PT695911E - Um macarico de gas - Google Patents

Description

6 05· 3 U

| DESCRIÇÃO

I UM MAÇARICO DE GÃS O presente invento diz respeito a um maçarico de gás, de acordo com o definido no preâmbulo da Reivindicação 1 e conhecido através do documento NL-A-8801383.

Basicamente, os maçaricos de gás são constituídos por um bocal através do qual é injectado sob pressão um gás combustível como, por exemplo, metano, propano e outros semelhantes, num tubo de mistura (normalmente, um tubo do tipo venturi), em que um fluxo adequado de ar de combustão ou ar primário é atraído para dentro devido à sucção criada pelo fluxo de gás combustível. i

Depois de misturado com o gás, em proporções adequadas, o ar primário forma:uma mistura inflamável que é transportada para uma câmara de mistura e distribuição formada por um corpo em forma de caixa, o qual é fabricado em folha de metal e provido de orifícios designado por difusores. A mistura flui para fora dos difusores, cuja tamanho é adequado, a uma velocidade adequada que varia consoante a taxa de fluxo, sendo inflamada fora dos difusores quer por uma chama piloto quer por dispositivos de ignição adequados. A forma e dimensão dos difusores são especialmente importantes para obter uma combustão eficaz e uma estabilidade da chama em diferentes condições de 1 funcionamento, bem òomo para prevenir a ocorrência de retorno da chama. j

Com este objeçtivo, o requerente desenvolveu maçaricos com uma elevada potência especifica e emissões reduzidas de NOx e CO, que utilizam difusores com pares de grelhas 'v adjacentes separadás transversalmente por uma rede. Desta forma, a mistura j inflamável é obrigada a fluir para o exterior a uma velocidade relativamente elevada, a qual é múltipla da taxa de propagação da chama à potência máxima quando a proporção de ar para gás da mistura é aproximadamente estequiométrica ou superior (0,8 < lambda < 1,6).

Os difusores deste tipo, que são objecto do pedido de patente EP-A-0373157 apresentado pelo requerente, permitem a criação de chamas laminares ou chamas frontais particularmente estáveis, que se propagam sobre superfícies divergentes, que têm origem na proximidade da rede central e que se espalham de· várias formas consoante a velocidade do fluxo de salda, sendo inversamente proporcionais à velocidade deste.

Dado que a chama se desenvolve ao longo de duas superfícies que estão espaçadas separadamente do elemento ou placa em que os difusores são colocados, o material em que estes são fabricados é estirado termicamente até atingir uma tensão negligenciável, não sendo afectado pelo envelhecimento devido à fadiga e não estando sujeito ao desgaste ou alteração das suas caracteristicas estruturais. I ;

De(sta forma, à vida útil de um maçarico equipado com este tipo de difusores (para além da sua eficácia e potência especifica) é muito;superior à dos maçaricos convencionais em 2 que a chama gerada por um fluxo de mistura de ar e combustível, a uma velocidade ligeiramente superior à da taxa de propagação da chama, se desenvolve a grande proximidade dos difusores e provoca o sobreaquecimento local do maçarico. j v

Os difusores deste tipo podem funcionar a várias taxas de fluxo e, consequéntemente, sob condições moduladas.

No entanto, a taxas de fluxo reduzidas e, consequentemente, a:uma velocidade reduzida do fluxo de saída da mistura de combustível (quando se utiliza um gás cuja taxa de propagação da chama é superior à indicada), a chama tem tendência para se aproximar das paredes do difusor provocando um aquecimento localizado do par de grelhas e da rede interposta entre : estas (semelhante à dos maçaricos convencionais) .

Nestas condições, o aquecimento diferenciado dos maçaricos, com um pico de temperatura que pode atingir os 300 - 350° C, provoca expansões e tensões locais internas que fadigam o material e, em última análise, têm como resultado a falha do mesmo.

De acordo com: o presente invento, este inconveniente deixa de existir através do fabrico de um maçarico de gás como o que é definido e caracterizado, em geral, na revindicação 1.

