ES2243522T3 - Dispositivo y metodo para optimizar la combustion de hidrocarburos. - Google Patents

Abstract

Dispositivo para optimizar la combustión de hidrocarburos que se pueden utilizar como combustible y mezclarse con aire que contiene oxígeno, que comprende un tubo de alimentación de combustible (13), un primer dispositivo (20), que puede generar un primer campo magnético de tipo pulsante, asociado con dicho tubo de alimentación de combustible (13), dispositivo que se caracteriza porque dicho primer medio (20) está conectado a un circuito eléctrico (23), que comprende unos medios para generar impulsos (27), capaces de generar una señal (OS) que comprende grupos de impulsos que tienen una primera frecuencia comprendida entre 1 y 30 MHz.

Description

Dispositivo y método para optimizar la combustión de hidrocarburos.

La presente invención se refiere a un dispositivo y al método correspondiente para optimizar la combustión de hidrocarburos, en general y, en particular, los que se utilizan como combustible en motores de combustión, tanto Otto como Diesel y en quemadores para sistemas de calefacción u otras plantas.

El dispositivo y método según la invención aumenta el porcentaje de combustible que realmente se quema y consigue por lo tanto una reducción del material residual emitido por los tubos de escape del motor o por la chimenea asociada con el quemador. Obtenemos, por lo tanto, un mayor rendimiento energético y una reducción drástica de la contaminación atmosférica producida por la combustión.

Es bien sabido que los líquidos en general y los hidrocarburos en particular están constituidos por moléculas que contienen cargas positivas y cargas negativas que tienden a polarizarse, es decir que se distribuyen de forma ordenada, asociándose cada polo, por atracción, con el polo opuesto de la molécula contigua, de modo que se produce un fenómeno natural de tensión superficial.

También se sabe que si no se aplica ninguna fuerza exterior a un líquido constituido por moléculas polarizadas, entonces, debido precisamente a la tensión superficial, el líquido tiende a no dividirse por debajo de una dimensión mínima y a formar gotitas, prácticamente esféricas, ya que esta es la forma con el menor contenido energético.

Cuando los hidrocarburos se utilizan como combustible, la tensión superficial en cada gota individual impide que el oxígeno se combine completamente y de forma óptima con las partes de carbono en la parte más profunda de las gotas; por consiguiente, algunas de éstas no participan en el proceso de combustión o bien su combustión es pobre debido a la falta de oxígeno.

También se conoce desde hace tiempo el comportamiento de los motores de combustión -tanto los motores Otto, que utilizan gasolina, como los motores Diesel que utilizan gasóleo- en los que el combustible se inyecta dentro de cada cilindro, utilizando un sistema de inyección, justo antes de que termine el recorrido de compresión hacia arriba del pistón correspondiente.

Tanto en los motores de combustión como en los quemadores, el combustible se inyecta en forma de uno o más chorros, a través de orificios o toberas, se dividen en gotitas y penetran en la cámara de combustión, mezclándose con el aire, que se introduce, a su vez a una presión y a una temperatura particulares.

Por consiguiente, tenemos una combustión rápida de la mezcla de combustible en aire, que se produce por ignición controlada, como los motores de gasolina o de forma espontánea, debido a la elevada presión de la mezcla misma, como en los motores Diesel.

Una de las desventajas de los sistemas conocidos es que no se quema todo el combustible mezclado con el aire e introducido en la cámara de combustión, de forma que no se utiliza una parte de su energía -que puede ser incluso considerable-, sino que se expulsa del motor o del quemador a través del tubo de escape o, respectivamente, la chimenea. Esto tiene efectos muy nocivos tanto para el medio ambiente, que se contamina, como por el coste energético en general, habida cuenta del coste de los hidrocarburos.

El estado de la técnica comprende, entre otros, los siguientes documentos: EP-A-0652362, EP-A-0894969, US-A-3,830,621, US-A-3,943,407, US-A-3,976,726 y US-A-5,331,807.

Para ser más exactos, el documento EP-A-0652362 describe un dispositivo y un método para reducir el consumo de combustible fósil según el preámbulo de las reivindicaciones 1 y 12 respectivamente. En este aparato y método conocidos se utiliza un campo magnético generado por un generador de impulsos rectangulares que tiene una frecuencia comprendida entre 10 y 200 Hz.

El documento EP-A-0894969 describe un dispositivo en el cual la frecuencia de los impulsos que genera el campo magnético está comprendida entre 1000 y 5000 Hz.

El documento US-A-3,976,726 describe un dispositivo para activar el combustible, en el que una bobina, asociada con el tubo de combustible, genera una frecuencia del orden de 16-42 MHz.

