ES2300050T3 - Dispositivo de dosificacion para introducir un aditivo en una corriente de liquido. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de dosificación para introducir un aditivo (A) en una corriente de líquido principal (L) circulando en el interior de un conducto, comprendiendo una bomba (2) un pistón diferencial de movimiento alternativo para recoger el aditivo (A) de un recipiente (1) y dosificarlo, teniendo esta bomba una primera entrada (7) para recibir un caudal de líquido principal que asegure el arrastre de la bomba, una segunda entrada (8) para recoger el aditivo y una salida (9) para la mezcla de aditivo y líquido principal, caracterizado porque comprende un venturi (10) colocado en el conducto y en que la bomba (2) está conectada en paralelo respecto del venturi (10), estando unida la primera entrada (7) de la bomba a la entrada (11) del venturi mientras que la salida (9) de la bomba está unida al cuello (12) del venturi.
Description
Dispositivo de dosificación para introducir un
aditivo en una corriente de líquido.
La invención se refiere a un dispositivo de
dosificación para introducir un aditivo en una corriente de líquido
principal circulante en un conducto, dicho dispositivo comprende
una bomba de pistón diferencial de movimiento alternativo para
recoger el aditivo en un recipiente y dosificarlo, teniendo dicha
bomba una primera entrada para alojar un caudal de líquido principal
que asegura el arrastre de la bomba, una segunda entrada para
recoger el aditivo y una salida para la mezcla de aditivo y líquido
principal.
El documento EP 0 255 791 se refiere a un
dispositivo de dosificación del tipo definido más adelante en el
cual se prevé un reglaje de la dosis aspirada y posteriormente
inyectada mediante el desplazamiento de una camisa a lo largo de un
tubo para reglar la longitud de la carrera de aspiración del
pistón. Aunque esta posibilidad de reglaje sea interesante, no
permite obtener dosificaciones muy pequeñas de manera
satisfactoria, por ejemplo, del orden de partes por millón
(ppm).
El documento FR 740 179 se refiere a un eyector
tipo Venturi según el cual en el cuello del Venturi se aspira un
fluido que se mezcla con un fluido motor en detención en la parte
convergente. El fluido motor puede ser un líquido, habitualmente
agua, mientras que el fluido aspirado puede ser aire en el caso de
un eyector a vacío de chorro de agua. La dosificación del fluido
aspirado en la mezcla fluido motor/fluido aspirado no se tiene en
cuenta.
Se conocen, por ejemplo según los documentos EP
1 151 196 o US 6 684 753 bombas dosificadoras de pistón diferencial
que funcionan con una tecnología de pistón alternativo. El líquido
motor, generalmente agua, atraviesa la bomba y arrastra el pistón.
El movimiento alternativo del pistón permite hacer funcionar una
segunda bomba alternativa, integrada en la primera, para recoger el
aditivo a dosificar y el inyector en el líquido motor o líquido
principal. Este tipo de bomba dosificadora presenta numerosas
ventajas:
- -
- la relación de dosificación en volumen no varía con el caudal o la presión del líquido motor;
- -
- la bomba dosificadora tiene un amplio intervalo de funcionamiento en caudal, estando ligada su límite superior a la máxima frecuencia permitida;
- -
- la dosificación permanece constante a pesar de las variaciones de caudal;
- -
- el funcionamiento es poco sensible a la presión del líquido motor;
- -
- es posible el reglaje de la dosificación.
No obstante, los valores superiores de los
caudales que una bomba puede tratar están relativamente limitados,
puesto que la cilindrada de la bomba y sus dimensiones aumentan con
el caudal máximo a tratar. Grandes caudales necesitan grandes
bombas cuyas dimensiones están necesariamente limitadas por
consideraciones de volumen máximo y de coste.
Por otra parte, el intervalo de dosificaciones
está limitado especialmente para la obtención de dosificaciones muy
pequeñas, por ejemplo, del orden de partes por millón (ppm). Los
volúmenes de aditivo a inyectar en cada ciclo de la bomba resultan
así muy pequeños, y no se pueden obtener mediante un sistema
mecánico simple.
