TITULO
CABEZAL ATOMIZADOR DE ALTA EFICIENCIA PARA LÍQUIDOS
VISCOSOS Y SU USO
SECTOR DE LA TÉCNICA
Sectores eléctrico, energético, agricultura, construcción y farmacéutico entre otros. Cabezal atomizador que utiliza un fluido auxiliar para atomizar líquidos de alta viscosidad, como por ejemplo los petróleos pesados de baja calidad, suspensiones de sólidos en líquidos, emulsiones, herbicidas, pinturas, alquitranes, productos asfálticos, etc..
ESTADO DE LA TÉCNICA
La atomización de líquidos tiene una gran importancia por estar presente en múltiples procesos industriales y aplicaciones prácticas. Entre las más conocidas están la combustión de combustibles líquidos (tanto en calderas y hornos como en motores de combustión interna), pintura, secado, extinción de fuegos, corte y recubrimiento de materiales, dispersión de agentes químicos, etc. En otras ramas de marcado interés social como la agricultura (riego, aplicación de herbicidas e insecticidas), la construcción (aspersión de alquitranes para el asfaltado de pavimentos) y la medicina (aerosoles para la prevención y tratamiento de enfermedades respiratorias) también es frecuente el uso de líquidos atomizados.
El incremento del uso de los petróleos líquidos como combustible ha provocado un sensible y continuado deterioro de su calidad, de acuerdo con sus propiedades físico- químicas. Hoy en día, es cada vez más común el uso de petróleos pesados (muy viscosos) y con alto contenido de azufre, vanadio y asfáltenos en las calderas de las centrales térmicas para producir el vapor utilizado en la generación de electricidad. La combustión limpia y eficiente de los petróleos pesados presenta dificultades adicionales respecto a los combustibles más ligeros. En primer lugar, lograr una calidad de atomización adecuada, definida por el diámetro medio de las gotas y la distribución de tamaños de éstas, resulta difícil debido a su alta viscosidad; mientras que la elevada concentración de compuestos pesados en su composición química hace que el tiempo característico del proceso de evaporación de los mismos sea muy grande. Ambas características contribuyen a una emisión apreciable de fracciones de combustible no
quemado y partículas que se convierten en hollines ácidos. Es por ello que hoy en día resulta una tarea vital el aumentar la eficiencia del proceso de atomización, reduciendo el tamaño de las gotas producidas. De esta forma se garantiza un mejor encendido y control de las calderas, así como una disminución de la formación y emisión de NOx, hollín y otros agentes contaminantes.
Para lograr mejoras en el proceso de atomización de líquidos, es muy común el diseño de boquillas formadas por un solo cuerpo o por diferentes partes desarmables, identificadas como cabezales atomizadores en la presente invención. En muchos casos, las boquillas utilizadas en las centrales termoeléctricas se han diseñado para atomizar un combustible líquido más ligero que los que actualmente se emplean. Es por ello que, en el caso de los atomizadores por fluido auxiliar, sus conductos son típicamente de sección cilindrica y sin cámaras de rotación. De igual forma, en otras aplicaciones se emplean atomizadores con vías tangenciales y cámara de rotación cuyo principio de funcionamiento es utilizar la propia energía en forma de presión del fluido a atomizar para generar las gotas, sin necesidad de otro fluido auxiliar. En cualquiera de los casos anteriores cuando estos dispositivos se utilizan para atomizar líquidos muy viscosos como petróleos pesados o mezclas de petróleos de baja calidad, emulsiones, suspensiones, pinturas, alquitranes, etc., resulta imposible lograr el tamaño medio de gota requerido, ni la distribución espacial más adecuada de las mismas en el aerosol. Por otra parte, la menor calidad (alta viscosidad, elevados contenidos de alfaltenos y carbón conrradson) de los combustibles, la presencia de sólidos en suspensión, etc., provoca un aumento de la abrasividad y corrosividad del líquido a atomizar. Esto tiende a disminur bruscamente la vida útil de las boquillas debido a la obstrucción de los conductos y las dificultades para realizar su limpieza que, a su vez, se requiere con más frecuencia.
