WO2006089983A1 - Procedimiento y dispositivo de dispersión de líquidos insecticidas o fitosanitarios desde aeronaves - Google Patents
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- B64D1/16—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting
- B64D1/18—Dropping or releasing powdered, liquid, or gaseous matter, e.g. for fire-fighting by spraying, e.g. insecticides
Definitions
- the object of the present invention is a device and a method of spraying insecticidal and phyto-sanitary liquids in the form of drops of controlled and uniform size, for their release from an aircraft, such as a helicopter or an airplane.
- the result is a liquid emission device in the form of fine droplets of controlled and uniform size, with a large emission surface capable of dispersing large flows, and with an aerodynamic resistance many times lower than any other existing aerosol dispersion system .
- ULV technique It is characterized by atomizing a small volume of the product in a state of high concentration, typically 5 to 50 grams of active ingredients per hectare with volumes as low as 50 to 200 milliliters per hectare [2].
- the fluid must be dispersed in drops in a very narrow range around a certain optimal average size (the optimal average size depends on the application, for example, for the treatment of adult mosquitoes the optimal size is calculated in the 20 microns [1]).
- the most common methods of spraying that are used in the ULV technique are the rotating atomizers in which the spraying is mainly caused by the action of centrifugal forces on a liquid film of the insecticide and, the pneumatic atomizers in which the liquid is extruded through a hole or slot (for example the so-called fiat fan nozzles).
- the pneumatic atomization requires high pressure pumps to produce the fogging (over 150 atmospheres) and is also characterized by producing large size dispersions.
- the present invention describes a method and device for spraying insecticidal and phyto-sanitary liquids in the form of drops of controlled size and uniform, for release from an aircraft, such as a helicopter or an airplane.
- the method makes use of a process of liquid atomization ("flow focusing", for example US patent 6119953) described above.
- flow focusing for example US patent 6119953
- This procedure allows the formation of a very fine stationary jet of liquid through a hole of much larger diameter than that, when the liquid is forced to pass through the hole surrounded by a stream of gas that "focuses" and extrudes it. Due to the very small flow of liquid that is emitted through the hole when it comes to producing very fine drops (1 to 50 microns), a large number of ejector holes should be used if the "flow focusing" procedure is used in applications that require the dispersion of an important liquid flow rate (of the order of several tens or hundreds of milliliters per minute).
- the present invention describes how to arrange the "flow focusing" emission points or cells in a substantially two-dimensional, preferably flat distribution, with a very large number of cells (hundreds or thousands) separated a sufficient distance to minimize the coalescence effects of the drops Once they are produced.
- said flat distribution is used to form an extensive dispersion device that can adhere to the substantially flat aircraft with a small aerodynamic resistance (for example, the distribution of cells can be made in a laminated sheet of polymeric or metallic material that It is part of a wing).
- the result is a liquid emission device in the form of fine droplets of controlled and uniform size, with a large emission surface capable of dispersing large flows, and with an aerodynamic resistance many times lower than any other existing aerosol dispersion system .
- Figure 2 Sub-panel consisting of a central body in which a gas chamber 1 and a liquid chamber 2 are located through which gas and liquid are fed respectively. From said chambers parts 70 injection lines 3 symmetrically arranged on each side of the central body.
- Figure 3 Injection line formed by two tubes, 1 and 2.
- Tube 1 has an almond shaped section and is inserted into tube 2 that has a circular section.
- the fluid B (liquid) from the "liquid chamber” is introduced into the injection line through the tube 1, whereby the section At (grated diagonally) is filled with liquid.
- the fluid A (gas) from the "gas chamber” is introduced into the injection line through the space between tube 1 and tube 2, whereby section Ac (filled with gray color) is filled with gas.
- the tubes 1 and 2 maintain a fixed position between them so that the point of least curvature of the tube 1 is close and at a constant distance to the tube 2.
- the injection line has a series of holes arranged along the length of the Ia same.
