ES2285577T3 - Dispositivo y procedimiento para el mezclado de un fluido que circula en una direccion de circulacion. - Google Patents

Dispositivo y procedimiento para el mezclado de un fluido que circula en una direccion de circulacion. Download PDF

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Abstract

Dispositivo mezclador (1), que presenta un canal de circulación (2) y varios discos de mezclador (3) que generan remolinos de borde de ataque (5) en un fluido (P), que circula a través del canal de circulación (2) en una dirección de circulación principal (4), en donde los discos de mezclador (3) están dispuestos en filas de discos de mezclador (8, 9), a lo largo de ejes de fila (6, 7) que discurren casi transversalmente a la dirección de circulación principal (4), y los discos de mezclador (3) de la respectiva fila de discos de mezclador (8, 9) están acodados en el mismo sentido con relación a la dirección de circulación principal (4) del fluido y están dispuestos de forma que se solapan parcialmente con relación a la dirección de circulación principal (4), caracterizado porque las filas de discos de mezclador (8, 9) están dispuestas en un segmento de canal de circulación común (10), cuya longitud se corresponde con la extensión longitudinal máxima de la mayor fila de discos de mezclador (8, 9) en la dirección de circulación principal y las filas de discos de mezclador (8, 9) están dispuestas unas junto a otras con relación a la dirección de circulación principal (4), en donde los discos de mezclador (3) de filas de discos de mezclador (8, 9) adyacentes están acodados alternativamente con un ángulo de ataque positivo y otro negativo (a) con relación a la dirección de circulación principal (4).

Description

Dispositivo y procedimiento para el mezclado de un fluido que circula en una dirección de circulación.
La invención se refiere a un dispositivo mezclador, que presenta un canal de circulación y varios discos de mezclador que generan remolinos de borde de ataque en un fluido, que circula a través del canal de circulación en una dirección de circulación principal. Los discos de mezclador están dispuestos en filas de discos de mezclador, a lo largo de ejes de fila que discurren casi transversalmente a la dirección de circulación principal, y los discos de mezclador de las respectivas filas de discos de mezclador están acodados en el mismo sentido con relación a la dirección de circulación principal del fluido.
La invención se refiere además a un procedimiento de mezclado para mezclar un fluido que circula en una dirección de circulación principal a través de un canal de circulación, en el que la circulación del fluido se entremezcla mediante un sistema de remolinos de borde de ataque.
Los dispositivos de mezclado y los procedimientos de mezclado de este tipo se usan en instalaciones industriales, centrales energéticas, instalaciones químicas, instalaciones de secado e instalaciones similares, para entremezclar o mezclar las corrientes de fluido que allí se producen. De este modo es necesario llevar a cabo por ejemplo para limpiar gases de combustión un entremezclado de los gases de combustión, para conseguir un pleno rendimiento uniforme y un modo de funcionamiento efectivo de las instalaciones de limpieza.
Un dispositivo de mezclado desarrollado con relación a esto por parte de la solicitante y hecho patente en el documento DE 4325968 A1 es el llamado mezclador estático, en el que están dispuestos discos de mezclador estrechos de forma que pueden circular de forma libremente giratoria en un canal de circulación. Los discos de mezclador están inclinados con ello con un ángulo agudo, también llamado ángulo de afluencia, en contra de la circulación. En el lado trasero alejado de la circulación de estos discos de mezclador se obtiene después un sistema de remolinos de borde de ataque especialmente estable. Se compone fundamentalmente de dos remolinos que giran en contrasentido desde los bordes de ataque y laterales, alrededor de los cuales se produce una circulación libre, hacia dentro y se extienden cónicamente en la dirección de circulación principal. Estas parejas de remolinos en forma de cucurucho llamadas también colas de remolino en la técnica aeroespacial son muy fuertes y generan ya, en el caso de la inclinación muy reducida de los discos de mezclador en contra de la dirección de circulación principal, un buen entremezclado dentro de un corto tramo de mezclado corriente abajo de los discos de mezclador, también llamados discos de inducción de remolinos o superficies de montaje. A causa del ángulo de afluencia especialmente agudo de los discos de mezclador, en comparación con otros dispositivos de mezclado, se ajusta sólo un aumento extraordinariamente reducido de la resistencia de circulación. Las pérdidas de presión en este dispositivo de mezclado son por ello especialmente reducidas con relación a otros sistemas conocidos.
En los canales de circulación con frecuencia muy anchos de las instalaciones anteriormente citadas s eutilizan los llamados mezcladores transversales que, con base en el principio de funcionamiento de los mezcladores estáticos, homogenizan la distribución de temperaturas, la composición química en los gases de combustión y también la distribución de polvo, por ejemplo del eje de vuelo. En el caso de estos mezcladores transversales están dispuestos varios discos de inducción de remolinos a lo largo de un eje de fila en una fila de discos de mezclador. El eje de fila de esta fila de discos de mezclador discurre casi transversalmente a la dirección de circulación principal.
Para una ulterior homogenización de la circulación la solicitante ya ha propuesto en el documento EP 1170054 A1 unos mezcladores, en los que están dispuestas varias filas de discos de mezclador consecutivamente en la dirección de circulación. La segunda fila tiene una distancia mínima a la primera fila de discos de mezclador, que se basa en la formación de remolinos de la primera fila. La segunda fila de discos de mezclador se dispone por lo tanto hasta ahora detrás de la primera fila, de tal modo que los remolinos de mezclado de la segunda fila de discos de mezclador complementan los remolinos de la primera fila de discos de mezclador y refuerzan la misma.