As características e vantagens do invento serão melhor compreendidas através da descrição, apresentada em seguida, de uma concretização preferencial do invento e dos desenhos anexos, nos quais: i 3 A Figura 1 é\ uma vista em secção de uma estrutura exemplificativa de um maçarico de gás; A Figura 2 é uma vista superior do maçarico ilustrado ^ na Figura 1; A Figura 3 é uma vista lateral de um outro exemplo de maçarico de gás; A Figura 4 é uma vista aumentada de um difusor dos maçaricos ilustrados nas Figurasl, 2 e 3; A Figura 5 ilustra um difusor, de acordo com a secção i I-I da Figura 4, bem como a chama produzida pelo mesmo a diferentes taxas de fluxo; A Figura 6 ilustra esquematicamente, de acordo com a secção I-I da Figurá 4, as deformações induzidas no difusor i por expansões térmidas diferenciais; A Figura 7 ilustra esquematicamente, de acordo com a secção II-II da Figura 4, as deformações induzidas na rede do difusor por expansões térmicas diferenciais; A Figura 8 é uma vista superior de uma concretização preferencial da grelha do difusor concretizado pelo presente invento; A Figura 9 ilustra duas variações do difusor ilustrado na Figura 8; A Figura 10 ilustra uma terceira variação do difusor ilustrado na Figura 8; 4 A Figura 11 ilustra uma quarta variação do difusor, de acordo com o invento.

De acordo comi as Figuras 1 e 2, um maçarico de gás inclui basicamente |um bocal 1, que injecta um fluxo de gás combustível (metanoj, butano e outros semelhantes) num tubo venturi formado pori um cone de tronco convergente 2, por um segmento cilíndrico! 3 de secção transversal mais pequena e por um cone de tronco divergente 4, todos encerrados num corpo do tipo maçarico em forma de caixa 5, por exemplo, mas não necessariamente; de forma cilíndrica. O tronco convergente 2 está em comunicação com a atmosfera e o tronco divergente 4 abre-se para o interior do corpo em forma de caixa através de uma saída 6.

Por seu lado, o corpo em forma de caixa (Figura 2) comunica com o exterior através de aberturas ou difusores 7, 8 a 20. A sucção desenvolvida pelo fluxo de gás combustível na garganta do venturiileva a que o ar de combustão seja atraído para dentro através do tronco convergente.

Ao adequar as medidas e a posição do tubo venturi relativamente ao bocal é possível desenvolver uma entrada de ar correctamente proporcionada em relação ao gás. A turbulência induzida no interior do tronco divergente 4 e da saída 6 resulta na mistura do gás com o ar que entrou e na formação de uma mistura combustível que flui para o exterior através dos difusores 7 a 20, a uma velocidade de fluxo variável consoante a taxa de fluxo de entrada l ! 5 cumulativa e, em geral, superior à taxa de propagação da chama. 0 funcionamento do maçarico ilustrado na Figura 3, conhecido como sendo do tipo "pipeta" ou "pequena rampa", é bastante semelhante;. Neste, o tubo venturi, em lugar de se prolongar para o ;interior de uma câmara de mistura e distribuição de forma cilíndrica que o rodeia, prolonga-se para o interior de uma câmara localizada na sua parte superior (ou lateral) e que está ligada a ele através de um cotovelo.

Ao acender a mistura na parte exterior do maçarico, utilizando os meios adequados, cada um dos difusores se transforma na fonte; de uma chama cuja forma coincide com a forma do difusor. A figura 4 cdrresponde a uma vista aumentada de uma concretização preferencial de um dos difusores 7 a 20.

Cada difusor i tem inúmeras aberturas alongadas ou ranhuras rectilíneas 21 a 34, localizadas no corpo em forma de caixa e dispostas paralelamente em duas filas, de maneira a formar um par de igrelhas 35, 36 que são separadas por uma porção alongada 37 da parede do corpo em forma de caixa que, devido à função que idesempenha, pode ser designada por rede.

As ranhuras 21:, 34 têm uma largura adequada, da mesma ordem de magnitude ; que a espessura da parede do corpo em forma de caixa, por exemplo, de 0,5 a 0,7 mm, e são separadas umas das outras por um eleemnto de grelha da mesma ordem de magnitude. 6 0 comprimento; das ranhuras é de maior ordem de magnitude, por exemplo, de 7 mm. A rede que slepara as duas grelhas tem uma largura adequada da ordem de 1,5 a 4 ve-zes a largura das ranhuras.

Tal como ilustrado na Figura 5, este tipo de difusores é único devido à forma como desenvolve uma chama que se estende sobre duas frentes divergentes cuja disposição corresponde à formajdas asas de uma borboleta. A mistura combústivel flui para o exterior através das aberturas ranhuradas do difusor, seguindo a direcção das setas 138, 139 apresentadas na Figura 5.

