MXPA01004119A

MXPA01004119A - Elemento mezclador para una transicion bridada en una tuberia.

Info

Publication number: MXPA01004119A
Application number: MXPA01004119A
Authority: MX
Inventors: Mathys Peter
Original assignee: Sulzer Chemtech Ag
Priority date: 2000-05-08
Filing date: 2001-04-25
Publication date: 2002-06-04
Also published as: EP1153650B1; SG118073A1; BR0101798B1; JP4704600B2; CA2343561A1; CA2343561C; JP2002001077A; US20010038575A1; ES2246304T3; EP1153650A1; US6595682B2; ATE299751T1; BR0101798A; DE50106757D1

Abstract

El elemento (2) mezclador se proporciona para una transicion (10) de brida en una tuberia (1) y se puede montar entre dos bridas (11, 12) de la tuberia. Comprende una estructura (25) de accion mezcladora formada por una o dos aletas (25a, 25b) dentro de un anillo (20). Es posible definir dos planos (21, 22) mutuamente inclinados, siendo que la de las aletas esta dispuesta en uno de los planos o las dos aletas estan dispuestas en los dos planos. Los dos planos se intersectan en un eje (23) de cruce. Las sub-superficies (52, 51') cerradas asi como partes de superficie (51, 520, 521, 522) abiertas de las aletas forman un patron (5) de superficie que se forma asimetrico con respecto al eje de cruce. Mediante la forma simetrica un fluido (9) que fluye a traves de una tuberia se puede desviar de manera que se desvian flujos (9b) parciales de una mitad de tubo a traves de las sub-superficies del uno de los planos (21) a la otra mitad de tubo y se encuentran alli flujos parciales en gran medida no desviados, siendo que esto tambien es inversamente valido con respecto al otro plano (22) si en este ultimo se encuentra una segunda aleta (25b) que tiene elementos estructurales. (Fig. 1 y 5).

Description

ELEMENTO MEZCLADOR PARA UNA TRANSICIÓN BRIDADA EN UNA TUBERÍA Descripción de la invención La invención se refiere a un elemento mezclador 5 para una transición bridada en una tubería de acuerdo al preámbulo de la reivindicación l y a una tubería que tiene un elemento mezclador de esta índole. Se conocen mezcladores estáticos que se disponen en una sección de tubo de una tubería. Para la instalación de una sección de tubo de esta índole en la tubería deben existir por regla general dos pares de bridas, dos bridas en la sección de tubo y dos bridas asociadas en la tubería. Los mezcladores estáticos de esta índole provocan pequeñas pérdidas de presión si no estrechan considerablemente la sección transversal de la sección de tubo - lo cual por regla general es el caso - y por consiguiente únicamente provocan en poca medida un rompimiento de torbellinos que da por resultado una elevada disipación de la energía de flujo. 20 Un mezclador de brida para cuya instalación únicamente se requieren un par de bridas se conoce a través del documento US-A 5 839 828. Este mezclador de brida está formado a manera de tapón. Su estructura de actividad mezcladora comprende dos regiones de superficie simétricas a espejo entre las cuales se localiza una abertura de paso t?? tm g m tmm*, .Jfc¡¡gj^¿^ de flujo; esta última tiene un estrecho central y dos zonas lenticulares que se extienden transversas al estrecho. Las regiones de superficie pueden estar en dos planos inclinados uno con respecto al otro y de los cuales la 5 línea de intersección - cuando se proyecta perpendicular sobre una sección transversal de tubo - forma una línea central del estrecho. En un fluido que fluye a través del estrecho central aparecen torbellinos como resultado del efecto de tapón del estrecho que por una parte tienen un efecto mezclador en los aditivos entre mezclados y por otra parte provocan una caída de presión relativamente grande. Como resultado de la simetría a espejo tiene lugar un bajo intercambio de material entre las mitades de tubo dadas por la línea de intersección y la línea central. 15 Los mezcladores de brida tienen la ventaja con respecto a los mezcladores estáticos que se disponen en secciones de tubo en que tienen un volumen pequeño. De acuerdo con ciertos reglamentos de computación no se consideran como recipientes de presión gracias a su pequeño volumen y por consiguiente no requieren de pruebas elaboradas antes de ser aprobados. Una desventaja es que el mezclador de brida únicamente consiste de un solo elemento mezclador y que por consiguiente tiene una acción mezcladora limitada. 