ES2397960T3 - Separador de partículas - Google Patents

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Separador de partículas, en particular para una instalación de entrada de aire, con: a) al menos un canal (2) de admisión para un flujo (3) de fluido contaminado con partículas, en particular un flujo deaire contaminado, que está limitado por dos chapas (6, 7) conductoras de fluido dispuestas de manera opuesta, seestrecha en la dirección de flujo de fluido y desemboca en un canal (4) de descarga para partículas, siendo convexauna chapa (6) conductora de fluido externa al menos en una zona delante del canal (4) de descarga visto desdefuera y siendo cóncava una chapa (7) conductora de fluido interna visto desde fuera; b) al menos un canal (17) de escape para el fluido purificado que en un lado está delimitado por la chapa (7)conductora de fluido interna y está unido con el canal (2) de admisión a través de al menos un canal (16) de fluido enla chapa (7) conductora de fluido interna; caracterizado porque c) varios canales (2) de admisión están dispuestos esencialmente en paralelo y a cada uno de estos canales (2) deadmisión está asociado un canal (4) de descarga y un canal (17) de escape; d) al menos un canal (17) de escape está delimitado en un lado a través de la chapa (7) conductora de fluido internade un primer canal (2) de admisión y en el lado opuesto a través de la chapa (6) conductora de fluido externa de unsegundo canal (2) de admisión.

Description

Separador de partículas
La invención se refiere a un separador de partículas según el preámbulo de la reivindicación 1.
En el caso de una instalación de entrada de aire, tal como se utiliza por ejemplo en la industria del automóvil o la industria metalúrgica el aire debe limpiarse de impurezas en forma de partículas. Las impurezas pueden aparecer según la ubicación de la instalación de formas diferentes. Por ejemplo en la industria metalúrgica deben eliminarse del aire por filtrado granos de polvo con un tamaño de más de 10 !m, como por ejemplo arena eólica o polvos finos, que se distinguen claramente en densidad y tamaño de los polvos finos orgánicos como, por ejemplo, el polen.
Para purificar el aire de entrada, en la actualidad se conocen los siguientes métodos:
En un ciclón el aire contaminado se conduce al espacio interior de un recipiente cuneiforme hueco a través de un canal de entrada de flujo en la zona de la base. El aire contaminado fluye a lo largo del envolvente del cono por una trayectoria en espiral hasta la punta del cono. Las partículas se llevan por la fuerza centrífuga hacia fuera al lado interno de la superficie envolvente del cono, se frenan por la fricción y se acumulan en un recipiente colector en la punta del cono. El flujo de aire, por el contrario, se desvía en la punta del cono y fluye a lo largo del eje del cono de la punta del cono alejándose de la base, en la que se prevé una abertura de salida para el aire purificado. La separación de las partículas se produce, por tanto, por la fuerza centrífuga. Para conseguir un grado de separación elevado, el ángulo de apertura del cono, el ángulo de entrada de la mezcla de aire-partículas y la velocidad de flujo deben adaptarse entre sí de manera óptima. Por tanto, se requiere una disposición compleja. Además el aire contaminado a lo largo de la trayectoria en espiral recorre un largo camino, en el que la fricción en la envolvente del cono provoca pérdidas de presión.
En el caso de un separador por dispersión por la fuerza de la gravedad el aire de entrada que va a purificarse se conduce al interior de un canal de admisión delimitado por dos chapas conductoras de aire convergentes. El canal de admisión desemboca en un canal de descarga para las partículas. En las chapas conductoras de aire están dispuestos canales de aire para el aire purificado, que esencialmente guían en contra de la dirección de flujo de la mezcla de aire-partículas que entra, fuera del canal de admisión. La separación de partículas se produce en este caso porque las partículas se transportan por la fuerza de la gravedad al interior del canal de evacuación, actuando el canal de admisión que se estrecha a modo de embudo como trampa para las partículas, que de este modo quedan retenidas en el canal de descarga. El separador por dispersión por la fuerza de la gravedad puede realizarse y hacerse funcionar sin un esfuerzo técnico importante, aunque el grado de separación es reducido en comparación con el ciclón.
Por el documento GB 539 188 se ha dado a conocer un separador de partículas del tipo mencionado al principio. La unión del canal de admisión con el canal de salida para aire purificado se produce a este respecto a través de perforaciones conformadas de manera especial en la chapa conductora de aire interna.
Algo similar se produce en un separador de partículas descrito en el documento US 4 640 201 para una instalación de combustión de lecho fluidizado.
Por el documento GB 2 183 502 A puede deducirse un separador de partículas adicional similar al tipo mencionado al principio. En este caso no se desea una compactación intensa de las partículas, por ejemplo tabaco o trocitos de papel.