Quando a mistura é acesa, a área 38 que se sobrepõe à rede 37 fica saturada com gases queimados que são continuamente alimentados pela combustão, enquanto na periferia do difusor é atraido para dentro ar frio que alimenta a mistura e a torna mais pobre, reduzindo deste modo a taxa de propagação da chama. i

Desta forma, desenvolvem-se duas chamas frontais 39, 40 opostas, que são ; extremamente estáveis e cuja posição espacial depende dal velocidade do fluxo de saída da mistura combustível e, consequentemente, da sua taxa de fluxo.

Deverá ter-se em conta qur o mesmo tipo de chama também é gerado por maçaricos em que as duas grelhas são separadas por uma rede que ; se prolonga na mesma diecção que os elementos de grelha!, tal como descrito no pedido de patente acima referido. 7

Se a taxa de fluxo diminuir (ou se a taxa de propagação da chama aumentar) ,! as chamas frontais, a uma velocidade de fluxo máxima e bem :afastadas do maçarico, têm tendência para se deslocar para baixo e para se aproximar do maçarico, assumindo posições indicadas pelas referências 41, 42 e, na extremidade, 43, 44.

Assim, pode constatar-se que, devido à radiação e à condução térmica da! chama, o tipo de chama que se desenvolve tem tendência para aquecer mais o diafragma 37 que as paredes do maçarico que rodeiam o difusor.

De facto, no ^interior do maçarico estas paredes são varridas por um fluxo de mistura de baixa temperatura que as arrefece, representado pelas setas 45, 46, e no exterior por um fluxo de ar fresco, representado pelas setas 47, 48, induzido pelo fluxo:de saida da mistura combustível. j

Pelo contrárid, no interior do corpo do maçarico em í forma de caixa, próximo da rede 37, existe uma zona de estagnação 49 da mistura combustível que isola termicamente a rede.

No exterior do corpo em forma de caixa, próximo da rede 37, ocorre a mesma situação de estagnação.

Como resultado disto, aquando do funcionamento do maçarico, a rede 37 atinge uma temperatura mais elevada que as paredes do maçarico que rodeiam o difusor e as grelhas interpostas entre as ranhuras encontram-se a uma temperatura intermédia. 8 A grandes taxas de fluxo a diferença de temperatura é baixa, mas tem tendência para aumentar para valores da ordem dos 300° C à medidá que a taxa de fluxo do gás diminui (ou à medida que a taxa de propagação da chama aumenta). V. : O resultado liquido consiste numa expansão diferencial da rede 37 e das grelhas, que é tanto maior quanto menor é a taxa de fluxo (ou j quanto maior é a taxa de propagação da chama).

As figuras \6 e 7 ilustram qualitativamente as deformações provocadas pela expansão diferencial nos elementos de grelha (Figura 6) e na rede 37 (Figura 7).

Dado que, normalmente, a superfície do corpo em forma de caixa é convexa para o exterior e as ranhuras estão dispostas de forma a seguir a direcção da curvatura do corpo, o alongamento dos elementos de grelha relativamente ao corpo pode conseguir-se facilmente através de uma maior curvatura da linha tracejada 50, com tensões elásticas internas de magnitude minima. No entanto deve ter-se em atenção o facto de os elementos de: grelha, ao estar fixos à rede por uma extremidade, responderem às deformações da rede.

Bastante diferente é a situação em que se irá encontrar a rede 37, que está sujeita a uma expansão muito maior. A rede 37, cujas extremidades estão fixas ao corpo do maçarico e os pontos; intermédios estão fixos ao elementos dos pares de grelhas, sofre uma deformação muito maior, com tensões e flexões ! internas consideráveis, bem como um desenvolvimento de j múltiplas ondas, até certo ponto imprevisível, tal como indicado pela linha tracejada 51. 9

Devido à íjnodulação da taxa de fluxo e aos cliclos repetidos de funcionamento/paragem, o maçarico sofre fadiga devido à tensãcí, sobretudo nas extremidades, tornando-se susceptivel de fâlhar a longo prazo. i i

As deformações da rede também envolvem os elementos de grelha, em que uma das extremidades está fixada à rede e, consequentemente, ; provocam também a falha destas peças a longo prazo. 1 1

Este inconveniente deixa de existir e a vida útil do maçarico é mais prolongada através da provisão, tal como ilustrado na Figura 8, de difusores em que o par de grelhas é ladeado por um par adicional de aberturas ou ranhuras 52, 53, cuja largura deverá ser, preferivelmente mas não necessariamente, igual à das aberturas do difusor, e o comprimento substancialmente idêntico à largura do difusor na direcção perpendicular à direcção de disposição da rede e na extremidade da mesma.

