ES2298737T3 - Procedimiento y dispositivo de reduccion de la polucion de gases de escape. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para reducir y/o eliminar agentes contaminantes en gases de escape producidos por generadores térmicos de combustión para viviendas civiles que comprende por lo menos una cámara de combustión (5) y por lo menos un conducto de escape fijo (2) para dirigir gases de salida desde una cámara de combustión interior a una cámara de combustión exterior, que comprende las etapas de - establecer la presión de dichos gases de escape en un intervalo predefinido; - separar los agentes contaminantes gaseosos de escape; - separar partículas contaminantes a través de un filtro de red metálico, cables, alambres, bobinas o poroso que actúa mecánicamente para detener partículas; - establecer la temperatura del elemento metálico a dicho valor para así iniciar la combustión o descomposición de partículas o agentes contaminantes en elementos básicos; caracterizado por el hecho de que incluye las etapas adicionales de: - disponer un primer y un segundo conducto (18, 19) para conectarse enparalelo a dicho conducto de escape fijo; - dirigir los gases de escape para que fluyan alternativamente a través de dicho primer conducto (18) o dicho segundo conducto (19), teniendo lugar dichas etapas de establecer presión y temperatura y las etapas de separar agentes contaminantes gaseosos y en partículas solamente en dicho segundo conducto (19).
Description
Procedimiento y dispositivo de reducción de la
polución de gases de escape.
La invención que se describe se refiere a un
procedimiento y a un aparato diseñado conforme al mismo para
reducir y/o eliminar componentes de gases de escape contaminantes de
emisiones de generadores térmicos de combustión que comprende por
lo menos una cámara de combustión y por lo menos un conducto de
escape fijo, utilizándose el conducto para dirigir los gases de
escape desde un volumen interior a un volumen exterior de dicha
cámara de combustión, que comprende las etapas de: establecer el
valor de presión de los gases de escape en un intervalo
predefinido, en por lo menos una sección de dicho conducto fijo;
separar los agentes contaminantes gaseosos, en por lo menos una
sección de dicho conducto fijo.
Uno de los problemas importantes que se dan
actualmente en ciudades y grandes pueblos es la contaminación del
aire.
La contaminación del aire es tanto de sustancias
mezcladas con el aire como de sustancias que modifican los
componentes naturales del aire. Todas estas sustancias se denominan
comúnmente agentes contaminantes. De este modo existen dos familias
de agentes contaminantes: agentes contaminantes directos y agentes
contaminantes indirectos.
Los agentes contaminantes directos se dividen
típicamente en agentes contaminantes gaseosos y agentes
contaminantes sólidos. A modo de ejemplo, algunos agentes
contaminantes directos son aquellas sustancias capaces de modificar
el oxígeno del aire convirtiéndolo de su estado molecular biatómico
a un estado triatómico modificado (denominado ozono). Este
comportamiento fue originado por emisiones de gases de escape.
Para reducir la contaminación y sus daños
asociados, los inventores identificaron fuentes de contaminación y
de este modo se trató una intervención tecnológica adecuada para
cada una de las fuentes. Todas las fuentes de contaminación son
aquellas que emiten partículas gaseosas y sólidas en aire, y son
vehículos, edificios y plantas industriales.
Las soluciones utilizadas para reducir los
agentes contaminantes liberados en el aire, sus efectos sobre la
salud, son distintos según el tipo de fuente de contaminación, el
agente contaminante y el período histórico.
Al principio se prestó atención a la reducción
de algunos agentes contaminantes de plantas industriales, véase a
modo de ejemplo la patente americana nº US 5.879.645 que describe un
catalizador y un procedimiento asociado para reducir óxidos de
nitrógeno de emisiones industriales. Las emisiones se refieren
principalmente a gases de escape de combustión.
Por consiguiente, se aplicó una solución similar
a un campo distinto tal como vehículos, específicamente coches,
camiones, etc.
Efectivamente, en la patente americana nº US
5.879.645 se aplica un catalizador y un procedimiento asociado de
acuerdo con el mismo esquema a gases de escape de vehículos. La
introducción de silenciadores catalizados permitió reducir
drásticamente los agentes contaminantes de los vehículos.
Sin embargo, se observó que todas estas
soluciones eran capaces de reducir los agentes contaminantes y las
emisiones de plantas industriales y la combustión interna de los
vehículos no eran suficientes para reducir la contaminación
especialmente en grandes ciudades.
Tal como se ha indicado al principio, es
necesario reducir los agentes contaminantes también en edificios.
La densidad residencial contribuye substancialmente a emisiones de
agentes contaminantes en el aire debido principalmente a sistemas
calefactores y a sistemas de producción de agua caliente instalados
en viviendas y oficinas.
La reducción de emisiones está asociada así
principalmente a la reducción de agentes contaminantes directamente
en la fuente a través de la introducción de dispositivos dedicados.
Para tener una ventaja clara es necesario instalar dicho sistema de
reducción de contaminación en la mayoría de vehículos y viviendas.
