METODO Y APARATO LINEAL DE ANTORCHA COANDA
Campo de la Invención La presente invención se refiere a un aparato y método de antorcha lineal Coanda de quemado de gas inflamable de desecho en el aparato. Antecedentes de la Invención Las antorchas Coanda de alta presión han sido utilizadas en las industrias de petróleo, gas y petroquímica durante muchos años. Las antorchas incluyen un cuerpo Coanda que tiene una superficie de forma similar a una marmita o recipiente que tiene una parte inferior redonda alargada y una parte superior circular más pequeña. Los cuerpos Coanda utilizados hasta ahora han sido formados a partir de piezas fundidas o forjadas. Las antorchas Coanda de la técnica anterior incluyen un cuerpo Coanda unido con la parte superior de una tubería vertical, por medio de lo cual una ranura circular es formada entre la parte superior de la tubería y la parte inferior del cuerpo Coanda. El gas presurizado inflamable de desecho sale de la ranura a una velocidad que crea regiones de baja presión en los límites de la corriente de gas . El espacio entre el cuerpo Coanda y la corriente de gas es evacuado con rapidez mediante la baja presión que obliga al gas de desecho a unirse con la superficie Coanda y sigue su forma hasta que ha girado
REF. 167483 aproximadamente 90°. El intervalo de operación normal es a velocidad sónica y muchas corrientes parásitas pequeñas son formadas, por medio de lo cual en cualquier punto en la corriente de gas, la velocidad es más grande que la velocidad lineal de la corriente total . Además , la velocidad lineal es más grande que un chorro convencional a la misma distancia de la salida de gas. Esto aumenta la región de baja presión en el límite de la película, con lo cual, se incrementa la eficiencia de arrastre de aire. A medida que el gas y el aire alcanzan el diámetro máximo de la superficie de cuerpo Coanda, la turbulencia inherente proporciona un mezclado efectivo del gas y del aire, con lo cual, se produce un dispositivo de antorcha muy estable y eficiente . Cuando la presión de combustible en la ranura Coanda sea aproximadamente de 11 psig, la velocidad de combustible en la ranura se vuelve una velocidad sónica. La relación entre la velocidad de flujo de gas y la presión de salida de la ranura Coanda se vuelve lineal una vez que la velocidad sónica de salida sea conseguida y el único modo de aumentar la capacidad es incrementando, ya sea la presión del gas o el área de ranura Coanda. Como resultado, con el fin de conseguir capacidades más altas, son requeridas antorchas de diámetro más grande con cuerpos, ranuras y superficies Coanda más grandes, los cuales se vuelven muy pesados y costosos .
En algunos casos, la presión del gas inflamable de desecho en la antorcha Coanda es limitada por el proceso involucrado y por la geometría de la antorcha. Una vez que sea alcanzada una cierta presión, el flujo de masa consigue un nivel crítico, por medio de lo cual existe este momento en la película de gas que pasa a través de la superficie Coanda en el que la flama se separa de la superficie Coanda y el efecto Coanda es perdido. Por lo tanto, existe la necesidad de antorchas mejoradas de alta presión que utilicen el efecto Coanda, que no tenga las desventajas mencionadas con anterioridad y en su lugar que tengan las ventajas de un diseño robusto de larga vida, de una flama de baja radiación, bajo peso, alto rechazo sin humo, intervalo amplio de operación, bajo requerimiento de velocidad de purga y de una flama estable en toda las condiciones . Sumario de la invención La presente invención proporciona un aparato lineal de antorcha Coanda para el quemado del gas presurizado inflamable de desecho que supera las deficiencias de la técnica anterior y satisface las necesidades descritas con anterioridad. Un aparato lineal de antorcha Coanda para el quemado de gas presurizado inflamable de desecho de esta invención comprende los siguientes elementos . Una tubería alargada de extremo cerrado es conectada con una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho. La