WO2019026054A1 - Sistema de calentamiento a gas de alta precisión en el control de temperatura - Google Patents

Sistema de calentamiento a gas de alta precisión en el control de temperatura Download PDF

Info

Publication number
WO2019026054A1
WO2019026054A1 PCT/IB2018/055883 IB2018055883W WO2019026054A1 WO 2019026054 A1 WO2019026054 A1 WO 2019026054A1 IB 2018055883 W IB2018055883 W IB 2018055883W WO 2019026054 A1 WO2019026054 A1 WO 2019026054A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
barrel
zone
temperature control
heating system
gas heating
Prior art date
Application number
PCT/IB2018/055883
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Gloria Beatriz CRUZ RIAÑO
Original Assignee
Institucion Universitaria Pascual Bravo
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Institucion Universitaria Pascual Bravo filed Critical Institucion Universitaria Pascual Bravo
Publication of WO2019026054A1 publication Critical patent/WO2019026054A1/es

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/002—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber having an elongated tubular form, e.g. for a radiant tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C6/00—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion
    • F23C6/04—Combustion apparatus characterised by the combination of two or more combustion chambers or combustion zones, e.g. for staged combustion in series connection
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D14/00—Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23D—BURNERS
    • F23D91/00—Burners specially adapted for specific applications, not otherwise provided for
    • F23D91/02—Burners specially adapted for specific applications, not otherwise provided for for use in particular heating operations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/022—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N5/00—Systems for controlling combustion
    • F23N5/02—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium
    • F23N5/12—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods
    • F23N5/123—Systems for controlling combustion using devices responsive to thermal changes or to thermal expansion of a medium using ionisation-sensitive elements, i.e. flame rods using electronic means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23N—REGULATING OR CONTROLLING COMBUSTION
    • F23N2239/00—Fuels
    • F23N2239/04—Gaseous fuels