El documento WO 02/02938 propone un dispositivo
que permite dosificaciones pequeñas. No obstante, este dispositivo
se basa en medios de mando eléctrico periódico y compuertas
eléctricas, lo que complica la instalación y aumenta el precio de
coste.
La invención tiene por objeto, sobre todo,
proporcionar un dispositivo de dosificación que permita de forma
simple y económica el tratamiento de caudales elevados de líquido
principal con bombas de dimensiones reducidas y aumentar el
intervalo permitido de dosificaciones, especialmente hacia las
dosificaciones pequeñas.
Según la invención, un dispositivo de
dosificación para introducir un aditivo en una corriente de líquido
principal circulante en un conducto, comprendiendo el dispositivo
una bomba de pistón diferencial de movimiento alternativo para
recoger el aditivo en un recipiente y dosificarlo, comprendiendo
dicha bomba una primera entrada para alojar un caudal de líquido
principal que asegura el arrastre de la bomba, una segunda entrada
para recoger el aditivo y una salida para la mezcla de aditivo y
líquido principal, caracterizada en que comprende un venturi
colocado en el conducto y en que la bomba está conectada en
paralelo al venturi, estando unida la primera entrada de la bomba a
la entrada del venturi mientras que la salida de la bomba está unida
al cuello del venturi.
Así, sólo una fracción del caudal de líquido
principal atraviesa la bomba, que puede conservar las dimensiones
reducidas para asegurar una dosificación en un caudal derivado
reducido, que a continuación se mezcla con la corriente
principal.
\newpage
Ventajosamente, la geometría del venturi se
ajusta a la pérdida de carga de la bomba entre la primera entrada y
la salida, para permitir la obtención de una dosificación
sensiblemente constante a pesar de las variaciones en el caudal, e
independientemente de la presión de entrada.
La geometría del venturi puede ajustarse para
establecer durante el funcionamiento una diferencia de presión de
aproximadamente 1,5 bar e inferior a 2 bares entre la presión de
entrada y la presión en el cuello. Además, la geometría del venturi
puede ajustarse para que la pérdida de carga creada por el venturi
sea inferior a 0,5 bar.
Puede crearse una pérdida de carga suplementaria
en el circuito derivado de la bomba, en concreto mediante un
deslizador, en concreto regulable, preferentemente colocado a la
salida de la bomba.
El venturi puede ser regulado para que la
relación entre el caudal que atraviesa el venturi Qe respecto del
caudal derivado Qd que atraviesa la bomba sea igual a R, de manera
que con una bomba que permita tratar un caudal Qd a una
dosificación x%, el dispositivo permita tratar un caudal Qe = Qd.R,
según una dosificación próxima a x/R%. El venturi puede regularse
para que la relación R sea de al menos igual a diez, o cercana a
diez. De esta manera pueden tratarse caudales importantes mediante
bombas de dimensiones reducidas.
Para dosificaciones pequeñas, la relación R
puede ser superior a cien. La bomba puede diseñarse para permitir
una relación en volumen entre el caudal de aditivo inyectado y el
caudal de líquido motor que atraviesa la bomba menor o igual a un
milésimo (1/1000) mientras que la dilución en volumen de la mezcla
saliente de la bomba en el caudal principal que atraviesa el
venturi es inferior a uno por ciento (1%) de manera que la
dosificación en volumen en el caudal principal es inferior o igual
a 10^{-5} o 10 ppm (10 partes por millón).
Ventajosamente, el venturi y la bomba forman un
conjunto, y se proporcionan medios de ajuste a la entrada y a la
salida del venturi para su inserción y ajuste a los dos tramos del
conducto.
La invención consiste, a parte de los
dispositivos expuestos más arriba, en un cierto número de otras
disposiciones que se tratarán más explícitamente a continuación con
referencia a un ejemplo de realización descrito con referencia al
dibujo adjunto, pero que de ningún modo es limitante. En este
dibujo:
la Fig. 1 es un esquema, parte externo, parte en
corte, de una instalación con un dispositivo de dosificación según
la invención;
la Fig. 2 es una representación esquemática
simplificada con la parte separada de la bomba del dispositivo;
la Fig. 3 muestra un corte a mayor escala de un
detalle de una variante.