Actualmente la mayoría de los países desarrollados tienen normas
que obligan a los fabricantes de automóviles a vender coches con
dispositivos de reducción de emisiones para cumplir objetivos de
reducción específicos. La edad promedio de los automóviles hizo
posible sustituir la mayoría de coches de circulación, que no
adoptaban dichos dispositivos, por unos de baja emisión.
Desafortunadamente, la situación en las viviendas es distinta; la
edad promedio de las viviendas es demasiado grande en comparación
con la de los automóviles ya que no es posible imaginar, incluso en
el caso de una normativa similar al sector automovilístico, una
substitución rápida del dispositivo existente por unos nuevos con
perfiles de baja emisión. En tal caso, las soluciones dedicadas a
viviendas deben ser: fáciles de instalar en plantas existentes,
presentar un perfil de bajo coste para no tener un gran impacto
económico en los propietarios del edificio, y durar un período de
tiempo comparable al período y tiempo de mantenimiento medio de los
edificios. El tiempo de duración promedio previsto para componentes
obsoletos es un parámetro importante; esta vez es considerablemente
grande en el sector civil en comparación con el sector
automovilístico, de hecho son de un bajo impacto más interesante y
una solución de mejora en comparación con completar nuevos que
requieran reconstrucciones.
\vskip1.000000\baselineskip
Cada país establece normas de seguridad y salud
relacionadas con la seguridad de plantas especialmente en caso de
incendio o explosión. En una planta industrial, un dispositivo
catalítico requiere un régimen térmico de altas temperaturas. La
elevada temperatura se consigue quemando gas, gasolina, combustible
diésel u otros. En la construcción civil, las modificaciones
necesarias para tal dispositivo a menudo son incompatibles con la
tipología espacios existentes o requieren modificaciones del entorno
para satisfacer normas de incendios y de seguridad especialmente en
normativas contra explosiones en caso de gas.
Son conocidos dispositivos para mejorar la
calidad del aire para entornos cerrados, dichos dispositivos aspiran
aire desde el exterior variando químicamente y mecánicamente sus
propiedades, y bombeando al interior de edificios o en
vehículos.
DE 196 27 028 A (DEUTZ AG) describe un
procedimiento y un dispositivo para reducir agentes contaminantes en
gases de escape producidos por la combustión en un calefactor para
una construcción civil (casa o residencia), el aparato comprende
una cámara de combustión, un conducto de escape fijo, medios para
regular la presión de los gases de escape que pasan por el
conducto, medios para extraer agentes contaminantes gaseosos y
medios para separar agentes contaminantes en partículas en forma de
filtro cerámico poroso que puede calentarse mediante un elemento
calefactor eléctrico para la ignición de partículas de hollín
retenidas y, de este modo, regenerar el filtro.
El objeto de la presente invención es disponer
un procedimiento y el dispositivo asociado para la reducción y/o
eliminación de agentes contaminantes de gases de escape producidos
por los generadores térmicos de combustión que han de ser
fácilmente instalables en edificios existentes, han ser de bajo
coste y han de ser fácilmente configurables y/o adaptables.
El objeto de la presente invención es un
procedimiento y el dispositivo asociado al mismo para la reducción
y/o eliminación de agentes contaminantes y un aparato diseñado
conforme al mismo para reducir y/o eliminar componentes de gases de
escape de emisiones de generadores térmicos de combustión que
comprende por lo menos una cámara de combustión y por lo menos un
conducto de escape fijo, utilizándose el conducto de escape para
dirigir los gases de escape desde un volumen interior a un volumen
exterior de dicha cámara de combustión, que comprende las etapas de
establecer el valor de la presión de los gases de escape en un
intervalo predefinido, en por lo menos una sección de dicho
conducto fijo; y separar los agentes contaminantes gaseosos, en por
lo menos una sección de dicho conducto fijo.
El objeto de la presente invención es un
procedimiento y el dispositivo asociado para la reducción y/o
eliminación de agentes contaminantes y un aparato diseñado conforme
al mismo para reducir y/o eliminar componentes de gases de escape
contaminantes de emisiones de generadores térmicos de combustión que
comprende por lo menos una cámara de combustión y por lo menos un
conducto de escape fijo, utilizándose el conducto para dirigir los
gases de escape desde un volumen interior a un volumen exterior de
dicha cámara de combustión, que comprende primeros dispositivos
para establecer la presión dentro de un intervalo predefinido,
segundos dispositivos para separar los agentes contaminantes
gaseosos en por lo menos una sección del conducto fijo y terceros
dispositivos para separar los agentes contaminantes sólidos en por
lo menos una sección del conducto fijo.
El procedimiento y el aparato descritos para
reducir incluso totalmente todos los tipos de agentes contaminantes
de gases de escape de generadores térmicos de combustión es
aplicable a cualquier tipo de sistema de combustión utilizando
distintos combustibles líquidos tales como queroseno, aceite pesado,
combustible diésel o gas tal como metano, GLP etc.