- Each of these holes passes through tubes 1 and 2, which therefore have holes aligned with each other and with a section equal to Aa and Ab respectively.
- the liquid contained within the tube 1 exits through the hole of its surface and is focused by the gas to form a microchorr that exits through the hole made in the tube 2 to subsequently break into substantially monodispersed drops that make up the aerosol itself.
- Figure 4 Classic profile NACA 4412 with curvature and with a maximum relative thickness of 12%, in whose lower part, intrados, is the panel with the nebulizers arranged in sub-panels with their corresponding injection lines.
- ⁇ i and ⁇ 2 are the diameters of the axes that will be used to attach the wings to the helicopter, I 1 is the distance between them, I 2 is the width of the panel, I 3 is the width of the plate that supports the panel (The plate is part of the wing structure) and c is the profile rope.
- each sub-panel consists of a central body where the distribution chambers that feed the 70 injection lines that are symmetrically arranged on both sides of the chambers are housed.
- the injection lines are constructed, as seen in Figure 3, from two tubes one inserted in the other and arranged in such a way that along the generatrix of smaller radius of curvature the distance between tubes remains fixed and 2006/000013
- the insecticide to disperse circulates through the almond-shaped one while the focusing fluid (gas in this case) circulates through the housing delimited by both tubes.
- Practicing holes of 150 micrometers to both tubes in the generatrix of smaller radius of curvature creates an injection point of FF technique if they are sufficiently aligned.
- An injection line is obtained by performing multiple injection points from a single set of almond-outer tube. In the present case, the number of injection points per line of 30 separated by a distance of 6mm has been set. This separation distance is due to the premise of achieving similar conditions of the fluid in the surroundings of the holes at all points as well as to avoid coalescence phenomena between the drops produced in attached injection points.
- each sub-panel consists of 2100 injection points arranged in two matrices of uniform injection points of 30x35.
- the flow needs are met by assembling 5 sub-panels (10,600 points) in a single panel to be inserted under the intrados of each wing.
- each wing must be between 2 and 3, as this achieves a good compromise between vertical load and induced resistance. Since each panel occupies an area of 1.25 m x 0.4 m (each sub-panel occupies 0.4 m x 0.25 m) a 1.5 m x 0.6 m wing has been selected. To simplify its manufacture, both the panels and the wings will be rectangular. In order to easily accommodate the panels, the wings must have a fairly flat interior surface, so that the classic NACA 4412 profile has been selected, profile with curvature and with a maximum relative thickness of 12%, which is represented in the figure Four.
Abstract
La presente invención describe un método y un dispositivo de nebulización de líquidos insecticidas y fito-sanitarios en forma de gotas de tamaño controlado y uniforme, para su liberación desde una aeronave, como puede ser un helicóptero o un avión. Este procedimiento permite la formación de un finísimo chorro estacionario de líquido a través de un orificio de mucho mayor diámetro que aquél, cuando se fuerza el líquido a pasar a través del orificio rodeado de una corriente de gas que lo 'enfoca' y extruye. El resultado es un dispositivo de emisión de líquido en forma de finas gotas de tamaño controlado y uniforme, con una gran superficie de emisión capaz de dispersar caudales grandes, y con una resistencia aerodinámica muchas veces más baja que cualquier otro sistema de dispersión de aerosoles existente.
Description
ES2006/000013
Título
Procedimiento y dispositivo de dispersión de líquidos insecticidas o fitosanitarios desde aeronaves.
Objeto de Ia invención
Es objeto de Ia presente invención un dispositivo y un procedimiento de nebulización de líquidos insecticidas y fito-sanitarios en forma de gotas de tamaño controlado y uniforme, para su liberación desde una aeronave, como puede ser un helicóptero o un avión.
El resultado es un dispositivo de emisión de líquido en forma de finas gotas de tamaño controlado y uniforme, con una gran superficie de emisión capaz de dispersar caudales grandes, y con una resistencia aerodinámica muchas veces más baja que cualquier otro sistema de dispersión de aerosoles existente.