tubería alargada de extremo cerrado tiene un orificio lineal alargado en la misma, y un canal alargado de distribución de gas inflamable situado adyacente al orificio lineal alargado. Los lados del canal de distribución son situados adyacentes a las superficies exteriores curveadas de la tubería de extremo cerrado, con lo cual, se forman las ranuras que descargan el gas presurizado inflamable de desecho a través de las superficies exteriores curveadas de la tubería de extremo cerrado.. Un método de quemado de gas inflamable de desecho de esta invención comprende las siguientes etapas . El gas inflamable de desecho es conducido hacia un aparato lineal de antorcha Coanda que comprende una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho conectada con una tubería alargada de extremo cerrado que tiene un orificio lineal alargado en la misma. El gas inflamable de desecho es descargado a través del orificio lineal alargado hacia el canal alargado de distribución de gas inflamable situado adyacente al orificio lineal alargado. Los lados alargados del canal de distribución son situados adyacentes a las superficies exteriores curveadas de la tubería de extremo cerrado, con lo cual, se forman las ranuras alargadas de descarga. El gas inflamable de desecho es descargado a través de las ranuras alargadas de descarga sobre las superficies curveadas de la tubería de extremo cerrado. El gas inflamable de desecho es encendido por una luz de piloto situada adyacente a la tubería de extremo cerrado. Las características y ventajas de la presente invención serán aparentes con facilidad para aquellas personas expertas en la técnica en base a la lectura de la descripción de las modalidades preferidas que siguen, cuando sean tomadas en conjunto con las figuras que la acompañan. Breve Descripción de las Figuras La Figura 1 es una vista lateral parcialmente en corte de una antorcha Coanda de la técnica anterior. La Figura 2 es una vista en corte transversal tomada a lo largo de la línea 2-2 de la Figura 1. La Figura 3 es una vista lateral de una forma del aparato lineal de antorcha Coanda de la presente invención. La Figura 4 es una vista en corte transversal tomada a lo largo de la línea 4-4 de la Figura 3. La Figura 5 es una vista en corte lateral de otra forma del aparato lineal de antorcha Coanda de la presente invención. La Figura 6 es una vista en corte transversal tomada a lo largo de la línea 6-6 de la Figura 5 que ilustra un montaje de resorte unido con la parte inferior del canal de distribución y unido con la tubería de extremo cerrado. La Figura 7 es una vista en corte transversal similar a la Figura 6, excepto que ilustra un montaje de resorte unido en el interior del aparato de antorcha y unido con el canal de distribución. La Figura 8 es otra vista en corte transversal similar a la Figura 6, excepto que ilustra el montaje de resorte unido con la parte superior de la tubería de extremo cerrado y unido con el canal de distribución. La Figura 9 es una vista en corte transversal del aparato lineal de antorcha Coanda similar a la Figura 4, excepto que ilustra la tubería alargada de extremo cerrado y el canal de distribución situado en un ángulo. La Figura 10 es una vista lateral de un aparato lineal de antorcha Coanda similar a la Figura 5, excepto que ilustra la tubería de extremo cerrado y el canal de distribución situado en un ángulo. La Figura 11 es una vista en corte transversal de dos aparatos de antorcha lineal Coanda situados en proximidad cercana con las tuberías alargadas de extremo cerrado configuradas en formas de corte transversal de lágrima. La Figura 12 es una vista lateral de un aparato lineal de antorcha Coanda de la presente invención que incluye el medio para inyectar agua en la corriente de gas que fluye a través de la tubería alargada de extremo cerrado. La Figura 13 es una vista lateral de un aparato lineal de antorcha Coanda de la presente invención que incluye el medio para inyectar agua en la flama producida por el aparato de antorcha.
