MXPA00011634A - Inyector diferencial - Google Patents

Abstract

Un inyector diferencial impulsado por venturi (20) para mezclado de fluido que tiene una entrada de fluido primario estrechable (26), una sección de garganta (27) y una salida de descarga divergente (28);un fluido secundario se hace pasar hacia la porción anterior de la salida de descarga (28), a través de por lo menos dos ranuras anulares en depresión, mediante acción de succión producida por el fluido primario del venturi;una pluralidad de canales (32) alimentan el fluido secundario a las ranuras anulares en depresión;los puertos del venturi están conectados a un puerto de inyección de fluido secundario (30) a través de un anillo de inyección.

Description

INYECTOR DIFERENCIAL ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere generalmente a un aparato de mezclado de fluido. Muy específicamente, la invención es un dispositivo de mezclado de fluido impulsado por venturi. 10 DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA RELACIONADA Se ha diseñado una variedad de dispositivos de mezclado de fluido en donde un venturi se adapta con diferentes tipos de inyectores mecánicos. El flujo de fluido a través de tubos y otros dispositivos de flujo tiene pérdidas asociadas inherentes al dispositivo, dependiendo del tipo de material del cual esté compuesto el canal de flujo o dispositivo, y el método de fabricación usado para producir el dispositivo de flujo de fluido. También, dependiendo de las características físicas de los canales (es decir, textura de superficie, aspereza, etc.) o las superficies sobre las cuales pasa un fluido, se producen pérdidas de flujo. Estas pérdidas dentro de un dispositivo de flujo tal como un sistema de flujo impulsado por venturi varían de un dispositivo a otro, dependiendo del elemento mecánico adaptado al mismo. Por ejemplo, las pérdidas asociadas con elementos mecánicos tales como válvulas de retención, inyectores mecánicos, sopladores, compresoras, bombas, etc., durante la inyección de líquido, aire u otros elementos dentro del flujo primario de líquidos a través del dispositivo de flujo sirven para reducir al mínimo la diferencia de presión del flujo de fluido. En general, la principal finalidad para mantener el flujo de fluido dentro de una red de canales o elementos de flujo interconectados, de acuerdo con los primeros principios en mecánica de fluidos, es reducir al mínimo las pérdidas de carga totales asociadas con los elementos mecánicos respectivos. La mayoría de los dispositivos de flujo de fluido convencionales no han tenido éxito en la reducción de las pérdidas de carga totales como lo describe la presente invención. Sin reducir significativamente las pérdidas de carga asociadas con los elementos mecánicos como se mencionó antes, ocurre una caída significativa en la velocidad de flujo de volumen o presión dentro de la mayoría de los dispositivos de flujo. Esto afecta directamente el mezclado de los fluidos múltiples dentro del canal o corriente de flujo primario de los dispositivos de flujo de fluido típicos. Por ejemplo, la patente de E.U.A. 2,361 ,150 expedida a Petroe, describe un método y aparato para la admisión de cloro a una corriente de material de pulpa a través de una pluralidad de inyectores o boquillas durante la etapa de flujo entrante. Los inyectores mecánicos están dispuestos periféricamente dentro de la corriente o trayectoria de flujo teniendo una „^. -.. .£, ». , . -..^.^ - M?-»--.-* contribución directa a la pérdida de carga total a diferencia del inyector diferencial como se describe aquí. La patente de E.U.A. 2,424,654 expedida a Gamble, describe un dispositivo de mezclado de fluido que también adolece de las pérdidas de carga como se mencionó anteriormente. Un dispositivo de flujo de venturi que tiene una sección de garganta ajustable incluye deflectores dispuestos directamente en la trayectoria de flujo o garganta (es decir, inyectores en línea) del dispositivo, lo que contribuye a la pérdida de carga total como se enseña de manera similar en la patente de Gamble. Otras variedades de inyectores en línea son aquellas enseñadas por King (E.U.A. 3,257,180), Van Horn (E.U.A. 3,507,626), Baranowski, Jr. (E.U.A. 3,768,962) y Longley et al. (E.U.A. 4,333,833). Las patentes de E.U.A. expedidas a Secor (398,456) y Mazzei (4,123,800) describen un dispositivo de flujo de venturi que comprende un inyector de mezclador dispuesto en la sección de garganta del dispositivo. La patente de Mazzei en particular comprende una pluralidad de medios de entrada que están angularmente separados alrededor de la sección de garganta e interconectan una cámara anular dispuesta dentro de la pared interior de la porción de garganta. Este diseño particular es similar al de la presente invención en que intenta reducir al mínimo una caída de presión dentro del canal. Sin embargo, el inyector de Mazzei no reduce las pérdidas en la sección de garganta a diferencia del de la presente invención como se describe aquí. .