Estado de Ia técnica
Las enfermedades con origen en el mosquito se presentan como un problema de salud pública de creciente importancia a nivel mundial. La panoplia de enfermedades en las que está involucrado el mosquito es amplia; Ia encefalitis causada por el virus del NiIo occidental, el dengue, Ia fiebre amarilla, Ia ceguera de río (oncocercosis) entre otras, aunque Ia más relevante sigue siendo Ia malaria de Ia que se dan 4 millones de casos de malaria al año de los cuales 300.000 acaban en fallecimiento, Ia mayor parte en África. En Ia actualidad el método de ataque de éstas es integral actuando en los habitáis de larvas y ejemplares adultos, colocando trampas, etc. En este control integral de los portadores patógenos se inserta, como parte fundamental, Ia fumigación de insecticidas aunque los peligros medioambientales y de salud público que conlleva son evidentes pues ello puede afectar al medio (aves, peces, invertebrados acuáticos) e incluso a las personas. Aunque estos riesgos se minimizan en gran medida con un entrenamiento específico de los medios humanos implicados en Ia fumigación, es mediante el empleo de sistema de fumigación de alta eficiencia como se alcanza ausencia casi absoluta de los efectos negativos de Ia fumigación. En esta dirección se dirigen las denominadas técnica ULV (Ultra Low-Volume) que permite tratar amplias áreas con un volumen atomizado mínimo. La técnica ULV
se caracteriza por atomizar un pequeño volumen del producto en estado de alta concentración típicamente de 5 a 50 gramos de principio activos por hectárea con volúmenes tan bajos como 50 a 200 mililitros por hectárea [2]. Para ser efectivos, además, el fluido debe dispersarse en gotas en un rango muy estrecho en torno a cierto tamaño medio óptimo (el tamaño medio óptimo depende de Ia aplicación, por ejemplo, para el tratamiento de mosquitos adultos el tamaño óptimo se cifra en las 20 mieras [1]) . Los métodos más habituales de pulverización que se emplean en Ia técnica ULV son los atomizadores giratorios en los cuales Ia pulverización se produce principalmente por Ia acción de las fuerzas centrífugas sobre una película líquida del insecticida y, los atomizadores neumáticos en los que se extrusiona el líquido a través de un orificio o ranura (por ejemplo las denominadas fíat fan nozzles). La atomización neumática requiere bombas de alta presión para producir Ia nebulización (sobre las 150 atmósferas) y se caracteriza además por producir grandes dispersiones de tamaños. Aunque los atomizadores giratorios son menos exigentes energéticamente (no requieren bombas de alta presión) y son mas homogéneos en los tamaños de gotas producidas que Ia atomización neumática, sus prestaciones distan mucho de igualar las que puede ofrecer técnicas de micro y nebulización como las denominadas flow-Focusing y Electrospray. Éstas permiten Ia consecución de una atomización casi monodispersa aunque con caudales muy bajos. La técnica Flow- Focusing presenta frente al Electrospray las ventajas adicionales de que Ia selección del tamaño de gota no requiere el cambio del sistema y Ia ausencia de fuentes de alta tensión para crear los campos eléctricos responsables de Ia atomización. [1] Pulverización de insecticidas en el aire para Ia lucha contra los vectores y las plagas de Ia salud pública. Guía practica. Organización Mundial de Ia Salud, 2003.
[2] Aerial application for control of publie health pests. JS Clayton & TPY Sander, Aspects of Applied Biology, 66, 2002.
Descripción de Ia invención
La presente invención describe un método y un dispositivo de nebulización de líquidos insecticidas y fito-sanitarios en forma de gotas de tamaño controlado y
uniforme, para su liberación desde una aeronave, como puede ser un helicóptero o un avión.