La Figura 14 es una vista en perspectiva de un aparato lineal de antorcha Coanda de esta invención que está comprendido de una tubería única de extremo cerrado y un canal de distribución conectado con una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho. La Figura 15 es una vista en perspectiva similar a la Figura 14, excepto que incluye dos tuberías de extremo cerrado y distribuidores unidos con una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho. La Figura 16 es una vista en perspectiva de cuatro tuberías alargadas de extremo cerrado y distribuidores conectados con una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho . La Figura 17 es una vista en perspectiva de seis tuberías de extremo cerrado y distribuidores conectados con una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho. La Figura 18 es una vista en perspectiva de un arreglo alterno de cuatro tuberías de extremo cerrado y distribuidores conectados con un abastecimiento de gas inflamable de desecho. Descripción Detallada de la Invención A continuación, con referencia a las figuras, y en particular a las Figuras 1 y 2 , se ilustra una antorcha Coanda 10 de la técnica anterior con una tubería recta de abastecimiento de gas inflamable de desecho 12 y un cuerpo Coanda 14 unido con la parte superior de la tubería de abastecimiento 12. Una ranura circular 16 es proporcionada entre la parte superior de la tubería 12 y la parte inferior del cuerpo Coanda 14 a través de la cual fluye el gas presurizado inflamable de desecho a alta velocidad. El gas sigue la superficie Coanda hasta que está ha girado aproximadamente 90° con lo cual, se produce un dispositivo de antorcha muy estable y eficiente. No obstante, con el fin de conseguir capacidades más altas, son requeridas tuberías de abastecimiento de gas inflamable de desecho de diámetro más grande, ranuras Coanda más grandes y cuerpos Coanda más grandes, los cuales son pesados y costosos. A continuación, con referencia a las Figuras 3 y 4, una forma del aparato lineal de antorcha Coanda de la presente invención se ilustra y designa por el número 18. El aparato lineal de antorcha Coanda 18 comprende una tubería alargada de extremo cerrado 20 conectada con una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho 22. El extremo superior abierto de la tubería de abastecimiento 22 es situado dentro de la tubería de extremo cerrado 20, como se muestra mejor en la Figura 4. Se proporcionan orificios alargados lineales 24 en la parte inferior de la tubería de extremo cerrado 20 que se extienden en ambos lados de la tubería de abastecimiento 22. Un canal alargado de distribución de gas inflamable 26 es unido con la parte inferior de la tubería alargada de extremo cerrado 20 adyacente al orificio lineal 24. Los lados alargados del canal de distribución 26 son situados adyacentes a las superficies exteriores curveadas de la tubería de extremo cerrado 20, con lo cual, se forman las ranuras 27 que descargan el gas presurizado inflamable de desecho desde el interior de la tubería de extremo cerrado 20 sobre las superficies exteriores curveadas de la tubería de extremo cerrado 20. El gas presurizado inflamable de desecho se une con la superficie de la tubería y sigue su forma hasta que está ha girado aproximadamente 90° . El gas es inflamado por una luz de piloto 28 situada adyacente a la tubería de extremo cerrado. El aparato lineal de antorcha Coanda 18 descrito con anterioridad tiene las siguientes ventajas . La tubería de extremo cerrado 20 y la tubería de abastecimiento de gas inflamable de desperdicio 22 son formadas de acero de peso ligero y ningún tipo de piezas especiales de fundición o forjado de alto costo son requeridas, con lo cual, se reducen los costos y el peso. La capacidad del aparato lineal de antorcha Coanda 18 puede ser aumentada simplemente al extender las longitudes de la tubería de extremo cerrado 20, los orificios lineales 24 y el canal de distribución 26. El desempeño del aparato lineal de antorcha Coanda de esta invención es mejorado si se mantienen las ranuras angostas entre los lados del canal de distribución 26 y la tubería de extremo cerrado 20, los cuales mejoran el arrastre, el mezclado y la presión máxima de operación del aire. El gas inflamable de desecho alimentado a través de la tubería de abastecimiento 22 fluye a través de la tubería de extremo cerrado 20, con lo cual, se proporciona enfriamiento al aparato de antorcha 18. La trayectoria del gas inflamable de desecho restringe la capacidad del aire para entrar en el aparato de antorcha 18, con lo cual, se disminuye el riesgo de quemado interno y se reducen los requerimientos de purga de gas . La tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho 22 puede ser situada en posición central como se muestra en las