El estudio de la generación de aerosoles a partir de un volumen de líquido es un tema al que se han dedicado innumerables esfuerzos de científicos e ingenieros desde hace más de un siglo (Rayleigh, 1878). Desde la década de los años 30 del siglo anterior, existen en la literatura científica reportes de estudios tanto teóricos de estabilidad lineal (Weber, 1932; Squire, 1953) como experimentales (Haenlein, 1932; Dombrowski y col., 1960), sobre la atomización de líquidos. Un resumen de los diferentes tipos de boquillas de atomización y sus aplicaciones puede consultarse en el
libro Atomization and Spray de A. Lefevbre (1989), así como en las referencias citadas en éste.
Existen varias patentes de invención de atomizadores que emplean un fluido auxiliar registradas que tratan sobre el incremento de la eficiencia de la atomización de líquidos. Dependiendo de la aplicación específica de que se trate, las mismas describen el uso de atomizadores asistidos por aire, por ejemplo en los acondicionadores de aire y torres de enfriamiento como en la EP1160015A (2001) o de atomizadores con aspiración del líquido tipo sifón como la US3770209 (1973). De igual forma, se han registrado también patentes de atomizadores con fluido auxiliar para otros muy diferentes usos. Por ejemplo, la invención registrada con el número GB2298808 (1996) permite reducir la cantidad de fluido auxiliar para la atomización de productos químicos en la agricultura, mientras que la US6088934 (2000) muestra un dispositivo diseñado para mejorar el control y la distribución de las gotas del líquido en el lecho fluidificado empleado en la polimerización de olefinas. El primer diseño de un atomizador de fuel oil utilizando vapor como fluido auxiliar se reporta en la patente número US1428896 (1922). En el año 1965 aparece el primer diseño de una boquilla tipo "Y" como las que se comercializan en la actualidad, descrita en la patente US3185202 (1965). Sin embargo, el aumento de la eficiencia de los atomizadores tipo "Y" que utilizan un fluido auxiliar continúa siendo un problema de mucha actualidad. La afirmación anterior cobra más relevancia cuando se pretende atomizar fluidos muy viscosos como los mencionados anteriormente y que se puede constatar por ejemplo, en el registro de patentes mucho más recientes como las US4249885 (1981) y la US2001030247 (2001). En ambos inventos se continúa manteniendo la forma de la boquilla original y se trabaja sobre todo en la reducción de la viscosidad por el calentamiento del líquido, pero no mejoran la interacción entre los dos fluidos.
A pesar de todo el esfuerzo dedicado a este problema y las múltiples mejoras introducidas en el campo de la atomización de líquidos muy viscosos, aún quedan muchos problemas por resolver. Desde el punto de vista económico, se buscan continuamente nuevos diseños para aumentar la eficiencia operacional de las boquillas atomizadoras que emplean un fluido auxiliar. Como quedará demostrado en la prueba de aplicación de la presente invención descrita en el Ejemplo 1, tanto el objetivo de aumentar la efectividad de la atomización de fuel oil pesados y otros fluidos muy
viscosos, así como la reducción del período de limpieza y facilidad del mantenimiento y explotación de estos atomizadores se cumplen cabalmente.
Merece la pena destacar que ninguna de las patentes consultadas basan el diseño de la boquilla en el encaje de dos piezas que conforman unos canales de entrada y una cámara de giro. Estas características se reclaman específicamente en la presente patente de invención.