Desta forma, as; expansões da rede 37 na direcção do seu comprimento, indicadas pelas setas 54, 55, podem ocorrer sem flexão e respectiva fadiga devido à tensão.

Ao não ter a rede fixa às paredes do difusor, a vantagem adicional consiste na possibilidade de soltar uma extremidade dos elementos de grelha das paredes do difusor, impostas com a parte intermédia da rede. A estrutura resultante dispõem de faixas paralelas com o dobro do comprimento dos elementos de grelha (juntamente com a largura da rede). 10

Isto permite : que os elementos de grelha acomodem alongamentos relativamente às paredes do difusor, com momentos de flexão' induzida de magnitude muito inferior e minimização dos efeitos de fadiga consequentes.

Emboram sejam preferíveis duas ranhuras adicionais 52, 53, também para minimizar as tensões de fadiga dos elementos de grelha, caso seja necessário, aparentemente em relação ao comprimento da rede (e elementos de grelha) é suficiente uma única ranhura adicional localizada num dos lados ou no centro do par de grelha do difusor.

As ranhuras i adicionais contribuem para o desenvolvimento, nas extremidades, de chamas frontais que se abrem em forma de leque de maneira a formar, juntamente com as chamas frontais geradas pelas outras ranhuras, uma chama estável que se abre em forma de copo de vinho e encerra um volume de gás queimado relativamente estático que assegura a estabilidade da chama.

Outro melhoramento consiste na provisão vantajosa de uma ou mais aberturas circulares ou alongadas 56, 57, 58, 59, opostas à rede 37,: e colocadas relativament às ranhuras

adicionais 52, 53. I

Estas aberturás funcionam de forma a desenvolver pequenas chamas que melhoram a estabilidade das chamas frontais geradas pelas ranhuras do difusor.

No caso de o corpo tubular do maçarico ser perfilado por um conjunto de iroletes, durante o processo de produção ocorrem tensões com um componente transversal à direcção de 11 desenvolvimento da ranhura que podem deformar os elementos do difusor.

De acordo comi outro aspecto do presente invento, para evitar este problema as ranhuras adicionais de maior comprimento são providas de elevações que sobressaem para o seu interior e que; reduzem localmente a largura da ranhura para o mínimo necessário de forma a permitir que a rede se expanda.

De facto, é aparente que, sendo as ranhuras normalmente formadas por perfuração, a sua largura não possa ser inferior a um determinado valor de limite relacionado com a espessura do material a ser perfurado. Tal como referido anteriormente, esta largura é, a título ilustrativo, de 0,5 a 0,7 mm, enquanto o alongamento relativo da rede a uma temeperatura de funcionamento máximo pode ser muito inferior.

Tal como ilustrado na Figura 9, estas elevações são preferivelmente obtidas através de dois tipos de processamento diferentes. A elevação 601 na ranhura 61 é obtida, por exemplo, fazendo uma abertura 63 na forma de uma ranhura ou de uma abertuar circular :na parede 62 do maçarico, a grande proximidade da ranhura 61 e da rede 37. A abertura 63 é obtida através de uma perfuração posterior à da que proprociona a ranhura 61, de forma a que a plasticidade do material desenvolva o vulto ou elevação 60 no interior da ranhura 61. 12

Desta forma, i se durante uma operação posterior de perfilagem, a rede estiver tensa na direcção da seta 64, apoia-se na elevação 60 e impede a ocorrência de deformações adicionais no limite de deformação do plástico. É aparente que no caso do limite de deformação do plástico, a folga de expansão que se perde numa das extremidades da rede 37 é recuperada na outra extremidade.

Em alternativa, é possível obter uma elevação 65 através da punção sem perfuração, que comprime o material e o acomoda plasticamente a uma ranhura 66 já formada.

Esta deformação plástica pode ser obtida quer na parede do maçarico que rodeia o difusor quer na rede 37, quer em ambos. A descrição fectuada acima apenas abrange uma concretização preferencial e algumas variantes da mesma, mas é aparente que podem ser introduzidas inúmeras variantes.

Por exemplo, ;tal como ilustrado na Figura 10, um maçarico 67 pode ser provido de um difusor contínuo de grelha dupla que se estenda por todo o comprimento do maçarico, em vez de ser provido de uma pluralidade de difusores.

Neste caso, a tede intermédia entre as grelhas pode ser dividida numa pluralidade de secções através de uma pluralidade de ranhuras alongadas dispostas ao longo da rede a uma distância previamente determinada umas das outras.