El presente solicitante ha concebido, comprobado y realizado la presente invención para superar estos inconvenientes y obtener otras ventajas adicionales.

La invención se expone y caracteriza en las reivindicaciones independientes, mientras que las subreivindicaciones describen otras características innovadoras de la misma.

El objeto principal de la invención es conseguir un dispositivo y un método que optimicen la combustión de hidrocarburos y que hagan posible que la totalidad del combustible introducido en un motor o en un quemador, incluso las partes más íntimas de cada gota individual, puedan proporcionar su energía interna.

De acuerdo con este objetivo, el dispositivo y el método según la invención utilizan un campo magnético de tipo pulsante, generado en correspondencia con el tubo de alimentación de combustible. El campo magnético puede inducir vibraciones en las gotitas individuales de combustible, que reducen la superficie o la tensión pelicular en las gotas.

De este modo, las gotas de combustible no solamente son agitadas y se mezclan por lo tanto más fácilmente con el oxígeno comburente, sino que se fracciona también cada una de ellas en partes minúsculas. Cada microgota o fracción de gota puede interaccionar por lo tanto y combinarse completamente con el oxígeno y quemarse totalmente, proporcionando toda su energía y no permaneciendo sin quemar.

El fenómeno de la vibración, característico del campo magnético, también afecta el comportamiento de los átomos y las frecuencias típicas de las órbitas de los electrones, por ejemplo del carbono contenido en el hidrocarburo que, a su nivel más íntimo, entra más fácilmente en combinación con los del oxígeno potenciando por lo tanto el fenómeno de la reducción del óxido durante la etapa de combustión.

El campo magnético es generado por el paso de una corriente variable en una bovina electromagnética asociada al tubo por el que pasa el combustible. El campo magnético actúa sobre las moléculas del combustible, haciéndolas más reactivas a la combustión.

Un porcentaje de las moléculas del combustible actúa como catalizador de la reacción, incrementando el campo de inflamabilidad de la mezcla de combustible-aire. Esto permite, en motores Diesel, la auto-ignición de una mezcla ajustada a una temperatura y una presión reducidas, con el resultado consiguiente de que el motor proporciona un mejor rendimiento con el mismo consumo; o permite la auto-ignición a una temperatura y una presión predeterminadas, con concentraciones superiores de combustible, con el resultado de que el motor utiliza menos combustible para obtener el mismo rendimiento.

El dispositivo según la invención puede influir positivamente en el funcionamiento del motor en el que está instalado, como si el motor mismo, en el caso de un motor Diesel, se alimentara con un combustible con un cetanaje superior. La demora reducida en la ignición y el control más cuidadoso de la combustión hacen que el motor esté más equilibrado y menos áspero.

Además, cuando se aplica el dispositivo según la invención, se obtiene una mayor duración de la etapa de combustión, con una mezcla controlada y una reducción consiguiente en la formación de partículas, ya que el combustible no se estanca en la cámara de combustión en zonas más ricas en cantidad de chorro, en las que se suelen formar las partículas, sino que se pone a disposición de la combustión.

En los motores en los que se instala el dispositivo según la invención, con la misma potencia, es posible reducir la cantidad de combustible, lo cual presenta la ventaja de un consumo reducido.

Según una característica de la invención, el campo magnético es generado por una señal con una amplitud modulada. Para ser más exactos, un circuito eléctrico genera una portador con una frecuencia comprendida entre 1 y 30 MHz, ventajosamente de 20 MHz aproximadamente, que se modula entonces en amplitud entre un valor cero y un valor definido V_{1}, unos pocos voltios, ventajosamente entre 6 y 12 V, con el objeto de generar grupos de impulsos con una frecuencia de modulación comprendida entre 50 y 1000 Hz.

La invención hace que el tubo de alimentación del comburente se vea también afectado por ondas de radio de tipo pulsante: son generadas por una antena adecuada y se presentan en forma de grupos de impulsos que generan el campo magnético asociado al tubo de alimentación del combustible. Las ondas de radio también pueden influir de forma positiva en el campo magnético antes citado, interactuando con el mismo.

Estas y otras características de la invención se podrán apreciar claramente en la siguiente descripción de una forma preferida de realización, que se da como ejemplo no restrictivo, donde se hace referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:

La figura 1 es una vista esquemática de un dispositivo según la invención;

La figura 2 es una vista esquemática del circuito eléctrico del dispositivo según la invención;

La figura 3 es un gráfico esquemático de algunas señales del circuito eléctrico mostrado en la figura 2;

La figura 4 es una vista esquemática del desarrollo de las moléculas de hidrocarburo en el campo magnético generado por el circuito eléctrico mostrado en la figura 2.