El método hace uso de un procedimiento de atomización de líquidos ("flow focusing", por ejemplo patente US 6119953) anteriormente descrito. Este procedimiento permite Ia formación de un finísimo chorro estacionario de líquido a través de un orificio de mucho mayor diámetro que aquél, cuando se fuerza el líquido a pasar a través del orificio rodeado de una corriente de gas que Io "enfoca" y extruye. Debido al pequeñísimo caudal de líquido que se emite a través del orificio cuando se trata de producir gotas muy finas (1 a 50 mieras), debe usarse una gran cantidad de orificios eyectores si se usa el procedimiento "flow focusing" en aplicaciones que requieren Ia dispersión de un caudal de líquido importante (del orden de varias decenas o centenares de mililitros por minuto). La presente invención describe cómo disponer los puntos o celdas de emisión "flow focusing" en una distribución sustancialmente bidimensional, preferentemente plana, con un número muy elevado de celdas (cientos o miles) separadas una distancia suficiente para minimizar los efectos de coalescencia de las gotas una vez que son producidas. Además, dicha distribución plana es aprovechada para conformar un dispositivo de dispersión extenso que puede adherirse a Ia aeronave, sustancialmente plano, con una resistencia aerodinámica pequeña (por ejemplo, Ia distribución de celdas se puede realizar en una chapa laminada de material polimérico o metálico que forma parte de un ala). El resultado es un dispositivo de emisión de líquido en forma de finas gotas de tamaño controlado y uniforme, con una gran superficie de emisión capaz de dispersar caudales grandes, y con una resistencia aerodinámica muchas veces más baja que cualquier otro sistema de dispersión de aerosoles existente.
Descripción de figuras
Figura 1: Ensayos ejercidos con este líquido han permitido seleccionar 3 condiciones de funcionamiento en las que Ia técnica FF, empleando un orificio de 150 micrómetros.
• Condición 1 : Q=0.06 10-3 L/min, ΔP=26.7 10 3 Pa.
• Condición 2: Q=0.08 10-3 L/min, ΔP=15.8 10 3 Pa.
• Condición 3: Q=0.08 10-3 L/min, ΔP=6.5 10 3 Pa.
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siendo medidos el caudal, Q, en litros por minutos y Ia diferencia de presiones, ΔP, en paséales.
Figura 2: Sub-panel que consta de un cuerpo central en el que se encuentra una cámara de gas 1 y una cámara de líquido 2 a través de las cuales se alimentan gas y líquido respectivamente. A partir de dichas cámaras partes 70 líneas de inyección 3 simétricamente dispuestas a cada lado del cuerpo central.
Figura 3: Línea de inyección formada por dos tubos, 1 y 2. El tubo 1 tiene una sección con forma de almendra y está inserto dentro del tubo 2 que tiene sección circular. El fluido B (líquido) proveniente de Ia "cámara de líquido" se introduce en Ia línea de inyección a través del tubo 1, por Io que Ia sección At (rallada diagonalmente) está llena de líquido. El fluido A (gas) proveniente de Ia "cámara de gas" se introduce en Ia línea de inyección a través del espacio comprendido entre el tubo 1 y el tubo 2, por Io que Ia sección Ac (rellena de color gris) está llena de gas. Los tubos 1 y 2 mantienen una posición fija entre ellos de modo que el punto de menor curvatura del tubo 1 está próximo y a una distancia constante al tubo 2. La línea de inyección tiene una serie de taladros dispuestos a Io largo de Ia longitud de Ia misma. Cada uno de esos taladros atraviesa los tubos 1 y 2 los cuales tienen por tanto orificios alineados entre sí y con una sección igual a Aa y Ab respectivamente. El líquido contenido dentro del tubo 1 sale por el orificio de su superficie y es enfocado por el gas para formar un microchorro que sale a través del orificio practicado en el tubo 2 para posteriormente romperse en gotas sustancialmente monodispersas que conforman el aerosol en sí.