25 El objeto de la invención es el de crear una alternativa al mezclador de brida conocido que tiene una acción mezcladora mejorada con baja pérdida de presión. Este objeto se satisface mediante el elemento mezclador que se define en la reivindicación 1 y que es un mezclador de brida. En el entremezclado de un aditivo usando el elemento mezclador de acuerdo a la invención el aditivo se puede alimentar por vía de un gran número de sitios de entrada, de manera que la acción mezcladora del mezclador de brida que únicamente consiste de un elemento mezclador puede ser suficiente. El elemento mezclador se proporciona para una transición bridada en una tubería y se puede montar entre dos bridas de la tubería. Comprende una estructura de actividad mezcladora que se forma mediante una o dos aletas dentro de un anillo. Se pueden definir dos planos mutuamente inclinados con la única aleta dispuesta en uno de los planos o con las dos aletas dispuestas en los dos planos. Los dos planos se intersectan en un eje de cruce. Las sub-superficies así como también como partes abiertas de superficie de las aletas forman un patrón de superficie formado asimétricamente con respecto al eje de cruce. Mediante la forma asimétrica un fluido que fluye a través de la tubería se puede desviar de manera que los flujos parciales se desvían de una mitad de tubo a través de las sub-superficies de el uno de los planos a la otra mitad de tubo donde encuentran flujos parciales en gran medida no desviados, lo cual también se aplica reciprocamente con respecto al otro plano si en este último existe una segunda aleta que tiene elementos de estructura. Las reivindicaciones 2 a 9 subordinadas se refieren a modalidades ventajosas del elemento mezclador de acuerdo a la invención. El objeto de la reivindicación 10 es una tubería que comprende un elemento mezclador de esta índole . A continuación la invención será explicada con referencia a los dibujos. Muestran: la Fig. 1 parte de una sección longitudinal a través de una tubería en el sitio de una brida con un anillo insertado, la Fig. 2 una ilustración esquemática con relación al comportamiento de flujo en un elemento mezclador de acuerdo con la invención, la Fig. 3 un sistema de referencia para una definición de la estructura de acción mezcladora del elemento mezclador conforme a la invención, la Fig. 4 un patrón de superficie con relación al elemento mezclador de la Fig. 3 de acuerdo a una primera modalidad ejemplar, la Fig. 5 un patrón de superficie correspondiente a una segunda modalidad ejemplar, - la Fig. 6 una ilustración auxiliar para la definición de la estructura de acción mezcladora, la Fig. 7 un patrón de superficie correspondiente a una tercera modalidad ejemplar, la Fig. 8 un sistema de referencia que se puede asociar con el patrón de superficie de la Fig. 7, la Fig. 9 una parte de una sección longitudinal a través del canto de un elemento mezclador con sitios de alimentación para un aditivo, la Fig. 10 una vista en alzado lateral de una tubería con un sitio de alimentación para un aditivo que se dispone corriente arriba antes del elemento mezclador, la Fig. 11 la parte de una sección longitudinal a través del canto de un elemento mezclador con un tapón adicional, la Fig. 12 otra estructura de acción mezcladora, y la Fig. 13 una modificación de la estructura de la Fig. 12 con solo una aleta, la cual también es parte de un elemento mezclador de acuerdo a la invención. La Fig. 1 muestra una parte de una sección longitudinal a través de una tubería 1 en la ubicación de una transición 10 bridada en la cual se inserta un anillo entre las bridas 11 y 12. En la región interior del anillo 20 se dispone una estructura 25 para la cual en el m. , .