Si se adicionaran mezclando otras sustancias accesorias como por ejemplo amoniaco o hidróxido amónico en instalaciones de eliminación de monóxido de nitrógeno, las llamadas instalaciones DeNOx, SO_{3} en filtros eléctricos, cal en calderas de carbón, etc. en el primer fluido, que circula a través del canal de circulación y recibe también el nombre de fluido primario, se monta detrás del mezclador transversal o de los mezcladores transversales un dispositivo de adicionar mezclando. Este dispositivo de adicionar mezclando transporta el producto a adicionar mezclando, llamado a partir de ahora fluido secundario, directamente en el sistema de remolinos que recoge el producto y lo mezcla intensamante con la corriente principal. El producto a adicionar mezclando puede ser gaseoso, en forma de niebla (aerosol) o un sólido pulverizado. En el caso de los dispositivos conocidos de adicionar mezclando puede tratarse de rejillas de introducción por tobera estrechas con numerosas toberas, con las que las sustancias accesorias se añaden distribuidas finamente al fluido primario. Estas rejillas de tobera se montan delante de posibles mezcladores a una distancia mínima. La distancia mínima se elige con ello con un valor tal, que el fluido secundario introducido por tobera se vaporiza lo más completamente posible en el fluido primario caliente, hasta que incide en el mezclador ya que, en caso contrario, se producen puntos de corrosión y erosión en los mezcladores.
Estos dispositivos de mezclado conocidos se utilizan ya con éxito desde hace tiempo. A pesar de ello existe la necesidad, a la vista de los requisitos en aumento sobre los niveles de productividad de instalaciones industriales, de dispositivos de mezclado nuevamente con una mayor eficiencia.
La invención se ha impuesto por ello la misión de crear un dispositivo de mezclado y un procedimiento de mezclado, que presenten un grado de eficacia más optimizado.
La solución de esta misión se consigue en el caso de un mezclador conforme a la reivindicación 1, por medio de que las filas de discos de mezclador están dispuestas en un segmento de canal de circulación común, cuya longitud se corresponde con la extensión longitudinal máxima de la mayor fila de discos de mezclador en la dirección de circulación principal y las filas de discos de mezclador están dispuestas unas junto a otras con relación a la dirección de circulación principal, en donde los discos de mezclador de filas de discos de mezclador adyacentes están acodados alternativamente con un ángulo de ataque positivo y otro negativo con relación a la dirección de circulación principal y, en el caso de un procedimiento de mezclado conforme a la reivindicación 29, por medio de que al menos se crean dos sistemas de remolinos de borde de ataque orientados en contrasentido mediante un mezclador configurado de este modo en un segmento de canal de circulación común. En las reivindicaciones subordinadas se describen perfeccionamientos preferidos.
Se trata por lo tanto de un dispositivo de mezclado que está dispuesto en un canal de circulación y presenta varios discos de mezclador. Estos discos de mezclador generan en un fluido que circula a través del canal de circulación en una dirección de circulación principal los remolinos de borde de ataque descritos al comienzo y están dispuestos a lo largo de ejes de fila en filas de discos de mezclador, en donde las filas de discos de mezclador discurren casi transversalmente a la dirección de circulación principal. Los discos de mezclador de la respectiva fila de discos de mezclador están dispuestos a su vez en el mismo sentido respecto a la dirección de circulación principal del fluido. Se extienden por lo tanto fundamentalmente en la misma dirección, en donde sin embargo no tienen que estar forzosamente dirigidos mutuamente en paralelo, sino que pueden presentar ligeras desviaciones o diferencias en sus ángulos de ataque.
Estas filas de discos de mezclador están dispuestas conforme a la invención unas junto a otras en un segmento de canal de circulación común. Las filas de discos de mezclador no se montan por lo tanto como era habitual hasta ahora en la dirección de circulación principal unas tras otras a una distancia mínima sino, en contra de todas las normas de disposición usuales, en uno y el mismo segmento de canal de circulación. Las filas de discos de mezclador se extienden por lo tanto sobre todo por una longitud de segmento del canal de circulación que discurre en la dirección de circulación principal, que se obtiene de la extensión longitudinal máxima de la mayor fila de discos de mezclador. Las otras filas de discos de mezclador adyacentes se extienden después por lo tanto por la misma longitud o una menor y están situadas, al menos fundamentalmente, dentro de este segmento de canal de circulación definido por la fila de discos de mezclador más larga. Por máxima extensión longitudinal debe entenderse en este contexto la longitud que se obtiene en la dirección de circulación principal del borde de ataque más avanzado de la parte más avanzada y del borde de salida más retrasado de la parte más retrasada del dispositivo de mezclado. El borde más avanzado es por lo tanto casi siempre el borde de ataque del disco de mezclador más avanzado y el borde más retrasado casi siempre el borde de salida, llamado también borde de ruptura, del último disco de mezclador.
Los discos de mezclador de filas de discos de mezclador adyacentes están acodados alternativamente con un ángulo de ataque positivo y otro negativo con relación a la dirección de circulación principal. Esta disposición de las filas de discos de mezclador divide la circulación alternativamente en una porción de circulación desviada en dirección positiva y en la negativa, con relación a la dirección de circulación principal. En la vista en planta sobre un dispositivo de mezclado de este tipo se obtiene por ello un esquema de circulación que se cruza. Además de esto los discos de mezclador no sólo generan una circulación transversal afectada por remolinos a través de los sistemas de remolinos de borde de ataque en sus lados traseros sino, a través del desvío simultáneo de la circulación en sus lados delanteros, también una circulación global rotatoria transversalmente a la dirección de circulación principal. Toda la corriente de fluido se hace girar alrededor del eje longitudinal de canal en toda la anchura de sección transversal del canal. Se obtiene por tanto una torsión global en la circulación, que hace posible un entremezclado especialmente efectivo del fluido. La invención tiene la ventaja de que también se mezclan estriaciones de temperatura y desequilibrios de temperatura.