Definitions

  • the present invention relates to the field of Mechanical Engineering, specifically with application in the field of the manufacturing industry.
  • the present invention corresponds to the development of a gas heating system with fine temperature control.
  • the present invention relates to the development of a gas heating system of high precision in the control of temperature and is characterized in that it comprises at least two combustion chambers, one associated with a barrel containing the moldable material, and another associated with a dosing zone.
  • This spatial arrangement provides a certain fuel gas flow, which generates greater energy efficiency.
  • the system also includes a series of baffles associated with the chamber of the feeding area. Additionally, it has a tubular recirculation mechanism that joins the lower areas of both chambers through the tube or tubes closest to the barrel.
  • the system has control means that regulate the opening and closing of the air and fuel valves, so that the process is automatic, continuous and safer for the operator.
  • the spatial distribution of the components allows precise control of the temperature in injection and extrusion processes, and reduces the energy cost by around 50%. It also reduces starting time and avoids quality problems in the moldable material due to temperature control. Unlike the systems that include electrical resistances, the system allows greater speed, precision in the control of the temperature and higher ranges of temperature in the operation. Finally, the equipment complies with international safety standards for industrial equipment.
  • Figure 1 Isometric combustion chambers and associated burners.
  • FIG. 1 View in section B-B'corresponding to the feeding chamber.
  • the present invention relates to the development of a gas heating system of high precision in the control of temperature and is characterized in that it comprises at least two combustion chambers, one associated with a feeding zone, which is associated with a barrel that contains the moldable material, and another associated with a dosing zone.
  • the chambers are associated with burners, have a tubular recirculation mechanism and are controlled by control means, valves and spark plugs.
  • tube, duct or concentric section considers that the external part may be circular or rectangular, without being limited to the illustrative planes included in the Figures.
  • the heating system comprises the following elements: the combustion chamber of the feeding zone (1); Combustion chamber of the dosing zone (2); Exhaust pipe of combustion gases from the feeding zone (3); Dosing chamber cover (4); Inlet pipe of the combustion gases to the dosing chamber (5); Combustion gases feedback pipe from the dosing chamber to the feed chamber (6); Concentric tube of the dosing chamber (7); Gas inlet to the concentric dosing tube (8); Concentric section of the feeding zone (9); Deflectors (10); Input of combustion gases from the burner of the feeding zone (11); Burner of the feeding zone (12); Burner nozzles of the feeding area (13); Temperature sensor of the feeding zone (14); Fuel pressure sensor of the supply zone (15); Ignition spark plug of the feeding area (16); Flame sensor of the feeding zone (17); Solenoid valve of the supply zone (18); Fuel passage valve supply area (19); Air inlet valve in the feed zone (20); Ignition control and fuel supply of the feeding area (21); Temperature control
  • the combustion chamber of the supply zone (1) is located concentrically to a barrel, provides a gas inlet flow transverse to said barrel and associated with a burner (12) parallel to said barrel. barrel in the feeding zone and a perpendicular burner (23) to said barrel in the dosing zone.
  • the system comprises at least one tubular section (9) concentric to a barrel that houses the moldable material, a temperature sensor (14) and a series of deflectors (10) associated with the feeding chamber (1).
  • a tubular section 9 concentric to a barrel that houses the moldable material, a temperature sensor (14) and a series of deflectors (10) associated with the feeding chamber (1).
  • the combustion chamber of the dosing zone (2) is located in a spatial arrangement concentrically to the barrel, with a gas inlet duct (5) transverse to said barrel and a labyrinth concentric tubular where the burner (23) perpendicular to said barrel is located.
  • the combustion chamber of the dosing zone (2) comprises a tubular labyrinth, formed by at least two tubes, one inner and one outer; preferably, the inner tube (7) comprises at least one circular, longitudinal or transverse hole or groove of gas inlet (8) to the inner tube. Additionally, the dosing chamber includes a transverse cover (4) that extends over the entire diameter of the outer tube and has associated burner nozzles of the supply zone (24).
  • the combustion gases projecting from the dosing chamber are transferred by means of a feedback duct (6) of the combustion chamber of the dosing zone (2) to the combustion chamber of the combustion chamber. feeding (1).
  • a concentric tube (7) has an upper gas inlet orifice to the concentric dosing tube (8), a lower duct, which corresponds to the feed duct combustion gases from the dosing chamber to the feed chamber (6) and defines the trajectory of the combustion gases.
  • a duct for the entrance of the combustion gases to the dosing chamber (5) is positioned transversely to the combustion chamber of the dosing zone (2).
  • a concentric section of the feed zone (9) comprising at least four gas flow slots towards the extrusion barrel.
  • Baffles (10) corresponding with sheets inclined with respect to the axis of the extrusion barrel located in the feeding chamber; the system comprises at least one of these deflectors.
  • a forced convection burner (12) comprising at least one nozzle (13) through which a premix of air and fuel enters, where the air and fuel are supplied by a set of valves (18, 19, 20).
  • a forced convection burner (23) comprising at least one nozzle (24) through which a premix of air and fuel enters, where the air and fuel are supplied by a set of valves (29), is associated with the dosing zone. 30, 31).
  • the system comprises electronic control means corresponding to sensors, spark plugs and controls (14, 15, 16, 17, 21, 22, 24, 25, 26, 27, 28, 32, 33) that regulate the opening and closing of the valve assembly (29,30,31), so that the process is automatic, continuous and safer for the operator.
  • the present invention includes a set of spark plugs (16 and 27) and temperature, pressure and flame sensors (14, 15, 1 7, 25, 26 and 28) that send the signals of opening and closing valves to the means of electronic control (21, 22, 32 and 33) according to the temperature of the barrel and the presence of flame, and ignition and fuel pressure for closing and opening said valves.
  • the present invention comprises two control systems, one for the feeding zone and another for the dosing zone and both operate in the same way.
  • the temperature sensors (14 and 25) send the signal to the temperature controls (22 and 33) which in turn communicate said corrected signal to the ignition and fuel supply controls (21, 32).
  • the ignition and fuel supply controls (21, 32) receive the signal from the fuel pressure sensors (15, 26), ignition plugs (16,27), flame sensors (1, 7). , 28) and finally send the fuel opening or closing signals to the solenoid valves (18 and 29), the quantity of fuel is controlled by the valves (19 and 30).
  • the air inlet valves (20,31) remain open, when there is combustion, they feed the premix and when there is no combustion, they allow the evacuation of the combustion gases, avoiding possible detonation inside the chambers.
  • the system comprises a combustion chamber of the feeding zone, which is associated with a barrel containing moldable material, and another combustion chamber of the dosing zone.
  • the chambers are associated with burners, have a tubular recirculation mechanism and are controlled by control means, valves and spark plugs.
  • control means allow the evacuation of the combustion gases before ignition in order to prevent the explosion of said gases in the chamber.
  • the system comprises flame monitoring means for each burner. This configuration prevents combustion from starting if the desired temperature is not reached, in compliance with the standards for industrial burners.
  • the system comprises independent passage valves for the control of the air and fuel inlet.
  • the combustion and dosing chambers are preferably composed of highly resistant materials.
  • Figure 5 shows the variation of the temperature over time with a closed loop system, on / off, for the continuous extrusion of PAD at 50 RPM. It is observed that the temperature variation in the dosing zone is +/- 2 ° C, and in the feeding zone +/- 7 ° C. Which allows stability in the quality of the extruded polymer. 120 measurements were made with a sampling frequency of 0.1 Hz under the conditions described in Sections 1 7 and 1 7.1
  • the test with electrical resistances consisted of measuring the power consumed to heat different materials and the mass flow, varying the spindle speed to 20, 30, 40, and 50 revolutions per minute (RPM).
  • the power consumed by the electrical resistances was measured with a network analyzer and with a program of data acquisition to a personal computer. For each material and spindle speed power measurements were made for 10 minutes.
  • the mass flow was obtained during one minute for the different operating conditions and a digital balance was measured.
  • the materials used were low density polyethylene (PEBD 8320 NT®), high-density polyethylene-PA (HDPE 8920 NT®) from Down Chemical and polypropylene (PP 520L®) from Sabic.
  • PEBD 8320 NT® low density polyethylene
  • HDPE 8920 NT® high-density polyethylene-PA
  • PP 520L® polypropylene
  • the high density polyethylene test at 50 rpm was chosen for the comparative analysis with the energy consumption cost test of the present invention.
  • the gas contained in the 40-pound pipette weighs 4.68 pounds / gallon and has a caloric power of 1 1082 Kcal / Kg