— . ,^ .. . _ ..... . .. , ,. .. **m**í¿£ dibujo solo se dibuja su ubicación 25' y que en la figura 2 se ilustra en una forma 25'' esquemática como un patrón de superficie. La estructura 25 actúa como un mezclador estático para un fluido 9 que se indica mediante las flechas 9 y que fluyen a través de la tubería 1. La estructura 25 se puede fabricar, por ejemplo, mediante estampado y angulado de una lámina de metal. El elemento 2 mezclador que se compone del anillo 20 y la estructura 25 de acción mezcladora se puede montar en la transición 10 bridada; se asegura mediante tornillos no ilustrados de las bridas 11 y 12. La estructura 25 esta arreglada respec ivamente con una aleta 25a ó 25b cada una respec ivamente en dos planos 21 y 22 mutuamente inclinados que se intersectan en un eje 23 de cruzamiento. El eje 23 de cruzamiento se dispone corriente abajo con respecto al anillo 20. En un arreglo revertido del elemento 2 mezclador tambié resulta una acción mezcladora la cual sin embargo no es tan buena con respecto a la caída de presión y la calidad de mezclado. Las aletas 25a y 25b se pueden formar de manera que partes de ellas resaltan mas allá del eje 23 de cr?zamiento hacia el lado de la otra aleta 25b ó 25a respectivamente (ver Fig. 12). El uso de un anillo 20 separado es conveniente pero no necesario. La estructura 25 de acción mezcladora se puede aprisionar entre las bridas 11, 12 si se forma de manera adecuada. Las sub-superficies cerradas y las partes de superficie abiertas de la estructura 25 forman un patrón 5 de superficie que se muestra en una modalidad concreta en la Fio. 4 con sub-superficies 52, 51', 55, 56 y partes abiertas de superficie 51, 520, 521, 522, siendo que el patrón 5 de superficie está desdoblado hacia el plano del dibujo. En las Fig. 2 y 3 se ilustra un patrón de superficie que se introduce como sistema 4 de referencia para una caracterización del patrón 5 de superficie. El sistema 4 de referencia en la Fig. 3 es el desdoblamiento plano del patrón 25 ' ' de superficie que se muestra en la Fig. 2 en una vista oblicua. Las dos aletas 25a y 25b tienen considerablemente una forma asimétrica complementaria en el sentido siguiente: 1.) es posible definir un sistema 4 de referencia formado por las líneas 40, 40', 40'', 43 limítrofes de las superficies 41, 41', 42, 42' de referencia y que es especularmente simétrico con respecto al eje 23 de cruce o eje 43 de simetría; 2.) las sub-superficies 52, 51', 55, 56 y las partes de superficie 51, 520, 521, 522 del patrón 5 de superficie y las superficies 41, 41', 42, 42' de referencia del sistema 4 de referencia cubren regiones 52, 51', 51, 520, 521, 522 comunes que son mas chicas o de igual tamaño que aquel de las partes de cubrimiento de la superficie 41, 41', 42, 42'. Estas regiones son superficies 52, 51' parciales cerradas o superficies 51, 520, 521, 522 parciales abiertas de acuerdo con el patrón 5 de superficie; y 3.) las superficies parciales cerradas y abiertas forman un arreglo asimétrico con respecto al eje 23 de cruce, siendo que aplica que en el caso de una reflexión en el eje 23 de cruce o en el eje 43 de simetría las superficies 52, 51' parciales cerradas llegan a quedar en gran medida sobre las superficies 51, 520, 521, 522 parciales abiertas y que aplica asimismo lo inverso. Mediante esta anti-simetría se da una asociación entre Las superficies abiertas y cerradas de ambas aletas. Tomadas en conjunto, las tres superficies 520, 521, 522 parciales abiertas dispuestas en la aleta 25b son prácticamente congruentes (misma forma y área) con la superficie 52 parcial cerrada asociada de la otra aleta 25a. La superficie 51 parcial abierta de la aleta 25a es congruente con la superficie 51' parcial cerrada de la otra aleta 25b. Ahora la antisimetría particular de la estructura de acción mezcladora tiene el efecto que se desea de conformidad con la invención y que se explicará haciendo referencia a la Fig. 2: el comportamiente de flujo del fluido a ser mezclado se indica esquemáticamente mediante las f.Lechas 9a y 9b. En realidad también aparecen torbellinos, los cuales son esenciales para una buena acción mezcladora. Estos torbellinos se ignoran en la presente ilustración esquemática ya que debe explicarse otro a.specto de la acción mezcladora. Las flechas 9a se orientan en la dirección principal de flujo (flecha 90 en la Fie-. 