El entremezclado del fluido se realiza, a causa de este escalonamiento o de esta estratificación especial de la circulación, de forma bastante más eficiente que en el caso del encadenamiento sucesivo de los mezcladores transversales conocidos. Ha quedado demostrado que los sistemas de remolinos de borde de ataque que se penetran mutuamente del dispositivo de mezclado conforme a la invención no se estorban de forma negativa. Además de esto el dispositivo de mezclado conforme a la invención necesita muy poco espacio, ya que las diferentes filas de discos de mezclador no están dispuestas consecutivamente a una distancia mínima mutua, para garantizar las efectividades específicas de las diferentes filas de discos de mezclador. A causa de las condiciones de espacio con frecuencia limitadas, en especial en las grandes instalaciones que casi siempre tienen una intensa densidad constructiva, esta forma compacta del dispositivo de mezclado conforme a la invención es una ventaja adicional.
En un perfeccionamiento preferido del dispositivo de mezclado conforme a la invención estas filas de discos de mezclador están dispuestas unas sobre otras. Las filas de discos de mezclador discurren por tanto ulteriormente unas junto a otras, pero están orientadas sin embargo con un giro de 90º y, en otras palabras, se extienden ambas en dirección horizontal. Asimismo es ventajoso que los ejes de fila de filas de discos de mezclador adyacentes estén situados en planos distanciados entre sí, que se extiendan fundamentalmente en paralelo a la dirección de circulación principal. Después los ejes de fila están dispuestos por lo tanto de tal modo que no se cortan pero que, en la vista en planta, discurren mutuamente en cruz.
También es ventajoso que los ejes de fila de filas de discos de mezclador adyacentes estén acodados alternativamente con un ángulo de orientación positivo y otro negativo con relación a la dirección de circulación principal. Por ángulo de orientación debe entenderse el ángulo que se forma entre el eje de fila y al dirección de circulación principal. La dirección de circulación principal se obtiene con ello de forma conocida fundamentalmente del recorrido de las paredes de canal delante, en el y detrás del dispositivo de mezclado. Normalmente está situada en la línea de centros de gravedad de la sección transversal de canal, que se extiende en la dirección longitudinal.
Los ejes de fila están dispuestos en cada caso en planos distanciados entre sí, que se extienden fundamentalmente en paralelo a la dirección de circulación principal. Discurren convenientemente a través de los centros de gravedad de los diferentes discos de mezclador. Alternativamente un eje de fila puede unir también el punto más avanzado en la dirección de circulación de la fila de discos de mezclador u otros puntos adecuados, para obtener una orientación uniforme de varios discos de mezclador diferentes. De este modo pueden por ejemplo los discos de mezclador de diferente longitud estar todos orientados por sus bordes de ataque, y después el eje de fila discurrir a través de los respectivos bordes de ataque.
Los ejes de fila están dispuestos en sus planos inclinados con relación a la dirección de circulación principal con un ángulo de orientación de entre 75º y 90º y/o entre -75º y -90º. Los dos ejes de fila pueden presentar por lo tanto un ángulo de orientación negativo o uno positivo o, alternativamente, un ángulo positivo y uno negativo.
En un perfeccionamiento los ejes de fila discurren mutuamente en paralelo. Después se obtiene un recorrido de circulación especialmente uniforme, en especial corriente abajo de las filas de discos de mezclador. Lo correspondiente es también válido si las filas de discos de mezclador están dispuestas simétricamente entre ellas. Con ello puede tratarse de simetría puntual o también axial con relación al centro de gravedad del canal de circulación o a la dirección de circulación principal.
En un perfeccionamiento preferido del dispositivo de mezclado conforme a la invención al menos una fila de discos de mezclador presenta un eje de fila curvado. Este es ventajoso en el caso de geometrías de canal complicadas del canal de circulación, si se quiere conducir la corriente del fluido en determinadas regiones del canal de circulación o se quiere entremezclar con más o menos intensidad partes de la circulación. El eje de fila curvado puede mostrar por ejemplo un radio de curvatura constante en el caso de un segmento de arco de círculo. También puede ser conveniente un recorrido de curvatura variable, que sea en especial parabólico. En el caso de un recorrido de curvatura de este tipo una parte del eje de fila de discos de mezclador discurre casi en paralelo a la dirección de circulación principal, mientras que la mayor parte se extiende transversalmente a la dirección de circulación principal. Si se unen los puntos de inicio y final de un eje de fila de discos de mezclador de este tipo, éste se extiende en el sentido de esta invención casi transversalmente a la dirección de circulación principal. Los ángulos de ataque de los discos de mezclador se eligen con preferencia mayores conforme desciende la curvatura del eje de fila.
Es especialmente conveniente que todas las filas de discos de mezclador tengan el mismo recorrido de curvatura. También aquí se obtiene un entremezclado uniforme de la circulación, que es conveniente en especial en el caso de segmentos de canal rectos.