El objeto de la presente invención es un
procedimiento y el dispositivo asociado para la reducción y/o
eliminación de agentes contaminantes y un aparato diseñado conforme
al mismo para reducir y/o eliminar los componentes de gases de
escape contaminantes de emisiones de generadores térmicos de
combustión que comprende por lo menos una cámara de combustión y
por lo menos un conducto de escape fijo, utilizándose el conducto
para dirigir los gases de escape desde un volumen interior a un
volumen exterior de dicha cámara de combustión, caracterizado por
el hecho de que los primeros, segundos y terceros dispositivos son
configurables de acuerdo con una serie de parámetros para reducir
y/o eliminar los agentes contaminantes de los gases de escape.
Esta serie de parámetros incluye, por ejemplo,
las condiciones de funcionamiento, tales como temperatura exterior,
humedad, posición de los componentes del dispositivo de acuerdo con
la presente invención, etc., la tipología del combustible o los
combustibles quemados, en el caso de un único conducto de escape
fijo que da servicio a dos cámaras de combustión distintas que
queman diferentes combustibles y su porcentaje de uso. Esta
situación puede producirse cuando en una casa la unidad calefactora
está funcionando junto con la chimenea.
La presente invención podría ser ventajosa
aplicada a calefactores y unidades calefactores de nueva generación,
especialmente aquellas de flujo de aire forzado y sin aspiración de
aire libre.
En otra realización de la presente invención se
describe un aparato y un procedimiento asociado para la reducción
y/o eliminación de agentes contaminantes y un aparato diseñado
conforme al mismo para reducir y/o eliminar los componentes de
gases de escape contaminantes de emisiones de generadores térmicos
de combustión que comprende por lo menos una cámara de combustión y
por lo menos un conducto de escape fijo, utilizándose el conducto
para dirigir los gases de escape desde un volumen interior a un
volumen exterior de dicha cámara de combustión, caracterizado por
el hecho de que dichos primeros, segundos y terceros dispositivos
son modulares para reducir costes y hacer que la instalación sea
fácil, eventualmente adaptable y hacer que el mantenimiento sea el
más sencillo. Además dichos primeros, segundos y terceros
dispositivos quedan incluidos en el conducto de escape fijo.
La figura 1 representa un esquema para la
calefacción de viviendas de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 representa un conducto de flujo de
gases de escape de acuerdo con una configuración de la presente
invención.
La figura 3 representa un conducto de flujo de
gases de escape de acuerdo con una configuración de la presente
invención.
La figura 4 representa un conducto de flujo de
gases de escape de acuerdo con una configuración de la presente
invención.
\vskip1.000000\baselineskip
La figura 1 muestra un ejemplo del sistema
aplicado a la calefacción de una vivienda de acuerdo con la presente
invención, que incluye un generador térmico de combustión 1 de tipo
conocido, colocado típicamente en el interior de la propia casa,
conectado a un aparato 6 para el suministro de combustible 7 y a un
conducto de escape 2 capaz de dirigir gases de escape desde el
generador térmico 1 al exterior de la casa a través de un aparato
12 para reducir y/o eliminar los agentes contaminantes de los gases
de escape producidos por el generador térmico 1 que comprende una
entrada 16 y una salida 17.
El generador térmico 1 comprende una cámara de
combustión 5 capaz de quemar el combustible 7 para generar calor y
un sistema de conexión 8 capaz de conectar el conducto de escape
fijo 2 a la cámara de combustión 5. El aparato 6 suministra el
combustible 7 a la cámara de combustión.
Típicamente, el conducto fijo 2 finaliza en otro
conducto 3 que tiene un dispositivo 4 diseñado para facilitar la
emisión y la dilución de gases de escape en la atmósfera.
El conducto de escape fijo 2 incluye una primera
parte 9 que presenta un primer extremo 10 y un segundo extremo 11,
y una segunda parte 13 que presenta un primer extremo 14 y un
segundo extremo 15. La primera parte 9 del conducto fijo 2 está
conectada al primer extremo 10 al sistema de conexión 8 y está
conectada al segundo 11 en la entrada 16 del aparato 12. La segunda
parte 13 del conducto fijo 2 está conectada al primer extremo 14 en
la salida 17 del aparato 12 y con el segundo extremo 15 al conducto
vertical 3 que eventualmente incluye al dispositivo 4.
En una realización preferida, la primera parte 9
se encuentra totalmente incluida dentro de la casa, mientras que la
segunda parte 13 se deja en el exterior de la casa bajo el techo o
sobre el techo. El aparato 12 de acuerdo con la presente
configuración podría dejarse en el exterior de la casa o
eventualmente dentro, bajo el techo; sin embargo son posibles
muchas configuraciones en las que se dispone una entrada 16 en el
interior de la casa y una salida 17 en el exterior de la casa en el
techo o eventualmente bajo el techo, incluso en el recinto de la
unidad calefactora.
