro del paso desde la pared. Cada álabe se extiende parcialmente dentro de la porción de entrada y parcialmente dentro de la porción de estrechamiento. Estos álabes tienen una dimensión de longitud, un espesor, y una cara de desviación que se enfrenta a la corriente entrante de agua procedente del orificio de entrada. Sus extremos más próximos al orificio de salida están espaciados del orificio de salida. Cada uno incluye una cresta que se extiende dentro de la porción de entrada y en la porción de estrechamiento. La superficie de desviación termina en la cresta y forma un pequeño ángulo con relación a un plano que incluye el eje central y pasa a través del álabe donde el álabe intersecta la unión entre la porción de entrada y la porción de estrechamiento.
Los álabes están simétricamente espaciados uno de otro. Sus crestas no cruzan el eje central.
En consecuencia, una parte exterior sustancial del líquido que fluye es desviada para recibir una componente de movimiento rotacional mientras que un "núcleo" central de la corriente que fluye continúa en un recorrido axial recto.
La corriente de fluido resultante que sale de la boquilla presenta velocidades tanto axial como radial mayores que la velocidad del fluido en el que se infunde la corriente. Por lo tanto, debido a esta velocidad relativamente mayor de la corriente a lo largo de toda su longitud, su presión es menor que la del agua o fluido en la que se infunde (como lo explica el principio de Bernoulli). Esto da lugar a un arrastre activo de agua o fluido sin tratar dentro de la corriente a lo largo de toda la longitud de la corriente en razones volumétricas muchas veces mayores que el volumen de la corriente entrante que procede de la boquilla.
Los rasgos precedentes y otros rasgos de esta invención serán comprendidos perfectamente mediante la siguiente descripción detallada y el dibujo que se acompaña, en el que:
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista de extremo de una boquilla de infusión de acuerdo con esta invención tomada por la línea 1-1 de la figura 3;
la figura 2 es una vista de extremo tomada por la línea 2-2 de la figura 3;
la figura 3 es una sección transversal tomada por la línea 3-3 de la figura 1;
la figura 4 es una sección fragmentaria tomada por la línea 4-4 de la figura 3;
la figura 5 es una vista lateral fragmentaria de un macho útil en la fabricación de la boquilla de la figura 3;
la figura 6 es una vista superior fragmentaria de la figura 5;
la figura 7 es una sección transversal fragmentaria de una fresa usada para formar rendijas en el macho de la figura 5;
las figuras 8, 9 y 10 son representaciones esquemáticas de varios álabes;
la figura 11 es una representación esquemática de algunas propiedades de la corriente producida por la boquilla de la figura 3; y
la figura 12 es una vista similar a la figura 6, pero con una forma de álabe diferente.
Descripción detallada de la invención
La boquilla de infusión actualmente preferida 20 de esta invención está representada en la figura 1. Incluye un cuerpo 21 que tiene una pared exterior 22 y una pared interior 23. Roscas de montaje 24 pueden estar previstas en la pared exterior.
La pared interior 23 forma un paso de flujo 25 con un orificio de entrada 26 y un orificio de salida 27. La pared interior está circularmente seccionada y se extiende a lo largo del eje central 28 entre los dos orificios.
La pared interior 23 incluye una porción de entrada 30 que se extiende desde el orificio de entrada. Es prácticamente cilíndrica, aunque puede tener, si se desea, un ahusamiento que se estrecha ligeramente. Incluye además una porción de estrechamiento 31 que es preferiblemente troncocónica. Su diámetro se reduce a medida que se aleja de la porción de entrada. La porción de entrada y la porción de estrechamiento se encuentran en una unión 32 que es normal al eje central. La porción de estrechamiento 31 se extiende hasta el orificio de salida, en su extremo menor.
Una pluralidad de álabes 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41 y 42 están colocados simétricamente alrededor de la pared interior. En el ejemplo ilustrado están presentes ocho álabes. Se podría prever un número mayor o menor, pero parece ser que ocho es el óptimo para los resultados que se pretende obtener. Todos son idénticos, por lo que únicamente se describirá con detalle el álabe 37.
Los álabes son lineales, aunque podrían estar ligeramente curvados si se desea. Sin embargo, estas boquillas serán moldeadas usualmente haciendo uso de una cavidad de molde para formar la pared exterior, y un macho para formar la pared interior, incluidos los álabes. Con la geometría descrita de la pared interior, el macho puede ser extraído axialmente sin rotarlo.
El álabe 37 está inclinado a un pequeño ángulo de desviación 43, entre aproximadamente 3 y 15 grados, pero usualmente de 4 grados aproximadamente, con relación a un plano que incluye el eje central y pasa también a través de la unión 32 donde cruza el álabe. Aunque es muy pequeña, esta angularidad da una componente rotacional suficiente a una porción exterior de la corriente para los fines de esta invención.