1) . Las flechas 9b indican flujos parciales del fluido que son desviados por las sub-superficies cerradas de la estructura 25. Gracias a la antisimetría complementaria las flechas 9b en cada caso se dirigen en contra de una flecha 9a. Estas condiciones se expresan en el sentido de que tiene lugar un intercambio de fluido entre las regiones de ambas aletas 25a y 25b, de manera que resulta un entremezclado sobre toda la sección transversal de la "ubería 1. El elemento 2 mezclador de acuerdo a la invención se puede caracterizar en forma mas general como sigue: el patrón 5 de superficie de la estructura 25 de acción mezcladora tiene forma asimétrica con respecto al eje 23 de cruce. Mediante la forma asimétrica es posible desviar un fluido 9 que fluye a través de la tubería de manera que los flujos 9b parciales que son desviados por las sub-superficies de la una aleta 25a hacia el lado de la otra aleta 25b se encuentran allí con flujos 9a parciales en gran "tiedida no desviados. Esto también es aplicable inversamente con respecto a los flujos 9b parciales desviados de la otra aleta 25b. Se debe observar lo siguiente con respecto a la estructura 25 que se ilustra en la Fig. 4: la estructura 25 dispuesta en el interior de la tubería 1 se conecta a dos partes 6 y 6' de anillo que se colocan entre el anillo 20 y la brida 11 - ver Fig. 1. La estructura 25 esta angulada en el eje 53 de simetría de manera que aparece el ángulo dibujado en líneas a puntos y rayas a la derecha en la figura 4. También se efectúa un angulado entre las partes 6, 6' de anillo y las dos aletas 25a, 25b, y de hecho de manera que las partes 6, 6' de anillo llegan a quedar en el mismo plano. Después del angulado las partes 6 y 6' de anillo forman uniones en sus extremos 61 y 62 ó 61' y 62 ' respectivamente . En las Fig. 5 a 8 se ilustran 2 modalidades ejemplares adicionales de la invención. En tanto que en el uno de los ejemplos el número de las partes abiertas de superficie es de una sobre la una aleta 25a y de dos en la otra aleta 25b, en el otro ejemplo éste número es de dos y tres respectivamente. En estos ejemplos los patrones 5 de superficie difieren con relativa consideración del patrón del sistema 4 de referencia. El mismo sistema de referencia que en el primer ejemplo de la Fig. 3 se puede asociar al patrón 5 de superficie de acuerdo a la Fig. 5 (con las superficies 51, 52, 521, 522 y 51' correspondientes como en el primer ejemplo, Fig. 4). La Fig. 6 muestra una superposición del patrón 5 de superficie y del sistema 4 de referencia. Las regiones comunes de esta superposición que cuando mucho son un 30% menores que las partes de cubierta de la superficie 51, 521, 522 ó las sub-superficies 51', 52 respectivamente del patrón 5 de superficie son las superficies 72 parcial cerrada y la superficie 71 parcial abierta de la aleta 25a y las superficies 71' parcial cerradas así como las superficies 721, 722 parciales abiertas en la aleta 25a. Con respecto a estas superficies parciales existe una antisimetría complementaria en concordancia con la definición del patrón 5 de superficie que de acuerdo a la invención tiene la estructura 25. En esta definición se ignora las pequeñas sub-superficies 75 que se dejan en blanco en la Fig. 6. La otra estructura 5 de acción mezcladora con el patrón 5 de superficie algo mas complicado se ilustra en la Fig. 7. En esta modalidad ejemplar es necesario usar como la base un sistema 4 de referencia correspondientemente complicado, específicamente el de la Fig. 8. Una superposición del patrón 5 de la Fig. 7 con el sistema de referencia de la Fig. 8 conduce - en forma análoga a la superposición de la Fig. 6 - a regiones comunes para las cuales nuevamente existe una asimetría complementaria. Se prescindirá de llevar a cabo explícitamente esta superposición. Se supone que el elemento 2 mezclador de acuerdo a la invención conduce a un resultado de mezclado asociado a una pérdida de presión tan pequeña como es posible. Por consiguiente las partes abiertas de superficie de las aletas 25a y 25b deberían en total no ser sustancialmente menores que la sección transversal libre de la tubería 1. Esta condición se satisface cuando las partes abiertas de superficie mencionadas