*»*. . i i. ¿.a^ ?^m La patente de E.U.A. 5,693,226 expedida a Kool describe un aparato para demostrar un punto residencial del sistema del tratamiento de agua en el que una entrada de inyección o rama de succión inyecta un material contaminado en una dirección perpendicular a la corriente del flujo a través de mangueras adaptadas al mismo. El inyector diferencial de acuerdo con la presente invención difiere en que las inyecciones se hacen en una dirección paralela a la corriente de flujo, lo que reduce significativamente las pérdidas de carga atribuidas al inyector diferencial como se describe aquí. Las patentes de E.U.A y extranjeras, de Monroe (E.U.A. 4,765,373), Luft et al. (AU 203339), Gretton-Lowe (GB 802,691 ), Hollins (GB 870,525) y Evans (GB 132074) describe dispositivos de flujo generalmente pertinentes al de la presente invención. La diferencia entre la presente invención y la técnica relacionada es que el inyector diferencial de acuerdo con la presente invención provee un medio para mezclar sin la necesidad adicional de inyectores mecánicos que incrementen el número de pérdidas de carga en la corriente de flujo primaria. El mezclado ocurre por inyección paralela a la corriente de flujo con pérdidas virtualmente de cero en comparación con los dispositivos de flujo convencionales. A este respecto, ninguna de las invenciones y patentes anteriores, tomadas en forma individual o en combinación, describen la presente invención tal como se reclama. Por lo tanto, se desea un inyector diferencial que resuelva los problemas antes mencionados.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El inyector diferencial de conformidad con la presente invención es un dispositivo de mezclado de fluido impulsado por venturi que tiene una entrada de fluido primaria estrechable, una sección de garganta y una salida de descarga divergente. Un fluido secundario se hace pasar hacia la porción anterior de la salida de descarga, a través de por lo menos dos ranuras anulares en depresión, mediante acción de succión producida por el fluido primario del venturi. Una pluralidad de puertos de venturi alimenta el fluido secundario a las ranuras anulares en depresión. Los puertos de venturi están conectados a un puerto de inyección de fluido secundaria a través de un anillo de inyección. Por consiguiente, un objeto principal de la presente invención es proveer un inyector diferencial para reducir la pérdida de carga total en un dispositivo de flujo por inyección. Otro objeto de la invención es proveer un inyector diferencial que mezcle el fluido con un número mínimo de elementos mecánicos unidos. Un objeto adicional de la invención es proveer un inyector diferencial que sea montado y desmontado fácilmente para fines de inspección. Otro objeto más de la invención es proveer elementos mejorados y disposiciones de los mismos para los propósitos descritos, que sean de bajo ^^j¡y? ^^ costo, confiables y completamente efectivos para lograr los propósitos para los que están diseñados. Estos y otros objetos de la presente invención se harán evidentes al revisar la siguiente descripción y dibujos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo de flujo de venturi convencional de la técnica anterior. 10 La figura 2 es una vista en perspectiva en sección transversal del un dispositivo de flujo de venturi convencional de la técnica anterior en la figura 1. La figura 3 es una vista en perspectiva con sus partes separadas del inyector diferencial de conformidad con la presente invención. 15 La figura 4 es una vista en sección transversal con sus partes separadas del inyector diferencial de conformidad don al figura 3, que ilustra una pluralidad de canales de inyección para inyectar fluido dentro del dispositivo de flujo para mezclado. La figura 5 es una vista en sección transversal del inyector 20 diferencial de la inyección de conformidad con una modalidad alternativa, que ilustra una pluralidad de canales acoplados por una cavidad anular para inyectar fluido dentro del dispositivo de flujo para mezclado.