El álabe está formado preferiblemente con una forma a modo de cuña como se muestra en la figura 4. Tiene una cara de desviación 44 dirigida hacia la corriente entrante, y una cara posterior 45 dirigida hacia el orificio de salida. En el moldeo conviene prever una superficie plana en la cresta 46 del álabe. Las caras forman preferiblemente un ángulo diedro 47 entre preferiblemente 20 grados aproximadamente, pero pueden variar entre 5 y 40 grados aproximadamente. Esto facilita más la remoción del macho después de moldear el dispositivo.
Los álabes están alineados entre sí. Cada uno se extiende parcialmente dentro de la porción de entrada y parcialmente dentro de la porción de estrechamiento. Sus extremos 48 están espaciados del orificio de salida, y sus extremos 49 están espaciados del orificio de entrada. Se extienden a través de la unión 32. Sus crestas se extienden formando un ángulo de cresta 50 (véase figura 8) con relación al eje central para ascender desde la porción de entrada, y fusionarse suavemente en la porción de estrechamiento. Se observará que los álabes no alcanzan el eje central. No se pretende rotar toda la corriente, sino solamente una parte exterior limitada de ella.
Como puede verse mejor en la figura 1, hay regiones axiales 51 de la corriente que no encuentran un álabe. Aunque se puede proporcionar más oclusión usando más álabes, o incluso usando álabes más inclinados, o álabes que se aproximan más al eje, ello sería a costa de un incremento innecesario de pérdida energética de la corriente. La disposición ilustrada, que puede ajustarse, proporciona un efecto rotacional suficiente.
La construcción de los álabes puede verse mejor con un examen del macho de utillaje que los forma cuando son moldeados. La figura 5 muestra un macho 60 que tiene una superficie externa 61 que forma la porción de entrada 30, una porción cónica 62 que forma la porción de estrechamiento 31, y una intersección 63 que forma la unión 32.
Rendijas idénticas están cortadas en el macho como se muestra en la figura 6. Son formadas por la fresa cuyo borde está mostrado en la figura 7. La fresa tiene caras laterales y una cara de extremo.
Las figuras 8, 9 y 10 muestran esquemáticamente álabes 46, 71 y 72 formados por corte de las rendijas a ángulos diferentes 50, 74, 75. Estos cambian la longitud, altura, y excursión en las porciones de pared como se ha representado. Este es un modo conveniente de proporcionar álabes para diferentes diámetros y cadencias de flujo. En general, se prefiere el ángulo mostrado en las figuras 3 y 10. Su ángulo 75 es de aproximadamente 15 grados, pero puede variar entre 5 y 20 grados aproximadamente.
Es una ventaja del proceso de moldeo acortar la extensión a la que se extienden los álabes en la porción de entrada. Como se muestra en la figura 3, la cresta del álabe 35 tiene una curva 77 en su extremo aguas arriba. Esto es opcional.
La figura 12 muestra un álabe 100 en todos sus aspectos igual al álabe 37 de la figura 6, con la excepción de que está ligeramente curvado en vez de ser recto, para proporcionar torsión adicional a la parte exterior de la corriente, si se desea.
Aunque no se entiende perfectamente la dinámica real de esta boquilla de infusión, será útil la siguiente descripción de los resultados que proporciona. La figura 11 muestra una boquilla de infusión 80 o bien una boquilla 20 montada en la pared 81 de un tanque que contiene agua 82 que requiere tratamiento.
La figura 11 muestra esquemáticamente una corriente 83 de agua tratada, conteniendo usualmente gas de tratamiento disuelto y no disuelto, que se inyecta a una profundidad 84 dentro del agua 82. Mientras están en la boquilla, los álabes han dado una componente rotacional de movimiento a por lo menos una parte de la zona periférica 85 del agua de tratamiento. El núcleo central 86 no tiene la componente porque no encuentra un álabe. La zona 85 está formada alrededor del núcleo 86, casi como una envuelta cilíndrica coaxial.
La operación de mezclado empezará inmediatamente en la interfaz 87 entre la zona 85 y el núcleo 86. Este movimiento de mezclado rotatorio y axial continúa cuando la corriente procedente de la boquilla pasa dentro del tanque. En el tanque, esto ocurrirá también en la interfaz 88 entre el agua no tratada en el tanque y la zona 85. En consecuencia se produce una cantidad incrementada de aguas mezcladas en una región que se agranda constantemente 90, aumentando tanto el agua no tratada como dentro del núcleo.