tienen en total al menos la misma área que las sub-superficies cerradas y cuando la inclinación de los planos 21 y 22 es relativamente grande, de manera que el ángulo que encierra en el eje 23 de cruce es de 120° o menos. Si se conforma de manera adecuada el mezclador 2 de brida se puede instalar y remover de la tubería 1 sin que sea necesario remover una parte de la tubería 1 para esto. Para esto es necesario que las aletas 25a y 25b se dispongan en gran medida en la región entre las dos secciones transversales 13, 14 extremas del anillo 20 (ver Fig. 1) . Para el patrón 5 de superficie de la estructura 25 de actividad mezcladora se puede proporcionar una simetría especular con respecto a un eje 44 (ver Fig. 3 u 8) que es perpendicular al eje 23 de cruce. El elemento 2 mezclador de acuerdo a la invención es bien adecuado para alimentar un aditivo en una tubería 1 en la ubicación 10 de la brida. En la Fig. 9 se ilustran sitios de alimentación para un aditivo 95 que se integran al anillo 20. Están formados por una multitud o por un gran número de aberturas 31 de salida de igual tamaño uniformemente dispuestas. El aditivo 95 se transporta por vía de un tubo 30 de entrada a una ranura 3' anular desde la cual entra por vía las aberturas 31 de salida a la región de acción de la estructura 25 del mezclador indicada mediante las líneas 25' a punto y rayas. Es obvio que también se pueden proporcionar tubos 30 de entrada para una multitud de aditivos o para otros fluidos a ser entremezclados. También pueden tomar el lugar de las muchas aberturas 31 de salida una hendidura anular o ranuras que conducen radiales al interior, que se fresan en el anillo 20 en las partes 6 y 6' anulares, o en una junta insertada (no ilustrada) . Los sitios 30' de alimentación para el fluido a ser entremezclado también se pueden disponer corriente arriba previos al elemento mezclador, como se ilustra en la Fig. 10. Se alimenta un fluido antes del elemento 2 mezclador por vía de una boquilla 31'. Con el fin de incrementar el torbellino en la corriente de fluido de la tubería 1 en la región del mezclador 2 de brida se pueden producir torbellinos 92 adicio ales - ver Fig. 11 - en el flujo 91 de tras de la abertura 80 del tapón con un tapón 8 que se coloca en la posición 10 de la brida junto con la estructura 25 mezcladora. El tapón 8 también puede ser parte de la estructura 25 de actividad mezcladora; la estructura 25 se puede formar en la periferia de manera que actúa como un tapón anular. La Fig. 12 muestra otra estructura 25 de acción mezcladora. Esta última consiste de un anillo 6 cerrado que se puede colocar entre las bridas 11, 12 del tubo (Fig. 1), una primera aleta 25a formada por una paleta central y una segunda aleta 25b que se compone de dos paletas 25b' y 25b' ' laterales. Las aletas 25a y 25b se forman de manera que partes de ellas se proyectan mas allá del eje 23 de cruce hacia el lado de la otra aleta 25b ó 25a respec ivamente. La paleta central o las dos paletas laterales pueden estar ausentes de manera que la estructura 25 de acción mezcladora tiene solo una aleta 25a. Un elemento 2 mezclador que tiene una estructura 25 reducida de este tipo también es un elemento mezclador de acuerdo a la invención. Un ejemplo de una estructura 25 de este tipo que solo tiene una aleta se ilustra en la Fig. 13; en comparación con la forma de realización de la Fig. 12 está ausente la aleta con las paletas 25b' y 25b'' laterales. La estructura 25 de acción mezcladora se puede fabricar de material flexible, por ejemplo de lámina de metal delgada elástica o de plástico. De esta manera las paletas se flexionen en forma diferente con diferentes volúmenes de caudal; de esta manera la resistencia al flujo se incrementa con menos rapidez al aumentar el caudal que si las paletas fueran rígidas. Los elementos mezcladores previamente descritos se pueden modificar de manera que partes de una o de ambas aletas 25a, 25b de la estructura 25 de acción mezcladora se desvían del plano 21, 22 que se asocia a la aleta. Así, en el ejemplo de la Fig. 12 las dos paletas 25b' y 25b' ' laterales se pueden desviar del plano 22 por ángulos diferentes .