La figura 2 muestra un diagrama de bloques de
una posible configuración del aparato 12 que incluye la entrada 16
para los gases de escape de la cámara de combustión a través de la
sección 9 del conducto fijo y una salida 17 para dirigir los gases
de escape en la segunda parte 13 del propio conducto fijo 2. Desde
la entrada 16 parten dos conductos, un primer conducto 19 y un
segundo conducto 18. El primer conducto 18 conecta directamente la
entrada 16 a la salida 17. El segundo conducto 19 incluye un
dispositivo de control de flujo 24, un filtro 20 para el filtrado
de agentes contaminantes sólidos, un dispositivo 21, conectado al
dispositivo de control de flujo 21 para mantener la presión de los
gases de escape en una sección del conducto 19 en un intervalo de
valores predefinidos, un dispositivo 22 para la regulación
automática de la temperatura de los gases de escape y un filtro 23
para la descomposición de agentes contaminantes gaseosos. El segundo
conducto 19 se conecta en paralelo al primer conducto 18, la
entrada 16 y la salida 17.
Además, el aparato 12 incluye un sistema de
control electrónico 25 que comprende una unidad central capaz de
regular el funcionamiento de todos los componentes del sistema para
la calefacción de una casa de acuerdo con la presente
invención.
El dispositivo de control de flujo 24 puede
diseñarse por ejemplo como válvula de compuerta o válvula de
mariposa y permite controlar la cantidad de gases de escape que
entran en el conducto 19 y controlar a través del dispositivo 21 la
presión de los gases de escape en el conducto 19. El dispositivo de
control de flujo 24 se activa por diferencia de presión entre el
conducto 18 y el conducto 19.
El filtro 20 para el filtrado de productos de
escape sólidos está compuesto de dos bloques diferentes o, si es
posible, de un único bloque integrado. Cualquier filtro capaz de
separar agentes contaminantes sólidos tales como partículas, humo,
y aire en general podría constituir el filtro 20. Se obtiene una
gran ventaja al utilizar un filtro de partículas empleando fuerzas
de inercia generadas por el movimiento de las partículas para mover
partículas fuera del flujo de aire que lleva las propias partículas,
por ejemplo un ciclón o sistema similar. Véase, por ejemplo, la
patente americana nº 4.895.707; Kuhn, Michael; 23 de Enero de 1990;
"Soot burn-off filter for diesel
engines"; Daimler Benz Aktiengesellschaft. En caso de que el
objetivo sea separar las partículas que constituyen los agentes
contaminantes sólidos teniendo en cuenta su naturaleza y
dimensiones, podría utilizarse un filtro de gravedad, véase la
patente americana nº US 5.294.002; Moses, Darcy; 15 de Marzo de
1994; "Air separator with spiral staves"; Crown Iron
Works Company. En otra realización es posible instalar un filtro de
efecto Coanda, véase por ejemplo la patente S. U. A. C. 939079;
Borodulya; 5 de Julio de 1982; "Method of containing particles
in gas jets"; Minsk Motor Works and Institute of
Heat-and Mass Transfer Lynkov.
En caso de que sea útil filtrar partículas más
finas, como es el caso de combustible gaseoso 7, utilizando, por
ejemplo, metano, podría ser útil aplicar un filtro acústico 20,
véase como ejemplo la patente americana nº US 5.085.783; Feke, y
otros; 4 de Febrero de 1992; "Acoustically driven particle
separation method and apparatus"; Case Western Reserve
University.
En cualquier caso, si se genera un sistema de
combustión viejo, es necesario acelerar el flujo de gases de escape
para generar suficiente aceleración para separar las partículas que
llevan.
La unidad de presurización capaz de regular la
presión en el interior del conducto 19 en cooperación con el
regulador de flujo 24 constituye el dispositivo 21. Los medios de
presurización podrían ser incluso un dispositivo de pistón a baja
velocidad de rotación. Hay disponibles mejores sistemas como
alternativa, tales como bombas centrífugas o sistemas que utilizan
vibraciones o choques (es decir, ultrasonidos) para aumentar el
deslizamiento en cavidades catalizadoras tal como se describe más
adelante. Esos dispositivos podrían utilizarse para crear secciones
de conducto interiores 19 en las cuales la presión de los gases de
escape es menor que en el conducto 18.
El filtro 23 para la filtración de agentes
contaminantes gaseosos incluye un catalizador de tipo conocido para
la purificación de humo.