Los caracteres de referencia similares denotan características correspondientes en forma consistente en todos los dibujos anexos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS 5 La presente invención está dirigida a un inyector diferencial que produce mezclado en un dispositivo de flujo con pérdidas virtualmente de cero por inyección. Las modalidades preferidas de la presente invención se ¡lustran en las figuras 3-5 y generalmente se refieren por medio del número 20. 10 La finalidad de la presente invención es producir inyecciones de fluido de uno o más elementos de fluido dentro de un dispositivo de flujo impulsado por venturi que tiene pérdidas virtualmente de cero por medio del método de inyección. El inyector diferencial de conformidad con la presente invención es aplicable a varias aplicaciones tales como un dispositivo de aereación para plantas de tratamiento de agua y de aguas residuales, piscinas, jacuzzies, un dispositivo de mezclado para pinturas, sustancias químicas o inyectores para colorantes y sustancias químicas, etc., desmenuzador de sólidos en aguas residuales, dispositivo de agitación para plantas de tratamiento de agua y plantas de separación de aceite. 20 Los dispositivos de flujo convencionales proveen mezclado a través de un dispositivo de flujo como se ¡lustra en forma diagramática en las figuras 1 y 2. Como se ve en estas figuras, un dispositivo de flujo impulsado por venturi 1 tiene un medio de inyección de fluido 2 dispuesto en la garganta fc*....»»,..,*».^ M>^>aÁak-ba-a-a-> 3 del venturi 1. Una entrada de flujo de fluido (flujo entrante) 4 y una salida (flujo saliente) 5 provee la trayectoria de flujo primaria F para el dispositivo 1. Una trayectoria de flujo de fluido secundaria 6 es provista por el inyector 2. El flujo de fluido secundario 6 es inyectado directamente a la corriente de flujo primaria en una dirección perpendicular al mismo. Este tipo de inyección introduce una diferencia de presión (o pérdida asociada) dentro de la corriente de flujo, lo que reduce el grado de mezclado uniforme entre el fluido primario y secundario en el dispositivo de flujo convencional. Como se ve mejor en las figuras 3 y 4, el inyector diferencial 20 de conformidad con la modalidad preferida comprende un cuerpo de flujo de fluido sustancialmente cilindrico 22 que tiene un venturi 24 dispuesto en el mismo. El venturi 24 está dispuesto y alineado concéntrico con el cuerpo 22 para proveer flujo de fluido primario P a través del venturi 24. El venturi 24 tiene un puerto de entrada 26 o la porción de flujo entrante del flujo primario y un puerto de salida 28. El puerto de entrada converge en una sección de garganta del venturi 24 y diverge en el puerto de salida 28 o porción de flujo saliente del flujo primario. Un fluido primario tal como agua entra al inyector diferencial 20 para mezclado. Dependiendo del área de aplicación, un fluido secundario que contiene varias sustancias químicas o fluidos, como se mencionó antes, está adaptado al inyector 20 para mezclado sin inyectarse directamente dentro de la garganta 27 del venturi 24. Sería obvio para un experto en la técnica proveer el adaptador apropiado para inyectar fluidos como un asunto de uso destinado. ^<M^Ü g ^ Por consiguiente un fluido secundario o puerto inyector 30 se provee para suministrar una pluralidad de fluidos para mezclado con el fluido primario P. El puerto inyector 30, como se ilustra en forma diagramática en la figura 3 está dispuesto dentro de una primera porción de pared del cuerpo de flujo de fluido sustancialmente cilindrico 22. Una vista en sección transversal de la figura 3, como se muestra en la figura 4, ilustra además la disposición de una pluralidad de canales 32 dispuestos dentro de una segunda porción de pared del cuerpo 22 para suministrar un fluido secundario corriente abajo de la garganta 27 del venturi 24 a la porción de flujo saliente del flujo de fluido primario P. Los canales 32, como se muestra en la figura 4, están dispuestos dentro del cuerpo 22 en disposición paralela con respecto al venturi 24. Esta disposición es importante porque el fluido secundario es inyectado con resistencia cero con respecto a la dirección de flujo primario. Este punto de inyección se traduce en pérdida de carga reducida dentro del inyector diferencial 20. De conformidad con una modalidad alternativa