figuras, o en cualquier extremo de la tubería alargada de extremo cerrado 20 o en cualquier posición intermedia. El canal alargado de distribución de gas inflamable 26 que forma las ranuras de salida de combustible 27 puede ser de varias formas que incluyen, aunque no se limitan a, un canal inferior plano con lados inclinados hacia a fuera, un canal semicircular, un canal parcial circular, un canal de forma de V y similares. El canal de distribución de gas puede ser situado de manera que sea fijado en una posición o puede ser cargado por resorte para formar ranuras variables de salida de combustible que abren sin aumentar la presión hasta un ajuste máximo, como será descrito en este documento más adelante . El aparato lineal de antorcha Coanda 18 puede ser situado para quemar en un ángulo mediante la rotación de la tubería de extremo cerrado que contiene los orificios lineales alargados 24 y el canal alargado de distribución de gas inflamable 26. En muchos casos, la radiación y el ruido deben ser reducidos en áreas sensibles adyacentes a los quemadores o antorchas o debido a los requerimientos de espacio. Es decir, los quemadores o antorchas deben ser movidas o colocadas en ángulo en una dirección particular. Con referencia a las Figuras 4, 5, 9 y 10, esto puede ser conseguido en una antorcha horizontal 18 ó 30 de esta invención simplemente al girar las tuberías alargadas de extremo cerrado 20 ó 32 y los canales de distribución 26 ó 38 hacia un ángulo, por medio de lo cual la flama es dirigida fuera del área sensible como se muestra en la Figura 9. Cuando sea requerido, la tubería alargada de extremo cerrado 32 también puede ser movida en forma vertical hacia arriba como se muestra en la Figura 10. A continuación, con referencia a las Figuras 5-8, un arreglo alterno del aparato lineal de antorcha Coanda de esta invención se ilustra y es. generalmente designado por el número 30. El aparato lineal de antorcha Coanda 30 comprende una tubería de extremo cerrado 32 que tiene un orificio lineal o una serie de orificios lineales alargados 34 en la parte inferior de la misma. Una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho 36 es conectada con un extremo de la tubería de extremo cerrado 32 por medio de soldadura o por otros medios . Un canal alargado de distribución de gas inflamable de desecho 38 es proporcionado adyacente al orificio o a los orificios lineales alargados 34 en la parte inferior de la tubería de extremo cerrado 32. El canal de distribución 38 es mantenido en posición por debajo del orificio o los orificios lineales 34 mediante montajes de resorte 40 unidos con la parte inferior del canal de distribución de gas inflamable 38 y con la tubería de extremo cerrado 32 mediante tornillos o varillas alargadas 42. Además, los montajes de placa de sello cargados por resorte 45 son unidos con la tubería alargada de extremo cerrado 32, los cuales ejercen presión sobre los extremos del canal de distribución 38 para evitar que escape el gas inflamable de desecho a través de los extremos del canal de distribución 38. Una luz de piloto 41 es proporcionada para encender el gas descargado inflamable de desecho . En la operación del aparato lineal de antorcha Coanda 30, el gas inflamable de desecho entra en el aparato 30 por medio de la tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho 36 y fluye hacia la tubería alargada de extremo cerrado 32. A partir de la tubería de extremo cerrado 32, el gas pasa a través de la ranura o ranuras 34 hacia el canal alargado de distribución del gas inflamable 38. A partir del canal de distribución 38, el gas fluye a través de las ranuras laterales 43 formadas entre los lados del canal de distribución 38 y la tubería de extremo cerrado 32, y posteriormente, adyacente a las superficies curveadas de la tubería de extremo cerrado 32 en donde se arrastra y se mezcla con el aire ambiental en proporciones para crear una flama sin humo y de baja radiación. A medida que el gas fluye a través del canal alargado de distribución de gas inflamable 38, este aplica o reducen la presión sobre el canal de distribución 38, el cual a su vez, aplica o reduce la carga sobre los montajes de resorte 40, con lo cual, se comprimen o descomprimen los resortes en los montajes de resorte 40 y se mueve el canal de distribución 38 lejos o más cerca de la tubería de extremo cerrado 32. El movimiento hacia afuera o más cerca a la tubería de extremo cerrado 32 aumenta o disminuye los anchos de las ranuras de salida de gas 43 entre la tubería de extremo cerrado 32 y el canal de distribución 38, con lo cual, se permite una mayor cantidad o una menor cantidad de flujo de gas sobre la superficie de la tubería de extremo cerrado 32. La variación en el ancho de las ranuras 43 no sólo regula el flujo y la presión