La fórmula que describe la velocidad de reacción
catalítica (v) es:
\vskip1.000000\baselineskip
donde:
v - es la velocidad de reacción catalítica, mol
\times m^{-3} \times s^{-1}
A - es la superficie catalítica, m^{2}
K_{0} - es el factor
pre-exponencial, m \times mol^{-1} \times
s^{-1}
E_{a} - es la energía de activación de la
reacción catalítica, J/mol (julio por mol)
R - es la constante universal de los gases =
8,314 J/(mol \times K)
T - es la temperatura K
C_{1} - es la concentración del reactivo 1,
mol \times m^{3}
C_{2} - es la concentración del reactivo 2,
mol \times m^{3}
\vskip1.000000\baselineskip
Como ejemplo de valores numéricos a utilizar en
la ecuación citada anteriormente, véase por ejemplo es. Bremer, H.,
y K. Wendland. Heterogene Katalyse. Berlín:
Academie-Verlag, 1981, o como alternativa, la
patente americana nº US 5.591.414; Jacob, Eberhard, y otros, 7 de
Enero de 1997; "Sorptive catalyst for the sorptive and
oxidative cleaning of exhaust gases from diesel engines"; MAN
Nutzfahrzeuge Aktiengesellschaft. De acuerdo con la ecuación, el
problema principal es el correcto control de la temperatura y la
zona de contacto entre el gas y el catalizador sólido. Es posible
utilizar un sistema catalizador económico o catalizador diseñado a
partir de metales nobles que utilicen metales de transición
específicos, véase como ejemplo la patente americana nº US
5.591.414 Jacob, Eberhard, y otros, 7 de Enero de 1997;
"Sorptive catalyst for the sorptive and oxidative cleaning of
exhaust gases from diesel engines"; MAN Nutzfahrzeuge
Aktiengesellschaft.
Estas tipologías de catalizador utilizando
metales nobles permiten una menor temperatura de los gases de escape
y de este modo permiten un menor consumo de energía y un menor
coste de realización para los componentes que constituyen el
aparato 12. Se conoce una gran variedad de soluciones para realizar
catalizadores con distintos materiales y procesos de realización
para aumentar la eficacia de conversión, requiriéndose en cada caso
un control preciso de la temperatura de trabajo ya que a baja
temperatura no eliminan y/o reducen todos los agentes contaminantes
de tipo gaseoso y a veces desactivan el sustrato. En caso de gases
de escape a baja temperatura, tal como los generados en
construcción civil, es obligatorio controlar la temperatura y la
presión. La temperatura se controla para el comportamiento citado
anteriormente, la presión para restablecer pérdidas de presión y
mantener la combustión. Estas pérdidas de presión se deben al
catalizador y los filtros.
El dispositivo 22 para la regulación automática
de la temperatura de escape incluye por lo menos un conducto
interior metálico 19, y una bobina de inducción conectada a una
unidad de alimentación. La característica de estos elementos
metálicos es que presentan un punto de Cuirè predefinido según el
punto de funcionamiento óptimo del filtro catalítico 23. La bobina
de inducción está realizada de manera que conduce corriente alterna
hasta que los elementos metálicos alcanzan su punto de Couriè. A
esta temperatura el sistema no induce corriente ya que pierden las
características magnéticas. Si los gases de escape se encuentran a
una temperatura más elevada que la requerida por el catalizador el
sistema queda naturalmente inactivo y no absorbe corriente.
En una primera representación del aparato 12
mostrado en la figura 2 el segundo conducto 19 incluye en orden
desde la entrada 16 a la salida 17 el dispositivo de control de
flujo 24, el filtro de partículas sólidas 20, el dispositivo 21
conectado operativamente al dispositivo de control de flujo 24 para
mantener la presión de escape en el conducto 19 en unas condiciones
operativas predefinidas, un dispositivo de control de la temperatura
de escape 22 y un filtro catalítico 23 para agentes contaminantes
gaseosos.
En la figura 3 se muestra una segunda
representación del aparato 12 en la que el segundo conducto 19
incluye en orden desde la entrada 16 a la salida 17 el dispositivo
de control de flujo 24, el dispositivo de control de la temperatura
de escape 22, el filtro de partículas sólidas 20, el dispositivo 21
conectado operativamente al dispositivo de control de flujo 24 para
mantener la presión del escape en el conducto 19 en unas condiciones
de funcionamiento predefinidas, y un filtro catalítico 23 para
agentes contaminantes gaseosos.
En la figura 4 se muestra una tercera
representación del aparato 12 en la que el segundo conducto 19
incluye en orden desde la entrada 16 a la salida 17 el dispositivo
de control de flujo 24, el dispositivo de control de la temperatura
de escape 22, el filtro de partículas sólidas 20, un filtro
catalítico 23 para agentes contaminantes gaseosos, y el dispositivo
21 conectado operativamente al dispositivo de control de flujo 24
para mantener la presión de escape en el conducto 19 en unas
condiciones de funcionamiento predefinidas.
En otra representación, no mostrada aquí, el
dispositivo de control de temperatura automático podría estar
integrado en el dispositivo 21.
En una posible variante de las configuraciones
citadas anteriormente, y no mostrada en las figuras, se inserta
otro dispositivo de control de flujo 26 a lo largo del conducto 19,
antes de la salida 17 y después del filtro 20 y después del filtro
22. El dispositivo de control de flujo 26 es capaz de detener el
cortocircuito de gases de salida y/o el retorno de flujo curso
arriba a través del conducto 18.
El aparato 12 podría montarse físicamente en
distintas configuraciones y con un orden de componentes distinto de
los descritos dejando intacto el objeto de la presente
invención.