El objetivo de la presente invención es realizar un separador de partículas del tipo mencionado al principio con el que, con un esfuerzo técnico reducido, pueda purificarse de manera eficaz un flujo de fluido contaminado con partículas, en particular un flujo de aire, debiendo lograr con una pérdida de presión reducida un grado de separación elevado. Además se indicará un procedimiento, con el que se hará funcionar un separador de partículas.
Este objetivo se soluciona según la invención con los medios indicados en la reivindicación 1.
Según la invención se prevé, por tanto, que varios canales de admisión estén dispuestos esencialmente en paralelo, estando asociado a cada uno de estos canales de admisión un canal de descarga y un canal de escape. Así, las partículas se transportan en la zona convergente del canal de admisión al interior del canal de descarga y a este respecto se fuerzan a seguir una trayectoria curvada, en la que por la fuerza centrífuga se presionan contra la chapa conductora de fluido externa y se frenan. De este modo el alto grado de separación del ciclón, que se consigue mediante el aprovechamiento de la fuerza centrífuga, puede combinarse con la forma constructiva sencilla del separador por dispersión por la fuerza de la gravedad. Por medio de la pluralidad de canales de admisión, de manera sencilla, pueden purificarse grandes cantidades de aire.
Como al menos un canal de escape está delimitado en un lado por la chapa conductora de aire interna de un primer canal de admisión y en el lado opuesto por la chapa conductora de aire externa de un segundo canal de admisión, se hace posible una geometría del dispositivo que ahorra especialmente espacio.
Para evitar turbulencias en las chapas conductoras de fluido, en una forma de realización ventajosa el ángulo de incidencia del flujo de fluido contaminado con partículas en la zona curvada de la chapa conductora de fluido externa es menor que 20º, preferiblemente de 15º.
Para conseguir un flujo con pocas turbulencias en el interior del canal de admisión, ventajosamente la chapa conductora de fluido interna está curvada alejándose del interior del canal de admisión, de modo que se consigue un estrechamiento continuo del canal de admisión.
Es especialmente ventajoso que las dos chapas conductoras de fluido estén realizadas como segmentos envolventes de dos cilindros circulares huecos, que tienen ejes diferentes. Las superficies laterales de cilindros circulares pueden producirse sin un gran esfuerzo técnico, porque tanto los radios de curvatura como las longitudes de la zona curvada pueden predeterminarse de manera sencilla. Mediante el desplazamiento de los ejes se consigue de manera técnicamente sencilla que las chapas conductoras de fluido converjan.
En una forma de realización ventajosa adicional los cilindros circulares huecos tienen los mismos radios, de modo que es posible la producción de las dos chapas conductoras de fluido con la misma herramienta.
En una forma de realización adicional especialmente ventajosa, una medida de la curvatura del canal de admisión aumenta hacia el canal de descarga. De este modo se consigue ventajosamente, que con una velocidad de fluido decreciente y por tanto una fuerza centrífuga respectiva que disminuye, que actúa sobre las partículas individuales, hacia el canal de descarga disminuya el radio de curvatura.
Es especialmente ventajoso que el al menos un canal de fluido pase a través de la chapa conductora de fluido del canal de admisión, que se dispone enfrente de la chapa conductora de fluido externa. De este modo se prescinde de aberturas en la chapa conductora de fluido externa, en las que pueden producirse turbulencias.
En una forma de realización ventajosa adicional el al menos un canal de fluido presenta esencialmente forma de S, de modo que el fluido purificado se conduce a lo largo de la chapa conductora de fluido con pocas turbulencias al exterior.
De manera conveniente el al menos un canal de fluido guía esencialmente en contra de la dirección de flujo de fluido original lejos del canal de admisión, con lo que se evita que puedan escapar partículas a través del canal de fluido.
Ventajosamente el canal de descarga presenta una unidad de retención para partículas, con la que se evita que las partículas puedan volver al flujo de fluido.
A continuación, mediante el dibujo, se explica en más detalle un ejemplo de realización de la invención; muestran
La figura 1 esquemáticamente un separador de partículas con dos canales de admisión conectados en paralelo;
La figura 2 una vista detallada de un canal de fluido representado en la figura 1 para el fluido purificado;
La figura 3 esquemáticamente una vista isométrica del separador de partículas representado en la figura 1.
El separador de partículas representado en la figura 1, dotado en general con el número de referencia 1 para una instalación de entrada de aire no representada presenta dos canales 2 de admisión esencialmente idénticos, que discurren paralelos entre sí para un flujo 3 de aire contaminado con partículas.
Los canales 2 de admisión se estrechan en la dirección del flujo 3 de aire contaminado entrante. Desembocan en cada caso en un canal 4 de descarga para las partículas.
Además en los canales 4 de descarga se realiza respectivamente en una zona de la desembocadura del canal 2 de admisión respectivo en cada caso una unidad 5 de retención para partículas mediante chapas planas, con la que se evita un reflujo de las partículas al interior del canal 2 de admisión respectivo.