El dispositivo de mezclado conforme a la invención presenta con preferencia un primer eje de fila con un primer recorrido de curvatura y un segundo eje de fila con un recorrido de curvatura, en donde el segundo recorrido de curvatura se corresponde con el reflejo del primer recorrido de curvatura. Con ello el recorrido de curvatura se refleja en el eje de gravedad del canal de circulación.
Las filas de discos de mezclador presentan con preferencia en cada caso el mismo número de discos de mezclado. También es ventajoso que todos los discos de mezclador de una fila de discos de mezclador tengan la misma conformación. De este modo pueden producirse los discos de mezclador favorablemente en una producción en masa. También es muy sencilla la orientación de los discos de mezclador en el emplazamiento, ya que los discos de mezclador pueden orientarse y montarse de la misma forma.
En dependencia de la geometría de canal puede ser deseable que los discos de mezclador de una fila de discos de mezclador estén dispuestos parcialmente solapados con relación a la dirección de circulación principal. Si miramos en la dirección de circulación principal se cubren después los discos de mezclador de una fila de mezclador solapada de este tipo. En la región del solape el disco de mezclador trasero está situado de este modo a la estela de circulación del disco de mezclador dispuesto delante del mismo. En el caso de geometrías de canal especialmente complejas varía el solape de los diferentes discos de mezclador en una fila de discos de mezclador. Aquí es conveniente que el solape de los diferentes discos de mezclador aumente conforme disminuye la curvatura o la inclinación del eje de fila en contra de la dirección de circulación principal.
Con preferencia al menos un disco de mezclador tiene una forma triangular. Por forma triangular se entiende aquí sobre todo un disco estrecho con superficie triangular. Además de o alternativamente a esto al menos un disco de mezclador puede tener una forma redondeada, en especial circular, elíptica u oval. Para un esquema de circulación óptimo es conveniente que al menos un disco de mezclador redondeado esté aplanado en su lado alejado de la dirección de circulación principal. Un dispositivo de mezclador conforme a la invención presenta también al menos un disco de mezclador, que tiene una forma trapezoidal. Después el lado más estrecho es el lado del disco de mezclador vuelto hacia la circulación. El borde de ataque que genera los remolinos de borde de ataque es después una "U" angular con brazos que se ensanchan, mientras que en el caso de un disco triangular es una "V" y en el caso de un disco circular es un segmento de arco de círculo.
Para apoyar ulteriormente la formación de los remolinos de borde de ataque y reducir la resistencia de circulación es conveniente que al menos un disco de mezclador presente al menos una inflexión en sus superficies sobre las que existe circulación. Esta inflexión no debería ser muy marcada, de tal modo que incluso con inflexión se siga manteniendo una superficie relativamente plana del disco de mezclador sobre la que existe circulación. La superficie está después doblada convenientemente hacia atrás en la dirección de circulación. El lado en punta de la inflexión está vuelto por lo tanto hacia la circulación. También pueden en este sentido acodar varias inflexiones la superficie en la dirección de circulación.
En una forma de ejecución especialmente preferida del dispositivo de mezclado conforme a la invención se ha dispuesto un dispositivo de adicionar mezclando con al menos una abertura de salida para un fluido secundario en el mismo segmento de circulación del canal de circulación, en el que se extienden las filas de discos de mezclador. Al contrario que hasta ahora en el estado de la técnica, se lleva a cabo por lo tanto una combinación de varios mezcladores transversales con un dispositivo de adicionar mezclando en un y el mismo segmento de canal. Con ello ha quedado demostrado que la resistencia de circulación del dispositivo de mezclado conforme a la invención es menor que la suma de las resistencias de circulación individuales de las respectivas filas de mezclador y del dispositivo de adicionar mezclando. Para una reducción ulterior de la resistencia de circulación el dispositivo de adicionar mezclando puede usarse también para fijar los discos de mezclador.
En un perfeccionamiento ventajoso del dispositivo de mezclado con dispositivo de adicionar mezclando se ha dispuesto entre dos filas de discos de mezclador adyacentes al menos un tubo de salida, en el que se encuentra al menos una abertura de salida. A través de este tubo de salida fluye el fluido secundario y se inyecta en el fluido primario a través de al menos una abertura de salida. El tubo de salida del dispositivo de adicionar mezclando debería estar adaptado exactamente a la geometría de la fila de discos de mezclador y convenientemente, en la región de los bordes de ataque de los discos de mezclador, discurrir lo más paralelamente posible a los ejes de fila. Este perfeccionamiento tiene en especial la ventaja de que el fluido secundario adicionado mezclando en el fluido primario, a causa de los remolinos de borde de ataque de los diferentes discos de mezclador, se distribuye corriente debajo de forma especialmente fina y uniforme. Además de esto desaparece con esta disposición la problemática de corrosión y erosión descrita al comienzo, en especial cuando la introducción por tobera se produce en el lado a sotavento de los discos de mezclador.
Para la ulterior homogenización del fluido primario enriquecido con el fluido secundario adicionado mezclando se ha asociado a cada disco de mezclador al menos una abertura de salida del dispositivo de adicionar mezclando. Esto significa que al menos una abertura de salida del dispositivo de adicionar mezclando está dispuesta en la región de cada disco de mezclador individual y allí lo más adelantada posible en la región del borde de ataque. De este modo se obtiene una distribución especialmente fina del fluido secundario en la circulación del primer fluido.
En una forma de ejecución especialmente preferida a cada disco de mezclador está asociado su propio tubo de salida del dispositivo de adicionar mezclando. Después puede fijarse de forma especialmente sencilla cada disco de mezclador en el canal de circulación. Para esto se enrosca, suelda o se fija de otro modo adecuado el disco de mezclador al tubo de salida respectivo.