de gas, también sirve para mantener en forma continua una alta velocidad en las ranuras de gas, lo cual a su vez, restringe la cantidad de aire que puede ingresar en el canal de distribución por medio de una alta presión del viento. Una ranura angosta a flujos y presiones bajas de gas provoca la distribución uniforme de gas a lo largo de la ranura, con lo cual, se garantiza el quemado localizado y se evitan las zonas calientes . A continuación, con referencia a la Figura 6, se muestra una vista lateral ampliada de la tubería de extremo cerrado 32, el canal de distribución 38 y el montaje de resorte 40. El montaje de resorte 40 incluye una varilla alargada roscada 42 que es unida y pasa a través y por debajo de la tubería de extremo cerrado 32 y del canal de distribución 38. Un resorte 47 es situado entre la parte inferior del canal de distribución 38 y la placa circular movible 44 mantenida en posición por una tuerca 46 roscada sobre la varilla 42. La tuerca 46 puede ser movida hacia arriba o hacia abajo para ajustar la compresión del resorte 47. Una segunda placa circular 48 es situada sobre la varilla 42 y una segunda tuerca 50 es situada sobre la varilla roscada 42 por debajo de la placa 48. La segunda tuerca 50 es utilizada para ajustar la distancia entre la parte inferior de la tubería de extremo cerrado 32 y los lados del canal de distribución 38, es decir, las ranuras 43. La Figura 7 ilustra un arreglo alterno en donde el montaje de resorte 52 es colocado dentro de la tubería de extremo cerrado 32 y es utilizada para ajustar la posición del canal de distribución 38. La Figura 8 ilustra otro arreglo de montaje de resorte en donde un montaje de resorte 54 es colocado sobre la parte superior de la tubería de extremo cerrado 32 y es utilizado para ajustar la tensión y posición del resorte del canal de distribución 38. Mientras que todos los arreglos de montaje de resorte que se ilustran las Figuras 6, 7 y 8 pueden ser utilizados, el arreglo de resorte que se ilustra en la Figura 7 es generalmente preferido debido a que el montaje de resorte situado dentro de la tubería de extremo cerrado es enfriado por el flujo del gas inflamable frío que fluye a través de la tubería y se encuentra afuera de la zona de flama en todo momento. Como será entendido por aquellas personas expertas en la técnica, una variedad de arreglos de montaje de resorte puede ser utilizada distinta de los arreglos descritos con anterioridad. En muchas plantas de refinería y otras plantas industriales, se requiere que los sistemas de antorcha deban manejar intervalos grandes de composiciones y capacidades de gas, los cuales requieren múltiples sistemas y antorchas escalonadas. Los múltiples sistemas y antorchas requieren de tuberías y válvulas costosas que encienden y apagan las múltiples antorchas para garantizar un máximo desempeño con respecto al intervalo de operación de las antorchas. El aparato lineal de antorcha Coanda de la presente invención puede incluir múltiples tuberías o tuberías alargadas conectadas con una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho. Las múltiples tuberías o tuberías alargadas pueden tener una diversidad de orificios lineales en las mismas y múltiples canales de distribución de gas que tienen montajes de resorte ajustados para operar a distintas presiones. A medida que aumenta la presión del gas, los distintos canales de distribución de gas abren en secuencia. Esto garantiza que cada parte del aparato de antorcha funciona por encima de su presión crítica en todas las velocidades de flujo, con lo cual, se garantiza el funcionamiento óptimo en todo momento. Como se ilustró en las figuras, el aparato lineal de antorcha Coanda de esta invención utiliza una tubería común cilindrica como la tubería alargada de extremo cerrado que tiene orificios lineales alargados en la misma. El gas presurizado inflamable de desecho, que es descargado a través de las ranuras formadas por la tubería cilindrica y los lados del canal de distribución, fluye a través de las superficies exteriores curveadas de la tubería de extremo cerrado y sigue las superficies curveadas hasta que ha girado aproximadamente 90°, es decir, las superficies curveadas de la tubería de extremo cerrado provocan el "efecto Coanda" . La tubería cilindrica es económica si se compara con los cuerpos Coanda utilizados hasta ahora y la tubería puede ser empleada en cualquier longitud o posición deseada de antorcha. A continuación, con referencia a la Figura 11, en ciertas aplicaciones tales como cuando dos o más aparatos lineales de antorcha Coanda son situados en una proximidad muy cercana, las tuberías de extremo cerrado de forma aerodinámica 56 pueden ser utilizadas para proporcionar una mejor distribución de aire y un mejor funcionamiento de la antorcha.