El aparato 12 podría conectarse ventajosamente
al extremo final del conducto de escape fijo para simplificar al
máximo la instalación para unidades de calentamiento
preexistentes.
En funcionamiento, en relación con la primera
configuración mostrada en la figura 2, los gases de escape
producidos por la combustión del combustible 7 en el interior de
la cámara de combustión 5 son guiados a lo largo del conducto de
dirección 2 hacia el aparato 12. Con el aparato 12 en
funcionamiento, los gases de escape son dirigidos hacia el conducto
19 por el dispositivo de control de flujo 24 y son dirigidos al
filtro 20 donde tiene lugar el filtrado de agentes contaminantes
sólidos. En el filtro 20 se produce la separación de partículas
produciéndose así una pérdida de masa en el flujo lo que da lugar a
una pérdida de presión. Además, la derivación del flujo a través
del catalizador, el filtro 23 podía ser, en una configuración
determinada, un cartucho catalizador, produce una pérdida de
presión no aceptable para los sistemas de combustión de viviendas;
es necesario introducir un elemento para reestablecer la presión
del circuito con el fin de permitir la liberación de los gases de
escape en la atmósfera. Para mantener la presión en un conducto
interior de nivel constante 19 se conecta operativamente un
dispositivo 21 al dispositivo de control de flujo 24. El dispositivo
de control de flujo 24 permite que los gases de escape pasen a
través del dispositivo 12 según la cantidad de gases de escape
producidos por la cámara de combustión 5 separando la presión de
escape del conducto 19 de la presión de escape de la primera parte
10 del conducto vertical 2. En la configuración que incluye el
dispositivo de control de flujo 26 dicha separación se realiza
incluso entre la parte del conducto 19 y una segunda parte. El
dispositivo 21 está realizado para establecer la presión en un
intervalo de funcionamiento predefinido, correspondiendo dicho
intervalo a intervalos óptimos del filtro 23.
Una de las soluciones propuestas para el
presente procedimiento emplea un compresor de baja revolución que
tiene dos ventajas, presentando una presión de escape suficiente
para pasar a través del catalizador, teniendo en la entrada o la
salida suficiente energía para generar la separación de partículas
según el procedimiento citado anteriormente y aumentar la
temperatura debida al trabajo mecánico. Normalmente, el aumento de
temperatura debido a la compresión de gas es un inconveniente; en
esta aplicación particular es una ventaja de innovación de la
presente solución.
Sin embargo, la solución adoptada emplea un
compresor centrífugo con un diseño específico para la interconexión
y un dispositivo de conexión mecánica capaz de separar térmicamente
el motor eléctrico de la rueda del compresor. Este aspecto es poco
común ya que los productos disponibles en el mercado para bombear
gases calientes (es decir, 200-300 y 400ºC,
también) son de tipo axial o no en conexión directa y por ello son
más costosos y se producen fallos con mayor frecuencia.
Típicamente, el filtro 23 funciona con una
presión óptima y una temperatura óptima de modo que los gases de
escape se calientan o se enfrían a través del dispositivo 22 para el
establecimiento automático de la temperatura de escape. El
dispositivo 22 podría colocarse en cualquier lugar a lo largo del
conducto 19 si bien es capaz de establecer la temperatura de
funcionamiento óptima para el filtro 23 y/o el filtro 20. Esta
temperatura de trabajo es típicamente entre 100 y 600 grados ºC, en
una solución óptima esta temperatura de trabajo es entre 100 y
300ºC. En particular, en las siguientes condiciones la temperatura
es entre 160 y 210ºC (preferiblemente igual a 200ºC):
- la introducción de componentes de rodio al
material catalizador aumenta la reducción de agentes contaminantes
especialmente para óxidos de nitrógeno incluso a baja temperatura
cerca del catalizador,
- la diferencia de presión entre el catalizador
es entre 70 y 120 mmH_{2}O,
- la velocidad de escape media es entre 1,2 y
1.6 m/s.
Estas condiciones permiten evitar la
introducción del dispositivo 22.
En el interior del filtro 23, en una
configuración alternativa del dispositivo 12 que incluye un
catalizador como filtro 23, podría producirse la reacción
catalítica y la composición de los gases de escape varía tal como
se ha descrito anteriormente con una pequeña reducción de masa. En
este punto, los gases de escape son guiados a través de la salida
17 en la segunda mitad del conducto 11 y liberados en la
atmósfera.
En una emergencia o durante el mantenimiento del
aparato 12 es posible activar el regulador de flujo 24 para
dirigirlo completamente a través del conducto 18 y de este modo
permitir que el regulador térmico funcione incluso en caso de
avería del aparato 12; esto permite sustituir algunos componentes o
la limpieza del filtro 20 y/o el filtro 23.
Es esencial utilizar un dispositivo sencillo y
fiable para no interrumpir accidentalmente el flujo pero insertado
en la corriente de flujo para no interferir en caso de interrupción
de flujo en el conducto, véase la patente americana nº US
4.080.981; Stewart; 28 de Marzo de 1978; "Antisiphon check
valve".