El procedimiento de mezclado conforme a la invención destaca también porque al menos se crean dos sistemas de remolinos de borde de ataque dirigidos en contrasentido en un segmento de canal de circulación común. Los sistemas de remolinos de borde de ataque compuestos en cada caso de remolinos de borde de ataque, que giran por parejas uno respecto al otro y hacia el interior, están dirigidos por lo tanto alternativamente, con un ángulo una vez positivo y otra vez negativo, con relación a la dirección de circulación principal. Esto tiene la ventaja de que se obtiene un entremezclado efectivo del fluido en un tramo de medición especialmente corto.
En un perfeccionamiento preferido del procedimiento de mezclado conforme a la invención se genera en el mismo segmento de canal de circulación en el que se crean los sistemas de remolinos de borde de ataque, junto con los dos sistemas de remolinos de borde de ataque en contrasentido, una circulación global que rota en la dirección de circulación principal. Mediante la superposición de los sistemas de remolinos de borde de ataque con la circulación global, se obtiene un entremezclado nuevamente aumentado de las corrientes de fluido. En aplicaciones como por ejemplo la limpieza de gases de combustión, en las que se quiere introducir por tobera una corriente de fluido adicional en la corriente principal, durante la creación de los sistemas de remolinos de borde de ataque en contrasentido se adiciona mezclando al primer fluido al menos un fluido secundario adicional. Al contrario de lo que era hasta ahora usual se produce de este modo el entremezclado del fluido simultáneamente junto con la introducción mezclando del fluido secundario. Esto conduce, como ya se ha explicado anteriormente con relación al dispositivo de mezclado, a un aumento ulterior de la eficiencia del procedimiento de mezclado conforme a la invención.
La invención se explica a continuación con más detalle con base en los ejemplos de ejecución representados en el dibujo. Aquí muestran esquemáticamente:
la fig. 1 la representación tridimensional de un canal de circulación en el que está dispuesto un primer ejemplo de ejecución de un dispositivo de mezclado;
la fig. 2 la vista bidimensional del canal de circulación mostrado en la fig. 1 según se mira en la dirección del eje longitudinal de canal;
la fig. 3 la vista lateral bidimensional del canal de circulación mostrado en la fig. 1;
la fig. 4 la vista en planta bidimensional sobre el canal de circulación mostrado en la fig. 1;
la fig. 5 la representación tridimensional de un canal de circulación en el que está dispuesto un segundo ejemplo de ejecución del dispositivo de mezclado conforme a la invención;
la fig. 6 la vista bidimensional del canal de circulación mostrado en la fig. 5 según se mira en la dirección del eje longitudinal de canal, con un segundo ejemplo de ejecución de un dispositivo de mezclado;
la fig. 7 la vista lateral bidimensional del canal de circulación mostrado en la fig. 5, con el segundo ejemplo de ejecución del dispositivo de mezclado;
la fig. 8 la vista en planta bidimensional sobre el canal de circulación mostrado en la fig. 5, con el segundo ejemplo de ejecución del dispositivo de mezclado;
la fig. 9 una vista en planta bidimensional sobre un canal de circulación, con un tercer ejemplo de ejecución del dispositivo de mezclado;
la fig. 10 un disco de mezclador con superficie base circular;
la fig. 11 un disco de mezclador con superficie base elíptica;
La fig. 12 un disco de mezclador con superficie base en forma de segmento circular;
la fig. 13 un disco de mezclador con superficie base trapezoidal;
la fig. 14 un disco de mezclador con superficie base trapezoidal y una inflexión;
la fig. 15 el corte A-A indicado en la fig. 14;
la fig. 16 un disco de mezclador con superficie base triangular y dos inflexiones;
la fig. 17 el corte B-B indicado en la fig. 16; y
la fig. 18 una representación tridimensional de un cuarto ejemplo de ejecución de un dispositivo de mezclador.
La primera forma de ejecución mostrada en las figs. 1, 2, 3 y 4 del dispositivo de mezclado 1 conforme a la invención está dispuesta en un canal de circulación rectangular 2 y presenta ocho discos de mezclador 3 con superficie base triangular. Por el canal de circulación 2 circula un fluido P en la dirección de circulación principal 4. En el caso del canal 2 aquí mostrado la dirección de circulación principal discurre en la dirección del eje longitudinal de canal en dirección x y, transversalmente a la misma, la anchura de canal en la dirección del eje y y la altura de canal en la dirección z.
Los discos de mezclador 3 están acodados con relación a la dirección de circulación principal 4 con un ángulo de \pm \alpha. De este modo generan en su lado a sotavento, alejado de la circulación, remolinos de borde de ataque 5 que se ensanchan cónicamente abriéndose corriente abajo transversalmente a la dirección de circulación principal 4. Con ello los remolinos de borde de ataque 5 forman detrás de cada disco de mezclador 3 un sistema de remolinos de borde de ataque 14, en el que se trata de dos remolinos 5 que rotan en contrasentido hacia el centro de los discos de mezclador 3, que son muy estables y fuertes.
Los discos de mezclador 3 están dispuestos a lo largo de dos ejes de fila 6, 7 superpuestos en filas de discos de mezclador 8, 9. Las filas de discos de mezclador 8, 9 se encuentran por lo tanto en un segmento de canal de circulación común 10, en donde las dos filas de discos de mezclador 8, 9 tienen la misma longitud.