Los canales 2 de admisión se delimitan en cada caso mediante superficies conductoras de aire, concretamente en cada caso una chapa 6 conductora de aire externa y una chapa 7 conductora de aire interna. Las chapas 6 conductoras de aire externas están curvadas en cada caso hacia el interior de los canales 2 de admisión, es decir, son convexas visto desde fuera, las chapas 7 conductoras de aire internas están curvadas en cada caso alejándose del interior de los canales 2 de admisión, es decir, son cóncavas visto desde fuera.
En la admisión respectiva representada abajo en la figura 1 de los canales 2 de admisión se prevén en cada caso en ambos lados chapas 8 conductoras de admisión planas, que pasan a las chapas 6, 7 conductoras de aire. En los extremos superiores en la figura 1 de los canales 2 de admisión las chapas 6 y 7 conductoras de aire curvadas pasan a los canales 4 de descarga. Los canales 4 de descarga se delimitan en ambos lados por chapas 9 conductoras de descarga igualmente planas, que están orientadas en la dirección de las chapas 8 conductoras de admisión planas. Las partículas se transportan de este modo esencialmente en la dirección original del flujo 3 de aire contaminado entrante al interior de los canales 4 de descarga.
Las chapas 6 y 7 conductoras de aire se forman en cada caso por segmentos de superficies envolventes de dos cilindros circulares imaginarios, idénticos, no representados, cuyos ejes 10 u 11 discurren en la figura 1 en perpendicular al plano del dibujo paralelos entre sí. Como el eje 11 en la figura 1 está desplazado en relación con el eje 10, se consigue que las dos chapas 6 y 7 conductoras de aire se dirijan una hacia otra y así los canales 2 de admisión se estrechan.
La longitud del arco respectivo de los segmentos de cilindro circular, que forma las chapas 6 y 7 conductoras de aire, y el radio de los cilindros circulares se predeterminan en función de la masa y/o dimensión de las partículas y de la velocidad de flujo del flujo 3 de aire contaminado. La longitud de arco del segmento de cilindro circular respectivo se define mediante dos radios 12 y 13 también imaginarios, representados en la figura 1, presentando el ángulo 14 central respectivo entre los radios 12 y 13 por ejemplo un valor entre 10º y 90º. Para el radio del círculo del cilindro circular en función de las partículas se predeterminan por ejemplo valores entre 500 mm y 3000 mm.
El separador 1 de partículas está dispuesto de modo que el flujo 3 de aire contaminado incide con un ángulo 15 de incidencia máximo de 15º en la figura 1 desde abajo sobre las chapas 6 conductoras de aire externas de los canales 2 de admisión, de modo que el flujo 3 de aire contaminado se adapta al desarrollo de las chapas 6 conductoras de aire y se evitan turbulencias.
Las chapas 7 conductoras de aire internas presentan en cada caso una pluralidad de canales 16 de aire, que saliendo de los canales 2 de admisión guían en cada caso al interior de un canal 17 de escape para el aire 18 purificado. Los canales 16 de aire se forman mediante zonas 19 punzonadas de las chapas 7 conductoras de aire internas, que se doblan alejándose de los canales 2 de admisión hacia el canal 17 de escape respectivo. Las zonas 19 punzonadas presentan, como también se representa en la vista detallada en la figura 2, en una sección transversal forma de S. Los canales 16 de aire discurren esencialmente en contra de la dirección original del flujo 3 de aire contaminado. La forma de S de los canales 16 de aire posibilita una transición plana de las chapas 7 conductoras de aire internas al canal 17 de escape respectivo, de modo que en el flujo 18 de aire purificado que sale de los canales 2 de admisión pueden evitarse turbulencias.
Un primer canal 17 de escape izquierdo en la figura 1 se delimita por la primera chapa 7 conductora de aire interna izquierda en la figura 1 y por la segunda chapa 6 conductora de aire externa derecha en la figura 1. Un segundo canal 17 de escape derecho en la figura 1 se delimita por la segunda chapa 7 conductora de aire interna derecha en la figura 1 y una chapa 20 terminal que discurre en paralelo a las chapas 6 conductoras de aire externas. Los canales 17 de escape se delimitan en la figura 1 arriba en su zona de salida respectiva por las chapas 9 conductoras de salida, de modo que aquí el flujo 18 de aire purificado sale en la misma dirección en la que el flujo 3 de aire contaminado originalmente entra en los canales 2 de admisión. Por ello el separador 1 de partículas puede disponerse directamente en un canal de flujo lineal no representado de la instalación de entrada de aire, sin que sea necesaria una desviación del flujo de aire. En la figura 3 el separador 1 de partículas representado esquemáticamente en la figura 1 se representa de manera isométrica. Sin embargo, para una mejor comprensión se prescindió de la representación de la chapa 20 terminal, de los ejes 10 y 11 imaginarios y de los radios 12 y 13 imaginarios. En su lugar en la figura 3 abajo se han representado chapas 21 de suelo, que están dispuestas en perpendicular a las chapas 6 y 7 conductoras de aire y que delimitan frontalmente los canales 2 de admisión.