Con referencia a la figura 1, se muestra un dispositivo 10 según la invención aplicado a un motor de combustión 11 que tiene por lo menos una cámara de combustión 12, en la cual se puede introducir, a través de unos tubos de alimentación 13 y 15, un combustible a base de hidrocarburo, tal como por ejemplo gasolina, gasóleo u otros, y, respectivamente un comburente, como por ejemplo aire.

El combustible y el comburente se pueden introducir en la cámara de combustión 12 por cualquier medio convencional, como por ejemplo inyectores, mezcladores, carburadores o similares, y el caudal se regula mediante válvulas adecuadas que no se muestran en las figuras.

La mezcla de combustible-aire en la cámara de combustión 12 también puede inflamarse utilizando cualquier medio convencional.

Según una característica de la invención, el dispositivo 10 comprende un primer solenoide 20, que se puede arrollar alrededor del tubo 13 y conectar a los terminales 21 y 22 de un circuito eléctrico 23 (figura 1 y 2), que está conectado a la alimentación eléctrica 25 del motor 11, constituido por ejemplo por un acumulador o un generador de corriente, también de tipo convencional.

Se puede arrollar una segunda bobina 26 en un solenoide alrededor del tubo de alimentación de aire 15. La bobina 26 tiene un extremo conectado en paralelo a la bobina 20 y tiene un extremo libre con el fin de actuar eficazmente como antena de transmisión.

El circuito 23 comprende un oscilador 27 capaz de generar una señal OS (figura 3), formada por un portador con una frecuencia comprendida entre 1 y 30 MHz, ventajosamente aproximadamente 20 MHz, modulada en amplitud entre un valor igual a cero y un valor definido V_{1} de varios voltios, por ejemplo de 6 a 20, con el objeto de general grupos de impulsos con una frecuencia de modulación relativamente baja, del orden de 50-1000 Hz, ventajosamente 1000 Hz.

El oscilador 27 está conectado a la bobina 20 por medio de un amplificador de potencia o circuito de potencia 29 que genera una señal de corriente IP prácticamente de forma triangular, según el ciclo de trabajo de los grupos de impulsos de la señal OS.

La figura 2 muestra un ejemplo de una realización del circuito 23, en el que se puede ver que el oscilador 27 está constituido por unas puertas lógicas 30, resistencias R y condensadores C, debidamente conectados entre sí.

La señal IP hace que se genere un campo magnético pulsante en la bobina 20, campo que interactúa con el flujo de gotas de combustible que pasan por el tubo de alimentación de combustible 13 (figura 4).

Al interferir el campo magnético pulsante con las gotas de combustible, reduce la tensión pelicular en cada una de ellas, fragmentándolas de este modo en una multitud de microgotas, y genera turbulencia a nivel microscópico. De esta forma, las moléculas de hidrocarburo, que entran a una velocidad determinada V, que depende de la aspiración, se hacen girar sobre si mismas y en sentidos opuestos unas respecto de otras.

De este modo, se obtienen los dos efectos deseados: se reduce la tensión superficial, que rompe las gotas y las divide en micro gotas y se forma turbulencia, según velocidades angulares designadas a modo de ejemplo por w, que permiten de la mejor forma posible a los hidrocarburos y al oxígeno contenido al aire introducido por el tubo de alimentación 15 entrar en contacto directo unos con otros.

La bobina 26 que funciona como una antena, emite ondas de radio pulsantes actuales, con la misma frecuencia y forma que la señal OS. Las ondas de radio emitidas por la antena-bobina 26 también favorecen en el combustible los fenómenos descritos anteriormente.

Con el objeto de optimizar la combustión de hidrocarburos que se pueden utilizar como combustible y mezclarse con aire que contiene oxígeno, el método según la invención hace por lo tanto que se genere un primer campo magnético de tipo pulsante en correspondencia con el tubo de alimentación del combustible 13.

Un segundo campo magnético es generado por la segunda bobina 26, dispuesta en torno al tubo de alimentación de aire 15 y que tiene un extremo conectado en paralelo a la primera bobina 20 y un extremo libre con el objeto de constituir una antena de transmisión.

El dispositivo según la invención, se puede aplicar a cualquier quemador convencional, no mostrado en las figuras, en lugar de a un motor de combustión 11. En este caso, también la bobina 20 puede asociarse con el tubo de alimentación del combustible mientras que la bobina 26 se puede asociar con el tubo de alimentación de aire.