Como puede deducirse de la vista en planta sobre el dispositivo de mezclado 1 conforme a la invención en la fig. 4, los discos de mezclador 3 de la fila de discos de mezclador 8 situada de bajo de la fila de discos de mezclador 9 están acodados con un ángulo positivo \alpha con relación a la dirección de circulación principal 4. Con el ángulo positivo \alpha se quiere decir un ángulo positivo en el sentido matemático, es decir, un ángulo que gira en contra de las agujas del reloj. Los discos de mezclador 3 de la fila de discos de mezclador 9 situada por encima están dispuestos, de forma correspondiente, con un ángulo negativo \alpha con relación a la dirección de circulación principal 4.
Los ejes de fila 6, 7 de las filas de discos de mezclador 8, 9 adyacentes discurren a su vez mutuamente en paralelo y transversalmente a la dirección de circulación principal 4. Por ello en la fig. 4 el eje de fila 6 de la fila de discos de mezclador inferior 8 está cubierta por el eje de fila 7 de la fila de discos de mezclador superior 9. En el presente ejemplo de ejecución el ángulo de orientación \beta de los dos ejes de fila 6, 7 es en cada caso exactamente de 90º. Los ejes de fila 6, 7 están situados por ello en dos planos colocados en la dirección x y en la y con diferentes coordenadas z, que se extienden en paralelo a la dirección de circulación principal 4, en donde los ejes de fila 6, 7 discurren solamente en dirección y, es decir, que ambos tienen la misma coordenada x.
Los discos de mezclador 3 están aplicados de forma solidaria en rotación en cada caso a un tubo de fijación 11, de tal modo que se solapan con relación a la dirección de circulación principal 4. Como puede verse en la fig. 2, los discos de mezclador 3 presentan todos la misma forma y se solapan en cada caso en la dirección y una magnitud del mismo valor ü_{y}. Con ello los solapes ü_{y} en la fila de discos de mezclador inferior 8 son igual de grandes que los solapes en la fila de discos de mezclador 9.
El mezclado del fluido P que fluye en la dirección de circulación principal 4 a través del canal de circulación 2 se produce a continuación de tal manera, que los discos de mezclador 3 desvían el fluido circulante desde su punta 25 hasta el borde de salida ancho 26, transversalmente a la dirección de circulación principal, en la dirección de la pared de canal 13. En el lado a sotavento de los discos de mezclador 3 alejado de la circulación se forman simultáneamente sistemas de remolinos de borde de ataque 14. Estos sistemas de remolinos de borde de ataque 14 se encuentran detrás de cada disco de mezclador 3. Por motivos de claridad, en las figs. 1 a 9 no se han representado detrás de cada disco de mezclador 3.
Como puede verse en la fig. 2 se ensanchan los sistemas de remolinos de borde de ataque 14 de la fila de discos de mezclador 8, en el dibujo hacia la izquierda, y de la fila de discos de mezclador 9 en cada caso hacia la derecha. Con relación al sistema de coordenadas local representado en la fig. 2 discurren los sistemas de remolinos de borde de ataque inferiores 14 en la dirección y negativa, mientras que los sistemas de remolinos de borde de ataque superiores 14 de la fila de discos de mezclador 9 discurren en la dirección y positiva. Los discos de mezclador 3 desvían por tanto la circulación con su lado delantero vuelto hacia la circulación y generan, al propio tiempo, remolinos en su lado alejado de su circulación. Presentan por lo tanto una acción desviadora y generadora de remolinos. A causa de esta disposición específica de las dos filas de discos de mezcladora 8 y 9 se genera en toda la circulación una torsión con giro a la derecha alrededor del eje longitudinal de canal, que aquí recibe el nombre de circulación global rotatoria 12. Esta circulación global 12 es responsable de un buen entremezclado del fluido P de un lado del canal al otro.
En las figs. 5, 6, 7 y 8 se muestra un segundo ejemplo de ejecución del dispositivo de mezclado 1 conforme a la invención. Este se diferencia sobre todo en la orientación de las filas de discos de mezclador 8, 9 respecto al primer ejemplo de ejecución. Aquí discurren los ejes de discos de mezclador 6, 7, alternativamente, con un ángulo de orientación positivo o negativo \beta, de tal modo que en la vista en planta conforme a la fig. 8 se obtiene una disposición en cruz de las filas de discos de mezclador 8, 9. Las dos filas de discos de mezclador 8, 9 están dispuestas simétricamente respecto al eje longitudinal de canal, de tal modo que los ejes de fila 6, 7 se cortan en el centro del canal. Los ángulos \beta son en el presente caso aproximadamente de 80º.
Como puede verse asimismo en la fig. 5, los tubos de fijación 11 de los discos de mezclador 3 forman el dispositivo de adicionar mezclando 29 para el fluido secundario S. Es decir, que en esta forma de ejecución por los tubos de fijación 11 circula el fluido secundario S. Los extremos de los tubos de fijación 11 del lado del canal forman de este modo las aberturas de salida 30 del dispositivo de adicionar mezclando 29. Al mismo tiempo los tubos de fijación 11 son también los tubos de salida 31 del dispositivo de adicionar mezclando 29. Este dispositivo de adicionar mezclando 29 presenta de este modo el mismo número de tubos de salida 31 y aberturas de salida 30 que de discos de mezclador 3. Los tubos de fijación 11 sirven de este modo tanto para fijar los discos de mezclador 3 individuales en el canal de circulación 2 como para guiar y adicionar mezclando un fluido secundario S en la corriente del primer fluido P.