Si ahora se hace funcionar el separador 1 de partículas, el flujo 3 de aire contaminado por partículas fluye con una velocidad de flujo predeterminada con un ángulo menor de 15º con respecto a las chapas 6 conductoras de aire externas en la figura 1 desde abajo en los canales 2 de admisión.
El flujo 3 de aire contaminado fluye a lo largo de las chapas 6 conductoras de aire externas, transportándose las partículas debido a la fuerza centrífuga en la figura 1 hacia la izquierda hacia las chapas 6 conductoras de aire externas. Por la fricción en las chapas 6 conductoras de aire externas se reduce la velocidad de flujo, de modo que las partículas al final de los canales 2 de admisión llegan a los canales 4 de descarga a una zona tranquila. Las partículas frenadas caen por la fuerza de la gravedad a lo largo de las chapas 6 conductoras de aire o al interior de los canales 4 de descarga hacia abajo en la figura 1 y se aspiran de la manera en sí conocida.
El flujo 18 de aire purificado fluye esencialmente en contra del flujo 3 de aire contaminado original a través de los canales 16 de aire saliendo de los canales 2 de admisión al interior de los canales 17 de evacuación, a través de los que abandona el separador 1 de partículas.
En lugar de la superficie envolvente de un cilindro circular también pude preverse una curvatura en espiral de las chapas conductoras de aire, que se dirija hacia el canal 4 de descarga, de modo que se compense la reducción de la velocidad de flujo y una reducción relacionada con la misma de la fuerza centrífuga mediante un radio de curvatura decreciente.
Todas las superficies conductoras de aire pueden estar compuestas en lugar de por chapa también por otro material, por ejemplo por fibra de carbono.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1.- Separador de partículas, en particular para una instalación de entrada de aire, con:
    a) al menos un canal (2) de admisión para un flujo (3) de fluido contaminado con partículas, en particular un flujo de aire contaminado, que está limitado por dos chapas (6, 7) conductoras de fluido dispuestas de manera opuesta, se estrecha en la dirección de flujo de fluido y desemboca en un canal (4) de descarga para partículas, siendo convexa una chapa (6) conductora de fluido externa al menos en una zona delante del canal (4) de descarga visto desde fuera y siendo cóncava una chapa (7) conductora de fluido interna visto desde fuera;
    b) al menos un canal (17) de escape para el fluido purificado que en un lado está delimitado por la chapa (7) conductora de fluido interna y está unido con el canal (2) de admisión a través de al menos un canal (16) de fluido en la chapa (7) conductora de fluido interna;
    caracterizado porque
    c) varios canales (2) de admisión están dispuestos esencialmente en paralelo y a cada uno de estos canales (2) de admisión está asociado un canal (4) de descarga y un canal (17) de escape;
    d) al menos un canal (17) de escape está delimitado en un lado a través de la chapa (7) conductora de fluido interna de un primer canal (2) de admisión y en el lado opuesto a través de la chapa (6) conductora de fluido externa de un segundo canal (2) de admisión.
  2. 2.- Separador de partículas según la reivindicación 1, caracterizado porque el ángulo (15) de incidencia del flujo (3) de fluido contaminado con partículas sobre la zona curvada de la chapa (6) conductora de fluido externa es menor que 20º, preferiblemente de 15º.
  3. 3.- Separador de partículas según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la chapa (7) conductora de fluido interna está curvada alejándose del interior del canal (2) de admisión.
  4. 4.- Separador de partículas según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las dos chapas (6, 7) conductoras de fluido están realizadas como segmentos de superficie envolvente de dos cilindros circulares huecos, que tienen ejes (10, 11) diferentes.
  5. 5.- Separador de partículas según la reivindicación 4, caracterizado porque los cilindros circulares tienen los mismos radios.
  6. 6.- Separador de partículas según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque una medida de la curvatura del canal de admisión aumenta en la dirección hacia el canal (4) de descarga.
  7. 7.- Separador de partículas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un canal
    (16)
    de fluido pasa a través de la chapa (7) conductora de fluido, que se dispone enfrente de la chapa (6) conductora de fluido externa.
    (16)
    de fluido presenta esencialmente forma de S.
  8. 9.- Separador de partículas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un canal
    (16)
    de fluido guía esencialmente en contra de la dirección (3) de flujo de fluido original lejos del canal (2) de admisión.
  9. 8.- Separador de partículas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un canal
  10. 10.- Separador de partículas según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el canal (4) de descarga presenta una unidad (5) de retención para partículas.
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