Figura 4: Perfil clásico NACA 4412 con curvatura y con un espesor relativo máximo del 12%, en cuya parte inferior, intradós, se encuentra el panel con los nebulizadores dispuestos en sub-paneles con sus correspondientes líneas de inyección. Φi y Φ2 son los diámetros de los ejes que se utilizarán para sujetar las alas al helicóptero, I1 es Ia distancia entre ellos, I2 es Ia anchura del panel, I3 es Ia anchura de Ia placa que sirve de soporte al panel (Ia placa es parte de Ia estructura del ala) y c es Ia cuerda del perfil.
T/ES2006/000013
Modo de realización de la invención
Para el control de nubes de mosquitos de gran densidad se estima que se requiere Ia dispersión de un caudal de insecticida de 1.1 litro por minuto en una nube de gotas con un tamaño comprendido entre las 15 y 50 micrómetros. Para Ia presente aplicación se ha seleccionado como insecticida PHERMETRIN de Ia compañía BAYER que se caracteriza por las siguientes constantes físicas de interés para Ia nebulización: Viscosidad =18 centipoise; tensión superficial=3 10-2 N/m y densidad = 1100 kg/m3. Ensayos ejercidos con este líquido han permitido seleccionar 3 condiciones de funcionamiento en las que Ia técnica FF (ver figura 1), empleando un orificio de 150 micrómetros, garantiza un grado suficiente de monodispersidad y estabilidad:
• Condición 1 : Q=O.06 10-3 L/min, ΔP=26.7 10 3 Pa, que da lugar a gotas de 20 micrómetros. • Condición 2 : Q=0.08 10-3 L/min, ΔP=15.8 10 3 Pa con las que se obtiene gotas de 32 micrómetros.
• Condición 3 : Q=0.08 10-3 L/min, ΔP=6.5 10 3 Pa con las que se obtienen gotas de 50 micrómetros. siendo medidos el caudal, Q, en litros por minutos y Ia diferencia de presiones, DP, en paséales.
Restringiéndonos a las condiciones de funcionamiento (2), se requerirían 18.300 puntos de inyección para satisfacer el requerimiento del caudal total de 1.1 L/min que se alojarían, repartidos equitativamente, bajo dos alas dispuestas simétricamente a ambos lados del carenado del helicóptero. Por una mayor simplicidad del montaje y en aras de un ensayo previo de los componentes, se ha ideado un sistema modular. Así, bajo cada ala se inserta un panel de inyectores desmontable siendo formado cada uno de éstos paneles por 5 sub-paneles. Como se observa en Ia figura 2, cada sub-panel consta de un cuerpo central en donde se alojan las cámaras de distribución que alimentan de fluidos las 70 líneas de inyección que están dispuestas simétricamente a ambos lados de las cámaras. Las líneas de inyección se construyen, como se observa en Ia figura 3, a partir de dos tubos uno inserto en el otro y dispuestos de tal manera que a Io largo de Ia generatriz de menor radio de curvatura Ia distancia entre tubos permanezca fija e
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igual a los 150 micrómetros. Por aquél con forma almendrada circula el insecticida a dispersar mientras que por el alojamiento delimitado por ambos tubos circula el fluido enfocante (gas en este caso). Practicando orificios de 150 micrómetros a ambos tubos en Ia generatriz de menor radio de curvatura se crea un punto de inyección de técnica FF si éstos están suficientemente alineados. Una línea de inyección se obtiene realizando múltiples puntos de inyección a partir de un único conjunto de tubo almendrado-tubo exterior. En el presente caso se ha fijado el número de puntos de inyección por línea de 30 separados entre si una distancia de 6mm. Esta distancia de separación obedece a Ia premisa de conseguir condiciones similares del fluido en el entorno de los orificios en todos los puntos así como para evitar fenómenos de coalescencia entre las gotas producidas en puntos de inyección anexos.