Haciendo referencia a la Fig. 1, se puede ver un
dispositivo de dosificación D para introducir un aditivo líquido A
en una corriente de líquido principal L, agua en el ejemplo
considerado. El aditivo líquido A está contenido en un recipiente
1.
El dispositivo D comprende una bomba
dosificadora 2 colocada con su eje en posición vertical. La bomba 2
es de un tipo conocido, más exactamente fabricada y comercializada
por la sociedad depositante DOSATRON INTERNATIONAL. Un ejemplo de
dichas bombas se describe en los documentos EP 1 151 196 o US 6 684
753. Como se ilustra esquemáticamente en la Fig. 2, de forma
general, la bomba 2 comporta un pistón diferencial 3 de movimiento
alternativo que arrastra un pistón 4, de diámetro más pequeño,
asegurando el bombeo e inyección del aditivo A. El pistón 4 se
desliza en la cámara cilíndrica de una bomba auxiliar 5 unida por un
tubo de recogida 6 al recipiente 1. El tubo 6 está sumergido dentro
del aditivo A que se ha de obtener.
La bomba 2 comprende una primera entrada 7 para
recibir un caudal de líquido principal, generalmente agua, que
asegura el arrastre del pistón diferencial 3. La bomba 2 comporta
una segunda entrada 8 situada en la parte inferior del cuerpo de la
bomba auxiliar 5 para la toma del aditivo A, y una salida 9 para la
mezcla de aditivo A y líquido principal L.
Se prevén medios clásicos tipo chapaletas o
equivalentes para controlar los movimientos alternativos del pistón
3. Estos medios conocidos ni se representan ni se describen.
El dispositivo D comprende un venturi 10 que
comporta una sección de entrada 11, un cuello 12 de sección
reducida y una sección de salida 13.
La bomba 2 está conectada en paralelo al venturi
10, estando la primera entrada 7 de la bomba unida mediante una
canalización 14 a la entrada 11 del venturi mientras que la salida
9 de la bomba está unida mediante una canalización 15 al cuello 12
del venturi.
Las secciones transversales de las diferentes
partes del venturi son preferentemente circulares, pero podrían
tener otra forma, por ejemplo, rectangular.
\newpage
Se recuerda que un venturi permite disminuir la
presión de un fluido en circulación en el cuello, más concretamente
para hacerla inferior a la presión atmosférica. La circulación de
un líquido por una canalización en la que no interviene más que la
altura está regulada por la ecuación de Bernouilli:
P +
\rhoV^{2}/2 =
constante.
Siendo
P = presión estática del líquido,
V = velocidad del líquido y
\rho = masa volumétrica del líquido.
La diferencia de presión (Pe-Pc)
entre la entrada y el cuello del venturi depende de la geometría
(variación de la sección) y del caudal Qe de líquido. Denotando por
Se a la sección transversal de la entrada 11 y por Sc la sección
transversal en el cuello 12 del venturi, se obtiene:
Velocidad de entrada: Ve = Qe/Se
Velocidad en el cuello: Vc = Qe/Sc.
de donde se deduce que:
Pc-Pe =
-1/2\rho\cdotQe^{2}\cdot(1/Sc^{2}-1/Se^{2}).
Una variación de la presión de entrada desplaza
la región de funcionamiento del venturi cuyo intervalo se reduce
cuando aumenta la presión de entrada.
Ventajosamente, la diferencia de presión entre
la entrada 11 y el cuello 12 del venturi está ajustada a la pérdida
de carga entre la propia entrada 7 y la salida 9 de la bomba
durante el funcionamiento normal. Como ejemplo no limitante, esta
pérdida de carga puede ser del orden de 1,5 bar y permanecer
inferior a 2 bares.
La geometría del venturi está diseñada para
crear una pérdida de carga reducida, inferior a 0,5 bar, entre la
entrada y la salida del venturi.
El venturi 10 y la bomba 2 pueden formar un
conjunto, y se proporcionan medios de ajuste Re y Rs a la entrada y
a la salida del venturi para su inserción y ajuste a los dos tramos
del conducto Te, Ts.
El funcionamiento del dispositivo se deriva
inmediatamente de las explicaciones precedentes.