Como outro exemplo, ilustrado na Figura 11, o invento pode ser aplicado a difusores em que as ranhuras da rede t 13 estejam dispostas ; paralelamente à direcção de extensão da rede. !

Neste caso, as ranhuras adicionais, preferivelmente em número de duas, estão dispostas perpendicularmente à direcção de extensão da rede e das ranhuras da grelha.

Lisboa, 2¾ JUL. 2000

Agente Oficial da Propriedade Industrial Rua Almeida e Sousa, 43 - !350 USBOA 14

Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES 1. - Um maçarico de gás (5) caracterizado pelo facto de ser do tipo em que se provoca o fluxo de uma mistura inflamável para o exterior de, pelo menos, um difusor (7, 8, 20) formado por uma pluralidade de aberturas paralelas (21, 22, 33, 34) dispostas na parede de um corpo de maçarico em folha metálica (5) e distribuídas num par de grelhas separadas por uma porção de parede alongada (37). Esta prolonga-se entre as duas grelhas, em que a referida parede de folha metálica inclui, pelo menos, uma primeira abertura alongada (52, 61): que se prolonga perpendicularmente à referida porção de parede alongada (37) na proximidade das grelhas e está adaptada de forma a suportar variações de dimensão relativas ;da referida porção de parede alongada (37) provocadas pelo aquecimento diferencial da referida porção de parede alongada (37) e das referidas paredes do maçarico (5) que rodeiam o referido difusor (7, 8 a 20). O maçarico (5) é caracterizado pelo facto de a referida porção de parede alongada (37) ter ^uma largura da ordem de 1,5 a 4 vezes a largura das referidas aberturas de grelha (21, 22, 33, 34) e de a referida primeira abertura alongada (52, 61) se prolongar apenas através do comprimento do corte transversal do referido par de grelha e perpendicularmente à referida porção de parede alongada (37).
2. 2. - O maçarico (5) de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo: facto de a referida porção de parede alongada (37) se prolongar perpendicularmente às referidas aberturas de grelha e a referida primeira abertura alongada (52, 61) se prolongar paralelamente às referidas aberturas numa das extremidades da referida porção de parede alongada (37). 1 3. - 0 maçarico (5) de acordo com a Reivindicação 1, caracterizado pelo facto de a referida porção de parede alongada (37) se prolongar paralelamente às referidas aberturas de grelha e a referida primeira abertura alongada (52, 61) se prolongar perpendicularmente à referida porção de parede alongada (37) e às referidas aberturas de grelha.
3. 4. - O maçarico de acordo com as Reivindicações 1, 2 e 3, caracterizado pelo facto de incluir uma segunda abertura alongada (53, 66); que se prolonga perpendicularmente à referida porção de:parede alongada (37) na outra extremidade da mesma. 5. - 0 maçarico de acordo com a Reivindicação 4, caracterizado pelo facto de incluir pelo menos uma terceira abertura alongada ; paralela e intermédia relativamente às referidas primeira e segunda aberturas alongadas, sendo que a referida terceira abertura alongada divide a referida porção de parede alongada em, pelo menos, duas secções de parede alongadas.
4. 6. - O maçarico de acordo com a Reivindicação 5, caracterizado pelo facto de as referidas primeira (52, 61), segunda (53, 66) e, pelo menos, terceira aberturas terem a mesma largura que as referidas aberturas e serem equidistantes destas. 7. - 0 maçarico de acordo com qualquer das Reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de incluir uma elevação (60, 65) que sobressai para o interior da referida, pelo menos, uma abertura alongada do referido difusor. 2 * 4 8. - 0 maçarico de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado pelo; facto de incluir uma abertura (63) formada por perfuração da jparede em volta do difusor na proximidade da referida, peloi menos, uma abertura alongada (61), sendo que a referida pèrfuração provoca a formação da referida elevação (60). | 9. - 0 maçarico de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado pelo:facto de incluir uma elevação formada por perfuração na proximidade da referida, pelo menos, uma abertura alongada, sendo que a referida perfuração provoca a formação da referida elevação (65).
5. 10. - O maçarico de acordo com qualquer das Reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de incluir, pelo menos> uma abertura (56, 57, 58, 63) formada na parede que rodeia 1 o referido difusor, do lado oposto à referida porção de parede alongada, disposta relativamente à referida primeira j abertura alongada para aumentar a estabilidade da chama através da saida do fluxo de mistura inflamável pela referida abertura. Lisboa, 2 h JUL. 2000

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