En el tercer ejemplo de ejecución mostrado en la fig. 9 del dispositivo de mezclado 1 conforme a la invención, los ejes de fila 6, 7 están curvados parabólicamente. El eje de fila superior 7 tiene su parte curvada con más intensidad en el lado izquierdo del canal de circulación 2 y el eje de fila inferior 6 tiene su parte curvada con más intensidad en el lado derecho del canal de circulación 2. Los discos de mezclador 3 están dispuestos a lo largo de cada eje de fila 6, 7, de tal modo que los ángulos de ataque \alpha aumentan desde la parte curvada con más intensidad hacia la parte curvada con menos intensidad de un eje de fila 6, 7.
En este ejemplo de ejecución se ha elegido la distancia entre los discos de mezclador individuales en cada fila de discos de mezclador 6, 7, de tal modo que el solape Ü_{y} se reduce conforme aumenta la curvatura del eje de fila 6, 7. Como en el caso del ejemplo de ejecución anterior, también en este ejemplo de ejecución están dispuestos los discos de mezclador 3 a lo largo de los ejes de fila 6, 7 simétricamente a la dirección de circulación principal 4, que discurre en el punto central de canal en la dirección x. Los ejes de fila 6, 7 superpuestos se cortan por lo tanto en la vista en planta de la fig. 9 en el centro del canal de circulación 2.
En las figs. 10 a 17 se muestran diferentes formas de ejecución de discos de mezclador 3. En el caso del disco de mezclador 3 mostrado en la fig. 10 se trata de un disco con superficie base circular. El disco mostrado en la fig. 11 tiene una superficie base elíptica. El disco mostrado en la fig. 12 es igualmente un disco de mezclador redondeado, que presenta evidentemente un borde de salida 17 aplanado. El disco de mezclador 3 debe disponerse en la circulación, de tal modo que el borde de ataque redondeado 18 esté dirigido en contra de la circulación y el borde de salida aplanado 17 esté alejado de la circulación. El disco de mezclador 3 mostrado en la fig. 13 tiene una superficie base trapezoidal, en donde el lado delantero 19 más estrecho está dirigido en contra de la circulación y el borde de salida 20 más ancho está alejado de la circulación. Alrededor del disco de mezclador 3 mostrado en la fig. 13 se produce la circulación también de izquierda hacia la derecha, de la misma manera que en el disco de mezclador 3 mostrado en la fig. 12.
En las figs. 14 y 15 se muestra una forma de ejecución adicional de un disco de mezclador trapezoidal 3. Aquí el disco de mezclador 3 presenta una inflexión 21, que se extiende en la dirección de circulación en el centro de la superficie base del disco de mezclador 3. La inflexión 21 discurre, como puede verse en la fig. 15, de tal modo que el lado 22 del disco de mezclador 3 vuelto hacia la circulación cae algo hacia atrás en la dirección de circulación, mientras que el lado superior del disco de mezclador 3 alejado de la circulación está conformado hueco. Esta conformación conduce a una intensificación de los remolinos de borde de ataque y a una estabilización mecánica del disco de mezclador 3.
En las figs. 16 y 17 se muestra una forma de ejecución adicional de un disco de mezclador 3, que presenta una superficie base triangular en la vista en planta, pero que tiene además dos flexiones 21 y 24 que discurren desde la punta 25 radialmente hacia el borde de salida 26, de tal modo que las anchuras de los lados 27 y 28 replegados aumentan en la dirección de circulación. En la fig. 17 se muestra el corte B-B indicado en la fig. 16, en el que pueden verse las dos posiciones acodadas de las páginas 27 y 28. El disco de mezclador 3 mostrado en las figs. 16 y 17 se orienta en la circulación exactamente como el disco de mezclador mostrado en las figs. 14 y 15. La superficie 22 del disco de mezclador 3 sobre la que existe circulación está también acodada en sus bordes laterales con relación a la circulación, mientras que el centro es recto. El lado superior 23 del disco de mezclador 3 alejado de la circulación está a su vez conformado hueco.
El cuarto ejemplo de ejecución ilustrado en la fig. 18 de un dispositivo de mezclado se diferencia del primer ejemplo de ejecución representado en la fig. 1 en que los discos de mezclador 3' presentan una superficie base elíptica, como se ha representado en la fig. 11. Por lo demás la estructura se corresponde con el ejemplo representado en
la fig. 1.

Claims (31)

1. Dispositivo mezclador (1), que presenta un canal de circulación (2) y varios discos de mezclador (3) que generan remolinos de borde de ataque (5) en un fluido (P), que circula a través del canal de circulación (2) en una dirección de circulación principal (4), en donde los discos de mezclador (3) están dispuestos en filas de discos de mezclador (8, 9), a lo largo de ejes de fila (6, 7) que discurren casi transversalmente a la dirección de circulación principal (4), y los discos de mezclador (3) de la respectiva fila de discos de mezclador (8, 9) están acodados en el mismo sentido con relación a la dirección de circulación principal (4) del fluido y están dispuestos de forma que se solapan parcialmente con relación a la dirección de circulación principal (4), caracterizado porque las filas de discos de mezclador (8, 9) están dispuestas en un segmento de canal de circulación común (10), cuya longitud se corresponde con la extensión longitudinal máxima de la mayor fila de discos de mezclador (8, 9) en la dirección de circulación principal y las filas de discos de mezclador (8, 9) están dispuestas unas junto a otras con relación a la dirección de circulación principal (4), en donde los discos de mezclador (3) de filas de discos de mezclador (8, 9) adyacentes están acodados alternativamente con un ángulo de ataque positivo y otro negativo (\alpha) con relación a la dirección de circulación principal (4).