El caudal derivado que pasa por el conducto 14 y
en la bomba 2 permite el funcionamiento de la bomba dosificadora
entre la presión de entrada Pe del venturi 10 y la presión Pc en el
cuello.
El venturi 10 está regulado para que la relación
R del caudal Qe que atraviesa el venturi 10 con el Qd atravesando
la bomba dosificadora 2 sea al menos igual a 10 (diez). Así, el
flujo principal no pasa al interior de la bomba dosificadora 2.
Esto permite usar una bomba 2 de tamaño pequeño para dosificar un
producto aditivo A en un flujo importante de líquido principal. Por
ejemplo, para asegurar una dosificación al 1% en un caudal de 20
m^{3}/h, con una relación R igual a diez se puede utilizar una
bomba estándar de caudal máximo de 2,5 m^{3}/h, asegurando una
dosificación al 10%. La invención permite por tanto tratar grandes
caudales de líquido principal con bombas dosificadoras
relativamente pequeñas.
Además, el efecto de dilución entre el flujo que
atraviesa la bomba 2 y el flujo principal que pasa al interior del
venturi 10 permite obtener dosificaciones muy pequeñas con una
precisión importante. La relación R para asegurar dosificaciones
pequeñas puede ser al menos igual a 100 (cien).
Una bomba dosificadora 2 permitiendo una
relación volumétrica entre el caudal de aditivo A inyectado y el
caudal Qd de líquido motor que atraviesa la bomba igual a un
milésimo (1/1000), combinada con una dilución de al menos un uno
por ciento (1%) permite una dosificación volumétrica de aditivo A
en el caudal principal Qe inferior a 10^{-5}, sea 10 ppm (10
partes por millón).
Por ejemplo una bomba 2 permitiendo una relación
volumétrica de 1/1500 (0,07%) entre el caudal de aditivo A recogido
y el caudal Qd correspondiente, en la práctica, sensiblemente a la
dosificación más pequeña obtenida con precisión mecánicamente con
una bomba de ese tipo. Regulando el venturi 10 para que tenga una
relación Qe/Qd igual a 133 (Qe = 20 m^{3}/h mientras que Qd = 150
1/h), la relación volumétrica de dosificación del aditivo A en el
caudal principal resulta igual a:
(0,07%/133), es decir una relación
de 5,0^{-6} o 5
ppm.
La Fig. 3 ilustra una posibilidad suplementaria
de reglaje del caudal de la bomba por creación de una pérdida de
carga suplementaria en el circuito derivado de la bomba.
Preferentemente, esta pérdida de carga está creada por un
deslizador 16 instalado en la salida 9 de la bomba. El deslizador 16
conlleva un orificio de paso calibrado. Para una diferencia de
presión dada entre el cuello y la entrada del venturi, la
frecuencia de la bomba 2 y por tanto el caudal derivado dentro de
la bomba 2 será tanto menor cuanto más reducido sea el orificio del
deslizador 16. La bomba 2, en ausencia de cualquier deslizador 16,
permite generalmente un reglaje de caudal entre un valor máximo M y
un valor mínimo M/p, siendo p un valor próximo a tres por ejemplo.
Colocando un deslizador 16 se aumenta el intervalo de reglaje hacia
los valores inferiores, según el diámetro del orificio calibrado
del deslizador.
El deslizador 16 puede ser regulable, más
concretamente con ayuda de un punzón, lo que permite variar la
dosificación, en particular en el caso de una bomba dosificadora
que no conlleve regulación.
En una variante se pueden prever al menos dos
deslizadores diferentes, colocados en paralelo en uno o varios
circuitos de derivación, con una o varias compuertas de selección,
lo que permite obtener al menos dos intervalos de dosificación.
La combinación de venturi y bomba dosificadora
permite un intervalo de funcionamiento independiente de la presión.
Esta combinación permite también obtener una dosificación
sensiblemente constante y no simplemente una inyección que variaría
en función de las variaciones de presión y de caudal.
Los ensayos realizados con caudales de 25
m^{3}/h a 40 m^{3}/h con una presión de 8 bares a 10 bares, más
exactamente para riego agrícola, proporcionaron resultados
satisfactorios con el uso de un dosificador DOSATRON INTERNATIONAL
DI 1500 funcionando con 1,1 m^{3} por hora, obteniendo una
dosificación de aditivo de 50 ppm en el caudal principal, después
de 4 ppm con un deslizador 16 diferente.