BIBLIOGRAFÍA
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Haenlein, A. (1932), Disintegration of Liquids Jets, NACA TN 659 Haruch, J. (2001), Air assisted spray nozzle assembly. Patent number EP 1160015 A Hayne, P. and J. McDonald. (1922), Steam-atomizing fuel-oil burner. Patent number US 1428896 Lefevbre, A. (1989), Atomization and Spray, Ed. Hemisphere Publishing Corp., USA Mitchel, G.T. & Cunningham, Jr. R. (1965), Burner for a boiler. Patent number
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2, pp. 136-159 Wilcox, R. (1973), Aspirating spray head. Patent number US3770209
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN Breve descripción de la invención
El cabezal atomizador objeto de esta invención proporciona una elevada eficiencia de atomización de petróleos pesados y otros líquidos muy viscosos, reduciendo a su vez los costes de construcción, operación y mantenimiento. De acuerdo a los criterios de diseño y construcción, el mismo está formado por una boquilla de atomización, un dosificador del líquido viscoso y un casquillo de ensamblaje del conjunto. La boquilla de atomización está formada por dos elementos, una cubierta exterior y una pieza cónica interior que se ajustan entre sí formando una cámara de rotación intermedia. La pieza cónica interior presenta varios canales o ranuras rectangulares (o cilindricas) de sección transversal variable con doble ángulo de inclinación, lo cuál provoca un aumento de la velocidad lineal y angular del líquido a atomizar. En la base de estas ranuras pueden incidir conductos cilindricos por los que se desplace una parte del fluido auxiliar, permitiendo que se produzca una premezcla turbulenta entre ambos fluidos en la parte final de los canales por donde se mueve el líquido a atomizar. El líquido a atomizar y el fluido auxiliar ya premezclados en los canales rectangulares llegan a la cámara de rotación donde se unen con el resto del fluido auxiliar que circula por el agujero central de la pieza cónica interior, provocando la mezcla final entre ambos fluidos. Producto del novedoso diseño y construcción de la cámara y del doble ángulo de los canales que descargan la premezcla de fluidos en la misma, se crea una circulación del flujo en forma de remolino circunferencial, aumentando también su energía cinética de rotación. Finalmente la mezcla turbulenta de ambos fluidos se descarga por, al menos, un orificio de salida, generando la nube de gotas del aerosol.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se basa en que los inventores han observado que se puede incrementar la eficiencia del proceso de atomización de fluidos, incluso para aquellos líquidos muy viscosos, mediante un cabezal atomizador especialmente diseñado y presentado en esta patente.
Tal como se utiliza en la presente invención el término "fluido viscoso" se refiere, entre otros, a combustibles líquidos pesados (crudos, petróleos de baja calidad, mezclas, etc.), pinturas, alquitranes, asfalto, emulsiones, suspensiones sólido-líquido y
diversos tipos de herbicidas e insecticidas. Además, el término "elevada eficiencia" tal como se utiliza en la presente invención se refiere, por un lado, a que el cabezal atomizador objeto de la patente genera una nube de gotas (aerosol) con el diámetro y la distribución espacial adecuados según la aplicación de que se trate para las presiones normales de explotación. Por otro lado, también se refiere a los bajos costes de mantenimiento y construcción que el mismo precisa.
Un objeto de la presente invención lo constituye el cabezal atomizador de alta eficiencia para la atomización de fluidos, preferentemente líquidos viscosos, caracterizado porque está constituido por una boquilla de atomización, un dosificador del líquido viscoso a atomizar y el casquillo de ensamblaje o cuerpo, en adelante casquillo, de todo el conjunto.
La boquilla de atomización está constituida por el ajuste solidario de dos elementos consistentes en una pieza cónica exterior (ver Figura 1) y una pieza cónica interior (ver Figura 2) que mejoran la atomización de dicho fluido viscoso, porque: - ambos elementos se encuentran ajustados mediante el alojamiento cónico de ajuste de la pieza exterior (2) y la superficie también cónica exterior de la pieza interior (4) conformando la cámara de rotación (3),
- la cubierta exterior presenta, al menos, un orificio pasante cilindrico de salida (1) para la atomización de la mezcla final del líquido a atomizar y el fluido auxiliar proveniente de la cámara de rotación al exterior,
- esta pieza interior posee un orificio central (5) de sección variable, con un diámetro de entrada mayor que el de salida, por el que fluye el resto (o la totalidad) del fluido atomizador para interaccionar con una mezcla líquido- fluido auxiliar que llega a la cámara de rotación (3) a través de las ranuras rectangulares, y
- la pieza interior presenta además una serie de ranuras o canales rectangulares (o cilindricos) de sección transversal trapezoidal o recta (6) realizados en la superficie cónica exterior (4), por donde se conduce el fluido a atomizar y que poseen dos ángulos de inclinación diferentes en el espacio y en cada una de las cuales puede desembocar un conducto cilindrico (7), por el que se desplaza una fracción del fluido atomizador, confluyendo estos canales angulares y conductos cilindricos en una configuración en "Y".