Claims

REIVINDICACIONES 1. Elemento mezclador para una transición de brida en una tubería que se puede montar entre dos bridas de la tubería y que comprende una estructura de acción mezcladora formada por una o dos aletas dentro de un anillo, siendo que es posible definir dos planos mutuamente inclinados en cuyo uno de los planos se dispone la una aleta o en cuyos planos se disponen las dos aletas, siendo que les dos planos se intersectan en un eje de cruce y siendo que las sub-superficies cerradas así como las partes de superficie abiertas de las aletas forman un patrón de superficie, caracterizado porque el patrón de superficie se forma asimétricamente con respecto al eje de cruce; y porque debido a la forma simétrica es posible desviar un fluido que fluye a través de la tubería de manera que se desvían flujos parciales de una mitad de tubo a través de sub-superficies de el uno de los planos a la otra mitad de tubo en donde se encuentran con flujos parciales en gran medida no desviados, siendo que esto también es valido inversamente con respecto al otro plano si en este último existe una segunda aleta que tiene elementos de estructura. 2. Elemento mezclador según la reivindicación 1, caracterizado en que dos aletas forman la estructura de acción mezcladora, la totalidad de las sub-superficies cerradcLS se encuentran en una superficie conectada y las dos aletas tienen aproximadamente una forma antisimétrica complementaria en el sentido siguiente: 1. es posible definir un sistema de referencia formado por las líneas limítrofes cerradas de superficies de referencia y que es especularmente simétrico con respecto al eje de cruce o eje de simetría;
2.) las partes de superficie y de sub-superficies de las aletas y las superficies de referencia del sistema de referencia cubren regiones comunes que son cuando mucho 30% mas chicas que las partes de cubrimiento de la superficie o de las sub-superficies respectivamente del ps.trón de superficie, siendo que estas regiones son superficies parciales cerradas o abiertas de acuerdo con el patrón de superficie; y 3.) estas superficies parciales cerradas y abiertas forman un arreglo aproximadamente asimétrico con respecto al eje de cruce para el cual es válido que en el caso de una reflexión las superficies parciales cerradas llegan a quedar en gran medida sobre las superficies parciales abiertas y que asimismo es válido lo inverso.
3. Elemento mezclador según la reivindicación 1 o la reivindicación 2, caracterizado porque las partes de superficie abierta de la estructura de acción mezcladora tienen en total al menos la misma área que las subsuperfícies cerradas.
4. Elemento mezclador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el eje de cruce se dispone corriente abajo con respecto al anillo.
5. Elemento mezclador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las aletas se disponen en gran medida en la región entre las dos secciones transversales extremas del anillo.
6. Elemento mezclador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el patrón de superficie y el sistema de referencia es especularmente simétrico con respecto a un eje perpendicular al eje de cruce .
7. Elemento mezclador según una cualquiera de las re.Lvindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las aletas se conectan de manera flexible a una parte anular o dos partes anulares que se pueden colocar en una ranura anular entre la una de las bridas de la tubería y el anillo o entre las dos bridas; y porque adicionalmente se puede proporcionar un tapón anular que se puede colocar sobre las partes anulares; o porque la estructura de acción mezcladora se forma en la periferia de manera que actúa como tapón anular.
8. Elemento mezclador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los sitios de alimentación para al menos un fluido a ser entreme.zclado, en particular un aditivo, se integran al anillo; y porque los sitios de alimentación de preferencia se forman en una de las secciones transversales extremas del anillo mediante una hendidura anular o mediante una multitud o un gran número de aberturas de salida de igual tamaño así como de disposición uniforme.
9. Elemento mezclador según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por una modifioación en la cual partes de una o ambas aletas de la estructura de acción mezcladora se doblan hacia afuera del plano que se asocia con la aleta.
10. Tubería que comprende una transición de brida y un elemento mezclador según con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada en que se dispone corriente arriba previo al anillo al menos un sitio de alimentación para un fluido a ser entremezclado, en particular un aditivo.