Una ventaja de la invención es que es muy
apropiada para la conversión de viejos sistemas de conductos de
escape ya que estos van montados típicamente por segmentos de
conductos largos rectilíneos para formar un conducto fijo de escape
que guía los gases de escape hacia el exterior, especialmente en la
parte cerca de la emisión y en la parte de dilución de la
atmósfera.
Otra ventaja de la presente invención es que el
aparato y el procedimiento incluyen un dispositivo capaz de
recuperar la pérdida de presión con una instalación más simple. El
uso de un sistema centrífugo permite tener una aumento de presión
mayor a través del ventilador y permite el montaje tanto ortogonal
como axial con gran flexibilidad para el sistema.
Otra ventaja de la presente invención es la
adaptabilidad a cualquier posición de montaje a lo largo del
conducto de escape; por ejemplo es posible realizar el sistema en
la parte interior de la unidad calefactora insertando el sistema
catalítico y el filtro de malla fina o el separador cónico
directamente en la entrada o en el interior los tubos de escape del
calentador substituyendo algunos o todos los dispositivos de mejora
del de intercambio de calor (a menudo denominados "generador
vortex").
El dispositivo descrito en la presente invención
podría adoptar ventajosamente un dispositivo avisador para indicar
que se requiere mantenimiento o de un fallo en el funcionamiento del
sistema; este aspecto podría realizarse conectando el dispositivo
avisador en el extremo del conducto 4 o cerca del extremo 15.
Se realizó un aparato experimental modular de
acuerdo con las características de la presente invención, que
incluía:
- un dispositivo catalizador listo instalarse
después del conducto de escape del calentador,
- un filtro mecánico para recoger y quemar
superficialmente partículas con un tamaño de celda de
0,8-1,2 mm,
- una unidad de recalentamiento fuera y antes de
la entrada del catalizador para el precalientamiento del
catalizador,
- un compresor ventilador para recuperar
pérdidas de presión,
- un armario eléctrico para la medición de la
presión y la temperatura y el control en una sección de conducto
específica del conducto de escape.
La planta fue realizada según las normas UNI EN
304: 1994 "Caldaie per riscaldamento: regola di prova per
caldaie con bruciatori di olio combustibile a
polverizzazione" y especimenes de gases de escape; las
pruebas se realizaron de acuerdo con los procedimientos y la
descripción de la siguiente lista: UNICHIM 467, UNICHIM 542,
UNICHIM 494, UNICHIM 543, D. M. 25/08/2000
El calentador de combustión tenía una potencia
nominal de 35 kW haciendo funcionar un quemador que tenía flujo de
combustible máximo de 3 kg/h. La temperatura del agua de salida era
de 80ºC con una diferencia de presión entre la entrada y la salida
de 12ºC.
La temperatura del aire ambiente era de
aproximadamente 30ºC y la temperatura del aire de combustión era de
aproximadamente 29ºC con un consumo de combustible de 2.265
Kg/h.
La presión relativa al ambiente en la salida del
calentador se reguló a través del ventilador a 20,1 [Pa] con una
temperatura de escape de salida de aproximadamente 140ºC y una
temperatura de escape de entrada de aproximadamente 296ºC. El
funcionamiento duró aproximadamente 3 horas. El aparato proporcionó
las siguientes ventajas, se depositó a una reducción de óxido de
carbono máxima por medio de regulaciones de modularidad y
función:
Claims (18)
1. Procedimiento para reducir y/o eliminar
agentes contaminantes en gases de escape producidos por generadores
térmicos de combustión para viviendas civiles que comprende por lo
menos una cámara de combustión (5) y por lo menos un conducto de
escape fijo (2) para dirigir gases de salida desde una cámara de
combustión interior a una cámara de combustión exterior, que
comprende las etapas de
\vskip1.000000\baselineskip
- establecer la presión de dichos gases de
escape en un intervalo predefinido;
- separar los agentes contaminantes gaseosos de
escape;
- separar partículas contaminantes a través de
un filtro de red metálico, cables, alambres, bobinas o poroso que
actúa mecánicamente para detener partículas;
- establecer la temperatura del elemento
metálico a dicho valor para así iniciar la combustión o
descomposición de partículas o agentes contaminantes en elementos
básicos;
\vskip1.000000\baselineskip
caracterizado por el hecho de que incluye
las etapas adicionales de:
\vskip1.000000\baselineskip
- disponer un primer y un segundo conducto (18,
19) para conectarse en paralelo a dicho conducto de escape
fijo;
- dirigir los gases de escape para que fluyan
alternativamente a través de dicho primer conducto (18) o dicho
segundo conducto (19), teniendo lugar dichas etapas de establecer
presión y temperatura y las etapas de separar agentes contaminantes
gaseosos y en partículas solamente en dicho segundo conducto
(19).