La novedosa configuración geométrica del conjunto de la boquilla consigue transformar de manera muy eficiente la energía de presión del fluido a atomizar y del fluido auxiliar en una mayor energía cinética de rotación del líquido a atomizar.
Durante el diseño y montaje, el cabezal atomizador de la presente invención se acopla a un dosificador (ver Figura 3) empleado para distribuir el líquido viscoso a atomizar. Este dosificador consiste en una pieza cilindrica con varias acanaladuras (10) con sección transversal fija o variable. Dichos canales pueden estar alineados axialmente con el eje del dosificador, formar un ángulo con él o ser conductos helicoidales. El número y diámetro de estos canales o conductos depende del gasto volumétrico de la aplicación específica en que se emplee el cabezal y cada una de ella termina en sendos conductos (11) de diámetro igual al de la mayor dimensión de los canales. Cuando los canales son helicoidales los orificios de salida del dosificador tendrán una inclinación respecto del eje horizontal, determinada por el ángulo del canal en la zona de salida. Además, la misma pieza presenta un canal central (9) por donde es conducido el fluido auxiliar, el cuál, dependiendo también de la aplicación en que se utilice la invención, podrá ser cualquier gas o vapor, o más concretamente aire comprimido, vapor saturado o sobrecalentado, oxígeno, cualquiera de los gases nobles, gas natural, etc. (ver Lefevbre, 1989). La configuración coaxial de ambos conductos permite que, en caso de emplear vapor como fluido auxiliar, parte del calor de éste sea transferido por conducción al líquido a atomizar aumentando su temperatura y disminuyendo su viscosidad. En el caso de que las ranuras sean helicoidales, el aumento del área de transferencia de calor también ayudará a disminuir la viscosidad del fluido. Cuando el fluido a atomizar no sea excesivamente viscoso, el fluido auxiliar podrá sustituirse por aire comprimido, oxígeno, cualquier gas noble o gas natural como se mencionó anteriormente. El dosificador está conectado en su parte posterior (8) a la tubería conductora del fluido auxiliar.
Así, una vez que el líquido, preferentemente viscoso, a atomizar es conducido a través de las ranuras del dosificador al cabezal atomizador, llega a la cámara de acondicionamiento (12) y se ve obligado a circular por los canales angulares (6) de la pieza interior que conforma la boquilla de atomización. El fluido auxiliar se mueve a través del orificio central del dosificador hasta el orificio central de la pieza interior (5). Una parte del fluido auxiliar se deriva por los conductos cilindricos (7) mezclándose con el líquido viscoso a atomizar en la parte final de los canales (5) en una
configuración en "Y". La premezcla de ambos fluidos ocurre a una distancia determinada antes de la salida de los canales a la cámara de rotación (3). Esta premezcla cumple la doble función de aumentar la temperatura del líquido, disminuyendo su viscosidad; así como la de incrementar también su energía cinética por efecto de cizalladura. La disposición constructiva especial de los canales (6) en el conjunto, es decir, su doble ángulo espacial y su sección variable, permite incorporar un nuevo ángulo de giro que provoca un aumento de las velocidades lineal y angular del fluido a atomizar, además de la premezcla de ambos fluidos en la zona de salida de estos canales. Con este diseño, es posible incrementar la rotación, mezclado y turbulencia de ambos fluidos en la cámara de rotación. El montaje solidario de las dos piezas que conforman la boquilla atomizadora de la presente invención crea una cámara de rotación (3) donde interaccionan la premezcla que sale de los canales angulares (6) con el resto del fluido auxiliar que sale por el orificio central de sección variable (5), provocando la mezcla final entre ambos fluidos. La fuerte componente angular de la velocidad del líquido premezclado unido a la intensa cizalladura a que se ve sometido por parte del resto del fluido auxiliar, provoca que la mezcla final de ambos flujos salga por los orificios pasantes cilindricos (1) formando una lámina cónica en su interior. La suma de todos los efectos descritos provoca un aumento de la eficiencia del proceso de atomización, generando aerosoles con un tamaño de gotas muy pequeño, así como una mejor distribución espacial de las mismas.