Así, cada sub-panel consta de 2100 puntos de inyección dispuesto en dos matrices de puntos de inyección uniformes de 30x35. Las necesidades de caudal vienen satisfechas ensamblando 5 sub-paneles (10.600 puntos) en un solo panel a insertar bajo el intradós de cada ala.
El alargamiento de cada ala debe estar comprendido entre 2 y 3, ya que así se alcanza un buen compromiso entre carga vertical y resistencia inducida. Dado que cada panel ocupa una superficie de 1.25 m x 0.4 m (cada sub-panel ocupa 0.4 m x 0.25 m) se ha seleccionado un ala de 1.5 m x 0.6 m. Para simplificar su fabricación, tanto los paneles como las alas serán rectangulares. Con objeto de acomodar los paneles fácilmente, las alas deben tener una una superficie interior bastante plana, por Io que se ha seleccionado el perfil clásico NACA 4412, perfil con curvatura y con un espesor relativo máximo del 12%, que se representa en Ia figura 4.
Claims
006/000013
Reivindicaciones
1- Dispositivo de dispersión de un caudal volumétrico Q de líquido insecticida o fitosanitario en forma de gotas de diámetro d inferior a 1 milímetro y superior a 50 nanometros con una desviación estándar inferior al 40% en torno a d , utilizando un gas impulsor, caracterizado por que el caudal Q de líquido a dispersar en forma de gotas es expulsado a través de un número N de tubos capilares comprendido entre 0.1 y 3 veces Ia cantidad
Q -dιn - p112 -σ~U2 -d~2 , donde pes.\a densidad del líquido y σsu tensión superficial con el gas impulsor, de tal forma que cada uno de los extremos de descarga de los tubos capilares se encuentra enfrentado a un orificio y alineado con él, estando tanto Ia distancia que los separa H como el diámetro o tamaño característico del orificio de descarga D comprendidos entre 0.1 y 3 veces el diámetro o longitud característica transversal D1 del tubo capilar correspondiente, y siendo el gas impulsor alimentado a través de los orificios de descarga con una sobrepresión respecto al ambiente exterior comprendida entre 1 y 50 veces σ -d~x .
2- Dispositivo de dispersión de un caudal volumétrico Q de líquido insecticida o fitosanitario según Ia reivindicación 1 , caracterizado por que los orificios de descarga de Ia dispersión de gotas se hallan distribuidos a Io largo y ancho de una superficie S, llamada superficie de emisión, sustancialmente plana o de curvatura inferior a 0.2 veces Z)"1 en cualquier punto, y de extensión comprendida entre 25 y 1.000.000 veces Ia superficie N -D2.
3- Dispositivo de dispersión de un caudal volumétrico Q de líquido insecticida o fitosanitario según Ia reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que Ia superficie de emisión S forma parte de Ia superficie externa del fuselaje o de cualquier superficie de sustentación o control de una aeronave.
4- Dispositivo de dispersión de un caudal volumétrico Q de líquido insecticida o fitosanitario según Ia reivindicaciones 1 y 2, caracterizado por que Ia superficie de emisión S forma parte de Ia superficie externa de un elemento
E de baja resistencia aerodinámica, llamado elemento de dispersión, que se acopla a una aeronave.
- Dispositivo de dispersión de un caudal volumétrico Q de líquido insecticida o fitosanitario según Ia reivindicaciones 1 , 2 y 4, caracterizado por que el elemento de dispersión tiene una configuración fundamentalmente similar a Ia de un ala, deriva o estabilizador horizontal de una aeronave. - Procedimiento de dispersión de un caudal volumétrico Q de líquido insecticida o fitosanitario según los dispositivos descritos en las reivindicaciones 1 a 5.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200500090 | 2005-01-14 | ||
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Publications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application | ||
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
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| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 06708832 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
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| WWW | Wipo information: withdrawn in national office |
Ref document number: 6708832 Country of ref document: EP |