Es evidente que se pueden realizar modificaciones y/o adiciones al dispositivo 10 y al método descrito hasta ahora sin apartarse del ámbito de la invención definida en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (21)

1. Dispositivo para optimizar la combustión de hidrocarburos que se pueden utilizar como combustible y mezclarse con aire que contiene oxígeno, que comprende un tubo de alimentación de combustible (13), un primer dispositivo (20), que puede generar un primer campo magnético de tipo pulsante, asociado con dicho tubo de alimentación de combustible (13), dispositivo que se caracteriza porque dicho primer medio (20) está conectado a un circuito eléctrico (23), que comprende unos medios para generar impulsos (27), capaces de generar una señal (OS) que comprende grupos de impulsos que tienen una primera frecuencia comprendida entre 1 y 30 MHz.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha señal (OS) comprende un portador, modulado en amplitud, entre un valor igual a cero y un valor definido (V_{1}) comprendido entre 6 y 12
V.

3. Dispositivo según la reivindicación 2, caracterizado porque dicho portador está modulado a una segunda frecuencia comprendida entre 50 y 1000 Hz.

4. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha primera frecuencia es de aproximadamente 20 MHz.

5. Dispositivo según la reivindicación 3, caracterizado porque dicha segunda frecuencia es de aproximadamente 1000 MHz.

6. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el primer medio (20) comprende un primer solenoide (20) arrollado en torno a dicho tubo de alimentación de combustible (13).

7. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho medio para generar impulso comprende un oscilador (27).

8. Dispositivo según las reivindicaciones 6 y 7, caracterizado porque dicho oscilador (27) está conectado al mencionado primer solenoide (20) por medio de un amplificador de potencia o circuito de potencia (29), que puede generar una señal de corriente (IP), de forma prácticamente triangular, según el ciclo de trabajo de los citados grupos de impulsos de la mencionada señal (OS).

9. Dispositivo según cualquier reivindicación anterior, caracterizado porque el segundo medio (26) está asociado a un tubo de alimentación de aire (15) para generar un segundo campo magnético, y dicho segundo medio (26) está conectado al primer medio (20) con el objeto de constituir una antena de transmisión.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, caracterizado porque dicho segundo medio comprende una segunda bobina (26) arrollada en un solenoide alrededor de dicho tubo de alimentación de aire (15), y dicha segunda bobina (26) tiene un extremo conectado en paralelo a la primera bobina (20) y un extremo libre para constituir la antena de transmisión mencionada.

11. Dispositivo según la reivindicación 10, caracterizado porque dicha segunda bobina (26) puede emitir ondas de radio pulsantes con la misma frecuencia y forma que las de la señal (OS).

12. Método para optimizar la combustión de hidrocarburos que se pueden utilizar como combustible y mezclarse con aire que contiene oxígeno, que comprende una etapa en la que se genera un primer campo magnético de tipo pulsante, utilizando un primer medio (20) asociado con un tubo de alimentación de combustible (13), método caracterizado porque dicho primer medio (20) está conectado a un circuito eléctrico (23), que comprende unos medios para generar impulsos (27) que generan una señal (OS), que comprende grupos de impulsos que tienen una primera frecuencia comprendida entre 1 y 30 MHz.

13. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha señal (OS) comprende un portador modulado en amplitud, entre un valor igual a cero y un valor definido (V_{1}) comprendido entre 6 y 12 V.

14. Método según la reivindicación 13, caracterizado porque dicho portador está modulado a una segunda frecuencia comprendida entre 50 y 1000 HZ.

15. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha primera frecuencia es de aproximadamente 20 MHz.

16. Método según la reivindicación 14, caracterizado porque dicha segunda frecuencia es de aproximadamente 1000 Hz.

17. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicho primer medio {20) comprende un primer solenoide (20) arrollado en torno al tubo de alimentación de combustible mencionado (13).

18. Método según la reivindicación 12, caracterizado porque dicha señal (OS) es generada por un oscilador (27).

19. Método según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 18 inclusive, caracterizado porque se genera un segundo campo magnético por medio de un segundo medio (26), asociado a un tubo de alimentación de aire (15), donde dicho segundo medio (26) está conectado al primer medio mencionado (20), con el objeto de constituir una antena de transmisión.

20. Método según la reivindicación 19, caracterizado porque dicho segundo medio comprende una segunda bobina (26) arrollada en un solenoide en torno al tubo de alimentación de aire mencionado (15), y dicha segunda bobina (26) tiene un extremo conectado en paralelo a la primera bobina mencionada (20) y un extremo libre con el fin de constituir una antena de transmisión.

21. Método según la reivindicación 20, caracterizado porque dicha segunda bobina (26) emite ondas de radio pulsantes con la misma frecuencia y forma que las de la mencionada señal (OS).