El casquillo (ver Figura 4), tiene la función de encapsular el conjunto de la boquilla y el dosificador. En su parte delantera termina en una pared con un agujero biselado (14), con un diámetro adecuado, que sirve de alojamiento a la boquilla. Además, en la parte posterior está la rosca (13) o cualquier otra forma de unión del cabezal atomizador a la tubería conductora del líquido viscoso a atomizar.
Como es bien conocido por los ingenieros e investigadores que trabajan en el campo de la atomización, dependiendo de la aplicación particular las características del atomizador pueden variar. Así, un objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invención en el cual los dos ángulos de inclinación diferentes en el espacio de los canales angulares (6) pueden variar entre 10° y 80°, respecto de los ejes horizontal y vertical. Además, la sección transversal de dichos canales angulares (6) puede variar entre 1 y 25 mm2, y el ángulo que conforman los canales angulares (6) y los conductos cilindricos (7) puede variar entre 5° y 85°.
De igual forma, un objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invención en el cual la sección transversal de los conductos cilindricos (7) podrá aumentarse o disminuirse según las necesidades, pudiendo variar entre 1 y 10 mm2, y, en un caso extremo, el cabezal atomizador de la presente invención puede estar caracterizado por la ausencia de los conductos cilindricos (7) por lo que todo el fluido auxiliar llega a la cámara de rotación a través del orificio central (5) de sección variable.
Por otro lado, un objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invención en el cual la cubierta exterior posee más de un orificio pasante de salida (1) distribuidos de forma concéntrica. El diámetro de estos orificios de salida puede variar entre 1 y 10 mm y se distribuyen con un ángulo de inclinación respecto del eje horizontal del cabezal atomizador que puede variar entre 0° y 80°, todo lo cual permite la atomización del líquido en tantos aerosoles cónicos como agujeros de salida existan. Otro objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invención en el cual la cámara de rotación (3) presenta un doble ángulo de su cara frontal interior, respecto de la vertical, que puede estar en el rango entre 5° y 50°.
Otro objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invención en el cual el conducto central de la pieza cónica interior (5) presenta un diámetro de sección variable, comprendido para el caso de la sección de entrada en el rango entre 5 y 30 mm y para el caso de la sección de salida entre 1 y 10 mm.
Otro objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invención al que se acopla un dosificador, el cuál presenta un conducto central por donde circula el fluido auxiliar y varios canales en la parte exterior para el movimiento del líquido a atomizar. El diámetro del conducto central puede variar entre 5 y 2 mm, mientras que el área de la sección transversal de los canales puede variar entre 4 y 100 mm2. En el caso de que los canales conductores del líquido viscoso estén conformados en ranuras helicoidales, el ángulo de las mismas variará entre 5° y 85° respecto del eje horizontal de la pieza. Otro objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invención que comprende un casquillo formado por una pieza cilindrica hueca para ensamblar el conjunto boquilla-dosificador. El diámetro del agujero biselado para el ajuste de la boquilla por delante varía entre 15 y 50 mm. El espesor de la pared, para
el ajuste trasero a la tubería conductora del líquido a atomizar, varía entre 2 y 10 mm y se realiza mediante rosca o cualquier otra forma de unión.
Otro objeto particular de la invención lo constituye cualquier cabezal atomizador, de los descritos anteriormente, que pueda funcionar en unas condiciones de presión manométrica donde la presión del fluido a atomizar a la entrada del mismo esté comprendida entre 0.5 y 20 MPa, y la del fluido auxiliar entre 0.1 y 30 MPa.
Otro objeto particular de la patente es que el fluido auxiliar puede ser, entre otros, aire comprimido, vapor saturado o sobrecalentado, oxígeno, gas natural o algún otro gas noble. Otro objeto particular de esta patente lo constituye la utilización del cabezal atomizador de la presente invención, preferentemente, en los quemadores de los generadores de vapor industriales que queman petróleos pesados de baja calidad, en calderas y hornos así como en motores de combustión interna, y en cualquier otro proceso industrial donde se desee atomizar fluidos como en la aplicación de pintura, secado, extinción de fuegos, corte y recubrimiento de materiales, dispersión de agentes químicos, etc. Otras aplicaciones se encuentran en la agricultura (riego, aplicación de herbicidas e insecticidas), asfaltado de vías, construcción y la medicina (aerosoles para la prevención y tratamiento de enfermedades respiratorias).