\vskip1.000000\baselineskip
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dicha etapa de separación
de agentes contaminantes gaseosos en el interior en por lo menos
dicha sección de conducto de escape fijo se realiza a través de un
catalizador de tres vías.
3. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dicha etapa de separación
de agentes contaminantes gaseosos en el interior en por lo menos
dicha sección de conducto de escape fijo se realiza a través de un
catalizador utilizado comúnmente en automóviles.
4. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1, 2, o 3, caracterizado por el hecho de que
el citado establecimiento de la presión, en por lo menos una
sección de dicho conducto de escape fijo, dicha presión de escape
en un intervalo de valores predefinidos se realiza aumentando la
presión de dichos gases de escape.
5. Procedimiento según la reivindicación 4,
caracterizado por el hecho de que dicho establecimiento de la
presión, en por lo menos una sección de dicho conducto de escape
fijo, dicha presión de escape en un intervalo de valores
predefinidos se realiza utilizando un dispositivo de
presurización.
6. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado por el hecho de que dicha fase de separación de
agentes contaminantes gaseosos en el interior de dicha sección del
conducto de escape fijo se realiza a través de un volumen de agua
capaz de generar gases a través de descomposición química o
electrólisis incluido en por lo menos una sección de dicho conducto
de escape fijo introduciendo por lo menos un reactivo químico o un
electrolito en dicho volumen de agua.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
caracterizado por el hecho de que incluye otra etapa de
generar hidrógeno dentro de dicho volumen de agua aplicando al
citado volumen de agua un valor apropiado de corriente eléctrica;
separando gases de escape reactivos contaminantes con hidrógeno en
un catalizador.
8. Aparato para reducir y/o eliminar agentes
contaminantes en gases de escape de generadores térmicos de
combustión (1) para viviendas civiles que comprende por lo menos
una cámara de combustión (5) y por lo menos un conducto de escape
fijo (2) capaz de dirigir dichos gases de escape desde el interior
al exterior de la cámara de combustión (5) que incluye primeros
medios (21, 24) para establecer la presión de dichos gases de escape
en un intervalo predefinido, segundos medios (23) para separar
agentes contaminantes gaseosos y terceros medios (20) para separar
agentes contaminantes en partículas, y comprendiendo los citados
terceros medios (20) un filtro de red metálico, cables, alambres,
bobinas o poroso y que actúa mecánicamente para detener partículas,
caracterizado por el hecho de que incluye un primer y un
segundo conducto (18, 19) para conectarse en paralelo a dicho
conducto de escape fijo (2) y caracterizado por el hecho de
que dichos primeros medios comprenden un regulador de flujo (24)
para dirigir los gases de escape para que fluyan alternativamente a
través del primer conducto (18) o el segundo conducto (19), estando
dispuestos dichos segundos medios (23) y terceros medios (20) en
dicho segundo conducto (19).
9. Aparato según la reivindicación 8,
caracterizado por el hecho de que dichos segundos medios (23)
comprenden un catalizador de tres vías.
10. Aparato según las reivindicaciones 8, o 9,
caracterizado por el hecho de que dichos segundos medios (23)
comprenden un volumen de agua capaz de generar gases mediante
descomposición química o electrólisis incluido en por lo menos una
sección de dicho conducto de escape fijo introduciendo por lo menos
un reactivo químico o un electrolito en el citado volumen de
agua.
11. Aparato según las reivindicaciones 8, 9 o
10, caracterizado por el hecho de que dichos terceros medios
(20) realizan un aumento de presión de dichos gases de escape.
12. Aparato según las reivindicaciones 8, 9, 10
o 11, caracterizado por el hecho de que dichos segundos
medios (23) comprenden un catalizador de tipo utilizado comúnmente
en automóviles.
13. Aparato según las reivindicaciones 8 a 12,
caracterizado por el hecho de que dichos primeros medios (21,
24) comprenden una unidad de presurización.
14. Aparato según reivindicaciones 8 a 13,
caracterizado por el hecho de que dichos primeros medios (21,
24), dichos segundos medios (23) y dichos terceros medios (20)
puede establecerse en cualquier posición a lo largo de dicho
conducto de escape fijo independientemente.
15. Aparato según reivindicaciones 8 a 14,
caracterizado por el hecho de que dichos primeros medios (21,
24), dichos segundos medios (23) y dichos terceros medios (20) son
modulares.
16. Aparato según reivindicaciones 8 a 15,
caracterizado por el hecho de que dichos primeros medios (21,
24), dichos segundos medios (23) y dichos terceros medios (20) son
funcionalmente independientes entre sí.
17. Aparato según reivindicaciones 8 a 16,
caracterizado por el hecho de que comprende una unidad de
control eléctrico (25) de dichos primeros medios (21, 24), segundos
medios (23) y terceros medios (20).
18. Aparato según reivindicaciones 8 a 17,
caracterizado por el hecho de que comprende un dispositivo
avisador capaz de indicar fallos en dichos primeros medios (21,
24), segundos medios (23) o terceros medios (20).
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