Cuando sean requeridas, también pueden ser utilizadas otras formas de tuberías de extremo cerrado. Sin embargo, se prefiere el uso de tuberías cilindricas de extremo cerrado . La introducción de agua en la corriente de gas de desecho o en la flama producida por el aparato de antorcha de esta invención es requerida en algunas ocasiones para reducir el ruido y/o la radiación. Como se muestra en la Figura 12, el agua puede ser introducida en la tubería de extremo cerrado para reducir el ruido, y como se muestra en la Figura 13, el agua puede ser introducida en la flama por encima de la tubería de extremo cerrado para reducir la radiación. A continuación, con referencia a las Figuras 14-18, son ilustrados varios arreglos del aparato lineal de antorcha Coanda de esta invención conectados con las tuberías de abastecimiento de gas de desecho. Como se muestra, hasta seis o más tuberías de extremo cerrado 32 pueden ser conectadas con una tubería única de abastecimiento de gas inflamable de desecho . En aplicaciones de antorcha de piso, el aparato lineal de antorcha Coanda de esta invención es ideal porque puede ser tan grande como de 40 a 50 pies en una carrera continua de un diámetro relativamente pequeño con el combustible que es alimentado desde un extremo en lugar de la parte inferior. Sin considerar la aplicación particular en la cual es utilizado el aparato lineal de antorcha Coanda de esta invención, el aparato de antorcha producirá una liberación de calor muy grande a partir de una punta de antorcha relativamente pequeña. Un aparato preferido de antorcha lineal Coanda de esta invención para el quemado de gas presurizado inflamable de desecho comprende : una tubería alargada de extremo cerrado conectada con una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho, la tubería alargada de extremo cerrado tiene un orificio lineal alargado en la misma; y un canal alargado de distribución de gas inflamable situado adyacente al orificio lineal alargado en la tubería de extremo cerrado con los lados del canal de distribución situados adyacentes a las superficies exteriores curveadas de la tubería de extremo cerrado, con lo cual, se forman las ranuras que descargan el gas presurizado inflamable de desecho desde el interior de la tubería de extremo cerrado a través de las superficies exteriores curveadas de la tubería de extremo cerrado. Un método preferido de quemado de gas inflamable de desecho de esta invención comprende las etapas de: (a) conducir el gas inflamable de desecho a un aparato de antorcha Coanda que incluye una tubería de abastecimiento de gas inflamable de desecho conectada con una tubería alargada de extremo cerrado que tiene un orificio lineal alargado en la misma; (b) descargar el gas inflamable de desecho a través del orificio lineal alargado en un canal alargado de distribución de gas inflamable situado adyacente al orificio lineal alargado, los lados alargados del canal de distribución son situados adyacentes a las superficies exteriores curveadas de la tubería de extremo cerrado, con lo cual, se forman las ranuras alargadas de descarga; (c) descargar el gas inflamable de desecho a través de las ranuras alargadas de descarga sobre las superficies curveadas de la tubería de extremo cerrado; y (d) encender el gas inflamable de desecho. De esta manera, la presente invención es bien adaptada para realizar los objetivos y alcanzar las metas y ventajas mencionadas, así como también aquellas inherentes en la misma. Mientras que las modalidades actualmente preferidas de la invención han sido descritas con propósitos de esta descripción, numerosos cambios en el arreglo y construcción de las partes serán sugeridos por sí mismos a aquellas personas expertas en la técnica, estos cambios son incluidos dentro del espíritu de esta invención como se define a través de las reivindicaciones adjuntas. Se hace constar que con relación a esta fecha el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.