2. Dispositivo de mezclado según la reivindicación 1, caracterizado porque las filas de discos de mezclador (8, 9) están dispuestas unas sobre otras.
3. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque los ejes de fila (6, 7) de filas de discos de mezclador (8, 9) adyacentes están acodados alternativamente con un ángulo de orientación positivo y otro negativo (\beta) con relación a la dirección de circulación principal (4).
4. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los ejes de fila (6, 7) de filas de discos de mezclador (8, 9) adyacentes están dispuestos en planos distanciados entre sí y que se extienden fundamentalmente en paralelo a la dirección de circulación principal (4).
5. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los ejes de fila (6, 7) están dispuestos en sus planos inclinados con relación a la dirección de circulación principal (4) con un ángulo de orientación (\beta) de entre 75º y 90º y/o entre -75º y -90º.
6. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores 1 a 4, caracterizado porque los ejes de fila (6, 7) de filas de discos de mezclador (8, 9) discurren mutuamente en paralelo.
7. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las filas de discos de mezclador (8, 9) están dispuestas simétricamente entre ellas.
8. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos una fila de discos de mezclador (8, 9) presenta un eje de fila (6, 7) curvado.
9. Dispositivo de mezclado según la reivindicación 8, caracterizado porque al menos una fila de discos de mezclador (8, 9) presenta un eje de fila curvado con un recorrido de curvado variable.
10. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones 8 ó 9, caracterizado porque el recorrido de curvatura es parabólico.
11. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado porque el valor de los ángulos de ataque (\alpha) de los discos de mezclador (3) aumenta conforme se reduce la curvatura del eje de fila (6, 7).
12. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque todas las filas de discos de mezclador (8, 9) tiene el mismo recorrido de curvatura.
13. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un primer eje de fila (6) presenta un primer recorrido de curvatura y un segundo eje de fila (7) un recorrido de curvatura, en donde el segundo recorrido de curvatura se corresponde con el reflejo del primer recorrido de curvatura.
14. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las filas de discos de mezclador (6, 7) presentan en cada caso el mismo número de discos de mezclador (3).
15. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque todos los discos de mezclador (3) de una fila de discos de mezclador (8, 9) tienen la misma conformación.
16. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el solape (ü_{y}) de los diferentes discos de mezclador (3) varía en una fila de discos de mezclador (8, 9).
17. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el solape (ü_{y}) de los diferentes discos de mezclador (3) aumenta conforme disminuye la curvatura o la inclinación del eje de fila (6, 7) en contra de la dirección de circulación principal (4).
18. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un disco de mezclador (3) tiene una forma triangular.
19. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un disco de mezclador (3) tiene una forma redondeada, en especial circular, elíptica u oval.
20. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un disco de mezclador (3) redondeado está aplanado en su lado (17) alejado de la dirección de circulación principal (4).
21. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un disco de mezclador (3) tiene una forma trapezoidal.
22. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un disco de mezclador (3) presenta al menos una inflexión (21, 24) en su superficie (22) sobre la que existe circulación.
23. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque se ha dispuesto un dispositivo de adicionar mezclando (29) con al menos una abertura de salida (30) para un fluido secundario (S) en el mismo segmento de circulación (10) del canal de circulación (2), en el que se extienden las filas de discos de mezclador (8, 9).
24. Dispositivo de mezclado según la reivindicación 23, caracterizado porque los discos de mezclador (3) están aplicados al dispositivo de adicionar mezclando (29).
25. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque entre dos filas de discos de mezclador (8, 9) adyacentes está dispuesto al menos un tubo de salida (31), en el que se encuentra al menos una abertura de salida (30) para el fluido secundario (S).
26. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está dispuesto al menos un tubo de salida (31), en el que se encuentra al menos una abertura de salida (30) para el fluido secundario (S), en paralelo a cada fila de discos de mezclador (8, 9).
27. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a cada disco de mezclador (3) se asocia al menos una abertura de salida (30) del dispositivo de adicionar mezclando (29).
28. Dispositivo de mezclado según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque a cada disco de mezclador (3) se asocia su propio tubo de salida (31) del dispositivo de adicionar mezclando (29).
29. Procedimiento de mezclado para mezclar un fluido (P) que circula en una dirección de circulación principal 84) a través de un canal de circulación (2), en el que la circulación del fluido (P) se entremezcla mediante varios sistemas de remolinos de borde de ataque (14), caracterizado porque al menos se crean dos sistemas de remolinos de borde de ataque (14) orientados en contrasentido mediante un dispositivo, según una de las reivindicaciones anteriores, en un segmento de canal de circulación común (10).
30. Procedimiento de mezclado según la reivindicación 29, caracterizado porque en la circulación del fluido (P) en el segmento de canal de circulación (10), mediante los dos sistemas de remolinos de borde de ataque (14) en contrasentido, se produce una torsión que genera una circulación global (12) rotatoria alrededor de la dirección de circulación principal (4).
31. Procedimiento de mezclado según la reivindicación 29 ó 30, caracterizado porque al mismo tiempo que la creación de los sistemas de remolinos de borde de ataque (14) en contrasentido al fluido (P) se adiciona mezclando, en la región de las filas de discos de mezclador (8, 9), al menos un fluido secundario (S) adicional.
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