Otro objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invención para la combustión de petróleo pesado de características técnicas tal como se describe en el Ejemplo 1 de la presente invención.
Finalmente, hay que destacar que las características constructivas del cabezal atomizador de la presente invención permiten su fabricación en talleres de mecanizado sencillos, lo que incide en la reducción de sus costes de construcción. Según las aplicaciones específicas, las piezas pueden construirse de acero inoxidable, latón, hierro fundido, cualquier tipo de plástico, etc., que, dependiendo del uso, resista la abrasión, corrosión y temperatura de los fluidos que se empleen como líquido a atomizar y fluido auxiliar y soporte el rango de presiones de trabajo. Por otro lado, las ranuras exteriores de la pieza cónica interior, facilitan su limpieza, lo que reduce las interrupciones del tiempo de trabajo por mantenimiento y aumenta su vida útil.
BREVE DESCRIPCIÓN DEL CONTENIDO DE LAS FIGURAS Figura 1.- Corte lateral de la cubierta exterior del cabezal atomizador, donde aparecen los orificios de salida (1), el agujero cónico de alineación (2) y la cámara de rotación (3) que se forma al unir las dos piezas.
Figura 2.- Corte lateral de la pieza cónica interior que muestra la superficie cónica exterior (4), el orificio central (5) por donde se mueve el fluido auxiliar, las ranuras rectangulares de sección variable (6) por donde circula el líquido a atomizar y los conductos cilindricos (7) por donde se transporta una parte del fluido auxiliar, que conforman una disposición relativa en forma de "Y" con las ranuras rectangulares.
Figura 3.- Corte lateral del dosificador del líquido viscoso a atomizar que muestra la parte roscada posterior que sirve de unión con la tubería conductora del fluido auxiliar (8), el orificio central de sección variable (9) por donde es conducido el fluido auxiliar, las ranuras rectangulares (o helicoidales) por donde circula el líquido a atomizar (10) y los orificios de descarga (11) a la cámara de acondicionamiento (12) del flujo.
Figura 4.- Corte lateral del casquillo de ensamblaje o cuerpo del cabezal atomizador que muestra la unión roscada posterior para empalmar la tubería conductora del líquido viscoso a atomizar (13) y el orificio biselado de la pared anterior (14) que sirve de alojamiento a la boquilla.
Figura 5.- Orden de montaje de todas las piezas que, de izquierda a derecha, muestra el dosificador, las piezas cónicas interior y exterior que conforman la boquilla de atomización en sí y el casquillo de ensamblaje o cuerpo del cabezal.
Figura 6.- Montaje solidario (isométrico) del conjunto donde se pueden ver, en un corte lateral, todas las piezas ensambladas.
EJEMPLO DE REALIZACIÓN DEL OBJETO DE INVENCIÓN
Ejemplo 1.- Cabezal atomizador para la quema de combustible pesado
El ejemplo que a continuación se describe, no debe entenderse sólo como una limitante del alcance del cabezal atomizador motivo de la presente invención. Por el contrario, la presente invención trata de cubrir todas las alternativas, variantes, modificaciones y equivalencias que puedan incluirse dentro del espíritu y el alcance del objeto de invención.
Ante los problemas presentados en una central térmica en Cuba al quemar un petróleo pesado de muy baja calidad, se decide instalar un cabezal atomizador con las características que se protegen en esta invención, en sustitución de las comerciales tipo "Y" que se encontraban en funcionamiento.
Las exigencias de partida para el diseño del atomizador eran lograr una adecuada eficiencia en la combustión, utilizando la menor cantidad de vapor saturado con presiones entre 0,65 y 0,7 MPa, cuando las presiones del líquido combustible oscilan entre 0,46 y 0,5 MPa. Debido a las características físico-químicas del combustible que se utilizó, no se deben alcanzar valores de temperatura de precalentamiento por encima de 120°C.