La invención permite resolver la limitación de
presión del venturi.
\vskip1.000000\baselineskip
Esta lista de referencias citadas por el
solicitante es sólo para la conveniencia del lector. No forma parte
del documento de patente europea. Aunque se ha puesto el máximo
cuidado al compilar las referencias, no pueden excluirse posibles
errores u omisiones y la OPE niega cualquier responsabilidad al
respecto.
- \bullet EP 0255791 A [0002]
- \bullet US 6684753 B [0004] [0019]
- \bullet FR 740179 [0003]
- \bullet WO 0202938 [0007]
\bullet EP 1151196 A [0004] [0019].
Claims (12)
1. Dispositivo de dosificación para introducir
un aditivo (A) en una corriente de líquido principal (L) circulando
en el interior de un conducto, comprendiendo una bomba (2) un
pistón diferencial de movimiento alternativo para recoger el
aditivo (A) de un recipiente (1) y dosificarlo, teniendo esta bomba
una primera entrada (7) para recibir un caudal de líquido principal
que asegure el arrastre de la bomba, una segunda entrada (8) para
recoger el aditivo y una salida (9) para la mezcla de aditivo y
líquido principal, caracterizado porque comprende un venturi
(10) colocado en el conducto y en que la bomba (2) está conectada en
paralelo respecto del venturi (10), estando unida la primera
entrada (7) de la bomba a la entrada (11) del venturi mientras que
la salida (9) de la bomba está unida al cuello (12) del
venturi.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque la geometría del venturi (10) está
ajustada a pérdida de carga de la bomba (2) entre la primera
entrada (7) y la salida (9).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la geometría del venturi (10) está
ajustada para establecer durante el funcionamiento una diferencia
de presión de aproximadamente 1,5 bar e inferior a 2 bares entre la
presión de entrada y la presión en el cuello.
4. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la geometría
del venturi (10) está ajustada para que la pérdida de carga creada
por el venturi sea inferior a 0,5 bar.
5. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque se crea
una pérdida de carga suplementaria (16) en el circuito derivado de
la bomba.
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque la pérdida de carga suplementaria se
crea mediante un deslizador (16).
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque el deslizador (16) está colocado a la
salida (9) de la bomba.
8. Dispositivo según la reivindicación 6 ó 7,
caracterizado porque el deslizador es regulable.
9. Dispositivo según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
venturi (10) está regulado para que la relación entre el caudal
(Qe) que atraviesa el venturi respecto del caudal derivado (Qd) que
atraviesa la bomba (2) sea igual a (R), de manera que con una bomba
que permita tratar un caudal (Qd) según una dosificación x%, el
dispositivo permita tratar un caudal Qe = Qd\cdotR, según una
dosificación cercana a x/R%.
10. Dispositivo según la reivindicación 9,
caracterizado porque el venturi (10) está regulado para que
la relación (R) entre el caudal (Qe) que atraviesa el venturi
respecto del caudal derivado (Qd) que atraviesa la bomba (2) sea
igual a diez, o cercano a diez.
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la bomba (2)
está diseñada para permitir una relación volumétrica entre el
caudal de aditivo inyectado y el caudal de líquido motor que
atraviesa la bomba inferior o igual a un milésimo (1/1000),
mientras que la dilución volumétrica de la mezcla a la salida de la
bomba en el caudal principal que atraviesa el venturi es inferior a
un uno por ciento (1%) de manera que la dosificación volumétrica en
el caudal principal es inferior o igual a 10^{-5} o 10 ppm (10
partes por millón).
12. Dispositivo según una de las
reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el
venturi (10) y la bomba (2) forman un conjunto, y se proporcionan
medios de ajuste (Re, Rs) a la entrada y a la salida del venturi
para su inserción y ajuste a los dos tramos (Te, Ts) del
conducto.
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES05783999T Active ES2300050T3 (es) | 2004-07-15 | 2005-06-29 | Dispositivo de dosificacion para introducir un aditivo en una corriente de liquido. |
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| WO (1) | WO2006016032A1 (es) |
Families Citing this family (9)
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