como se ilustra en forma diagramática en la figura 5, el inyector diferencial 20 se muestra como una sola unidad que comprende una cavidad anular 34 en comunicación de fluido con el puerto inyector 30 y una pluralidad de canales 32 periféricamente dispuestos y concéntricos con el venturi 24, para mejorar la relación en volumen de mezclado de fluido secundario a primario. Otra ventaja del inyector diferencial 20 de conformidad con la modalidad preferida es que está hecho de un material plástico mixto que es fácilmente maquinado a las dimensiones deseadas. También, este material puede ser fácilmente removido en partes múltiples como se ilustra en las figuras 3 y 4 para fines de inspección y o reemplazo mientras se esté usando. Otras ventajas nada obvias del inyector diferencial 20 se lograron a través del diseño reduciendo la velocidad de flujo de entrada en 1/2 del diámetro del cuerpo 22 y manteniendo ese tamaño para una distancia de 2.5 veces su diámetro. En este punto, la descarga del flujo de salida se abre a una longitud igual a 1/2 de la distancia de la entrada del lado de flujo de entrada, produciendo así una enorme acumulación de presión con una liberación instantánea en el extremo de descarga. En el lado de descarga, dos ranuras anulares [Diseño de Inyección Anular en Depresión RAID1 por sus siglas en inglés] que hacen que el líquido descargado pase sobre estas ranuras y al hacer esto crean una fuerte acción de succión en estas ranuras (RAID). Al conectar estas ranuras (RAID) a un puerto de inyección a través de un anillo de inyección que tiene la capacidad de volumen igual a varias veces la capacidad que pueden tener los puertos de venturi. Se debe entender que la presente invención no se limita a las modalidades anteriormente descritas, sino que abarca cualesquiera y todas las modalidades que estén dentro del alcance de las siguientes reivindicaciones.

Claims (1)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN REIVINDICACIONES 5 1.- Un inyector diferencial para mezclado en un dispositivo de flujo que comprende: un cuerpo de flujo de fluido sustancialmente cilindrico que tiene un venturi dispuesto en el mismo, dicho venturi estando dispuesto y alineado concéntricamente con el cilindro, parta proveer flujo de fluido primario a través de dicho venturi, el venturi teniendo un puerto de entrada y un puerto 10 de salida; un puerto de fluido secundario para suministrar una pluralidad de fluidos para el mezclado con el fluido primario, dicho puerto secundario estando dispuesto dentro de la primera porción de pared del cuerpo de flujo de fluido sustancialmente cilindrico, para suministrar flujo secundario a una pluralidad de canales de flujo, dichos canales estando dispuestos dentro de la 15 segunda porción de pared del cuerpo de flujo de fluido sustancialmente cilindrico, y dispuestos en disposición paralela con respecto al venturi, para proveer fluido secundario a lo largo de y paralelo a una porción de flujo entrante del flujo de fluido primario por inyección. 2.- Un inyector diferencial para mezclado en un dispositivo de 20 flujo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho cuerpo de flujo sustancialmente cilindrico comprende medios que definen una cavidad anular dispuesta dentro de una porción central de dicho dispositivo de flujo y concéntrica al mismo. MaMaat-MMÉMltBt 3.- Un inyector diferencial para mezclado en un dispositivo de flujo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicha cavidad está dimensionada, configurada y dispuesta para estar en comunicación de fluido con el puerto de fluido secundario. 4.- Un inyector diferencial para mezclado en un dispositivo de flujo de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado además porque dicha cavidad está dimensionada, configurada y dispuesta para estar en comunicación de fluido con el puerto de fluido secundario y dicha pluralidad de canales. 5.- Un inyector diferencial para mezclado en un dispositivo de flujo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicha pluralidad de canales están dispuestos dentro de la segunda porción de pared periférica a dicho venturi. 6.- Un inyector diferencial para mezclado en un dispositivo de flujo de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque dicho cuerpo de flujos sustancialmente cilindrico está hecho de un material plástico mixto. .¿fciMUHUHála