Las características del petróleo utilizado fueron las siguientes: Carbono 81,67 % en peso
Hidrógeno 9,25 % en peso
Azufre 7,38 % en peso
Oxígeno 0,30 % en peso
Agua 1 ,40 % en peso Cenizas 0,064 % en peso
Contenido de asfáltenos 18,85 % en peso
Valor calórico inferior 40083 kJ/kg
Gravedad específica a 15,6°C 10,5 API
Densidad relativa 0,9959 Viscosidad a 50°C 1546 cSt (1,546 Kr3 m2/s)
Viscosidad a 80°C 255 cSt (0,255 10"3 m2/s)
La boquilla construida está conformada por dos piezas cónicas independientes de acero inoxidable, una interior y otra exterior. Como ya se ha explicado en la descripción de la invención, al montarse de forma solidaria, las mismas ajustan entre sí formando una cámara de rotación. La cubierta exterior posee un diámetro exterior en su parte más ancha de 40 mm y 8 orificios de salida con diámetros de 3,5 mm cada uno.
La pieza cónica interior, con un diámetro exterior máximo de 26 mm tiene 6 ranuras rectangulares de sección transversal variable con una sección cuadrada en la entrada de 4x4 mm, por donde circula el petróleo. En el diseño probado, la dimensión en la coordenada vertical se disminuyó progresivamente para tener a la salida del canal 3 mm. A cada una de las ranuras llega un conducto cilindrico de 3 mm de diámetro por donde se conduce una parte del flujo del fluido auxiliar (vapor en este ejemplo). El punto de mezcla entre los dos fluidos se localizó a 7,5 mm de la zona de salida de los canales a la cámara de giro. En este caso particular, los dos ángulos de los canales del líquido a atomizar fueron de 30° en relación con el eje del atomizador en una vista superior del conjunto y de 25° con respecto al mismo eje pero en este caso desde la vista frontal. El agujero central por donde se transporta el vapor, posee un diámetro mayor de 14 mm en la sección de entrada y un diámetro menor a la salida de 4 mm.
El dosificador por su parte está mecanizado en acero inoxidable, presenta 10 ranuras de distribución del petróleo a atomizar y un agujero central por donde circula el fluido atomizador (en este caso vapor). Las ranuras presentan una sección cuadrada de 4,5x4,5 mm, desembocando en sendos orificios de 4,5 mm de diámetro. El agujero central es de sección variable, con un diámetro de entrada de 19 mm y a la salida de 10 mm. En la parte posterior de dicha pieza hay una rosca interior donde se acopla la tubería conductora del fluido auxiliar. La cámara de adecuación del flujo entre el dosificador y la boquilla es de 5 mm en este caso.
El casquillo de ensamble es una pieza también de acero inoxidable, con un diámetro exterior de 49 mm y uno interior de 40 mm. En su parte delantera termina en una pared de 4 mm de espesor con un agujero biselado con un diámetro menor de 27.2 mm, donde se aloja la boquilla. En su parte posterior cuenta con una rosca métrica donde se acopla el tubo proveniente del calentador de petróleo.
Primeramente, este cabezal fue sometido a un exhaustivo estudio en un banco de prueba de quemadores. Se pudo comprobar que los valores del ángulo y la calidad del spray obtenidos fueron similares o mejores que los que se conseguían con la boquilla
comercial. Es de destacar que estos resultados se lograron con aproximadamente la mitad del flujo de vapor empleado como fluido auxiliar en las diferentes pruebas realizadas, variando las presiones del petróleo y del vapor en el rango de los valores de operación de esta caldera. En la caldera de vapor se realizaron pruebas de eficiencia con las boquillas comerciales y también una vez instalados los cabezales atomizadores objeto de esta invención. Como promedio, se obtuvo un incremento de la eficiencia en 3 unidades. Esta mejora vino dada porque el nuevo cabezal atomizador además de permitir la reducción del flujo de vapor de atomización y mejorar el proceso de combustión, permitió reducir el valor del exceso de aire necesario para este último proceso. Las medidas realizadas del consumo de combustible permitieron comprobar una reducción de un 1 % mensual, al comparar el consumo promedio de los meses anteriores para la misma generación de electricidad. La falta de coincidencia del incremento de la eficiencia y la reducción del consumo de combustible se debe a otros problemas surgidos en la central térmica en el mes de pruebas que provocaron una reducción de su eficiencia. Otro aspecto muy importante a destacar es la disminución del tiempo de limpieza de las nuevas boquillas a aproximadamente la mitad de la que se requería con las boquillas comerciales.