Son instructivas las comparaciones de los rendimientos de las boquillas que son idénticas con la excepción de que una tiene álabes y la otra no. Sin álabes, no hay zona periférica 87. Se produce algo de mezcla alrededor de la corriente axial, pero es pequeña, y no comienza el mezclado hasta que la corriente se encuentra dentro del tanque. Si se pone una mano debajo del agua alrededor de la corriente junto a la boquilla y se mueve a lo largo de la corriente, se notará que la región de mezclado alrededor de la corriente, que se puede sentir realmente, comienza más bien lejos del tanque, y no es particularmente vigorosa. A menudo se verá burbujas de gas ascendiendo a la superficie. Si cualquiera utilizase una boquilla de infusión de acuerdo con la invención y si se repite este ejercicio, se verá muy cerca del orifico de salida el comienzo de una región de la zona de mezclado vigoroso 90. La zona periférica 87 tiene una interfaz 88 con el agua circundante no tratada en el tanque, y otra interfaz 87 con el núcleo de movimiento axial. Se puede ver la región 90 floreciendo a un diámetro creciente y sustancial, dentro del cual las fuerzas de cizallamiento ejercidas sobre las burbujas en ambas interfaces conducen a su rápida desaparición cuando se disuelve el gas. Hay una ausencia sustancial de burbujas en la superficie.
La región 90 es activa, y tiende a atraer hacia ella el agua cercana y los materiales particulados. Por esta razón, la corriente es muy eficaz para barrer el fondo de un tanque, por ejemplo.
Un grupo de dimensiones apropiadas para una boquilla de acuerdo con esta invención es el siguiente:
Ángulo cónico comprendido de la porción de estrechamiento:
40 grados
Diámetro de la porción de entrada: 1,60 pulgadas (41 mm)
Diámetro del orificio de salida : 0,75 pulgadas (19 mm)
Ángulo de los álabes con relación al plano que atraviesa el eje central: 4 grados
Distancia desde el orificio de salida hasta el extremo más cercano de los álabes: 0,25 pulgadas (6,35 mm).
Esta invención no se limita a las realizaciones mostradas en los dibujos y descritas en la memoria, que son facilitadas a título de ejemplo y no limitación, sino solamente de acuerdo con el ámbito de las reivindicaciones anexas.

Claims (8)

1. Boquilla de infusión (20) comprendiendo un cuerpo (21) que tiene un pared interna (23) que forma un paso de flujo (25), extendiéndose dicho paso de flujo (25) entre un orificio de entrada (26), y un orificio de salida (27), de dicho paso de flujo (25), estando dicha pared (23) circularmente seccionada y extendiéndose a lo largo de un eje central (28) entre dichos orificios (26, 27), incluyendo dicha pared interna (23) una porción de entrada (30) que se extiende desde dicho orificio de entrada (26), una porción de estrechamiento (31) que se extiende desde su unión (32) con la porción de entrada (30) al orificio de salida (27), disminuyendo el diámetro de dicha porción de estrechamiento (31) desde dicha unión (32) a dicho orificio de salida (27), y una pluralidad de álabes (35-42) que se extienden desde dicha unión (32) dentro de dicha porción de entrada (30) y dentro de dicha porción de estrechamiento (31), estando dichos álabes (35-42) equiespaciados alrededor de dicho eje central (28), e incluyendo una cara de desviación (44) dirigida hacia dicho orificio de entrada (26) y una cresta (46) que asciende a un ángulo de cresta (50, 74, 75) con dicho eje central (28) hacia dicho eje central (28) y perfilado en dicha porción de estrechamiento (31) en un punto espaciado de dicho orifico de salida (27), estando dispuestos dichos álabes (35-42) a un ángulo de desviación (43) con un plano que contiene dicho eje central (28) y la intersección del respectivo álabe con dicha unión (32).
2. Boquilla de infusión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho ángulo de cresta está comprendido entre 10 y 40 grados aproximadamente.
3. Boquilla de infusión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicho ángulo de desviación está comprendido entre 3 y 15 grados aproximadamente.
4. Boquilla de infusión de acuerdo con la reivindicación 3, en la que dicho ángulo de desviación es de 4 grados aproximadamente.
5. Boquilla de infusión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha porción de estrechamiento es el tronco de un cono que tiene un ángulo cónico comprendido de 40 grados aproximadamente.
6. Boquilla de infusión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que se selecciona el número de dichos álabes y su respectivo ángulo de desviación de manera que una región de una corriente que fluye desde dicha boquilla tenga un núcleo central de agua que se mueve axialmente con una región alrededor del núcleo que tiene al menos una componente rotacional derivada del contacto con dichos álabes.
7. Boquilla de infusión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha cresta es recta.
8. Boquilla de infusión de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha superficie de desviación está curvada con la concavidad dirigida hacia dicho orificio de entrada.
ES98935533T 1997-07-08 1998-07-07 Boquilla de infusion. Expired - Lifetime ES2230706T3 (es)

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