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Processing And Handling Of Plastics And Other Materials For Molding In General (AREA)
  • Extrusion Moulding Of Plastics Or The Like (AREA)
  • Control Of Combustion (AREA)

Abstract

La presente invención corresponde con un sistema de calentamiento a gas de alta precisión en el control de la temperatura que comprende al menos dos cámaras de combustión, una asociada a un barril que contiene el material moldeable, y otra asociada a una zona de dosificación, asi como un mecanismo de recirculación y unos medios de control. La presente invención entrega un sistema con una configuración bicameral y de dos zonas que aporta un efecto probado en el control de la temperatura asociado a barriles de inyección o extrusión de materiales moldeables y mejora la eficiencia de estos procesos.

Description

Sistema de calentamiento a gas de alta precisión en el control de temperatura
Sector Tecnológico
La presente invención se relaciona con el sector de la Ingeniería Mecánica, específicamente con aplicación en el campo de la industria de manufactura.
La presente invención corresponde al desarrollo de un sistema de calentamiento a gas de control fino de temperatura.
Estado del Arte Previo
En la industria de la manufactura, el alto costo energético requerido en el proceso de modelado de materiales como plástico o metales, hace que las empresas aumenten el consumo energético, generando daño ambiental y aumentando los costos. Además, el tiempo de arranque y la velocidad de respuesta en el control de la temperatura son lentos, ocasionando problemas de calidad en los productos finales. La necesidad de un sistema de control fino de temperatura para un quemador, que reduzca el costo energético se ha vuelto por lo tanto un problema en la práctica, especialmente a la luz de las consideraciones ambientales de la actualidad.
Por lo anterior, se ha dado paso al desarrollo de sistemas para procesar plásticos utilizando un calentador, así como en la patente EP1300233 B1 que se refiere al uso de un método y sistema para calentar un cilindro de plastificación. El sistema posee un sistema de cámaras de combustión para cada etapa del proceso. Estas cámaras son iguales para cada etapa y comprenden una cámara de combustión con sistema de recirculación de gases. Al estar compuesto por cámaras iguales, donde el flujo del barril es radial, no se logra optimizar cada etapa del proceso. Por otro lado, el desarrollo se enfoca principalmente en la inyección de plásticos, sin tener en cuenta el modelado mediante extrusión, por lo cual su funcionalidad resulta limitada.
Se han desarrollado otros sistemas para el modelado de plásticos mediante calentamiento como en la patente RU02393058 C2, la cual además es aplicable en inyección y extrusión. El desarrollo comprende un sistema de cámaras para cada proceso en el cual se utilizan gases para el calentamiento. Sin embargo, no comprende un sistema de recirculación de gases que permita reducir el gasto energético ni aprovecha el calor de combustión como energía, generando por lo tanto perdidas en eficiencia.
Descripción de la Invención
La presente invención se refiere al desarrollo de un sistema de calentamiento a gas de alta precisión en el control de la temperatura y se caracteriza porque comprende al menos dos cámaras de combustión, una asociada a un barril que contiene el material moldeable, y otra asociada a una zona de dosificación. Dicha disposición espacial provee un flujo de gases de combustible determinada, que genera mayor eficiencia energética. El sistema incluye además una serie de deflectores asociados a la cámara de la zona de alimentación. Adicionalmente, cuenta con un mecanismo de recirculación tubular que une las zonas inferiores de ambas cámaras mediante el tubo o tubos más cercanos al barril. Finalmente, el sistema cuenta con medios de control que regulan la apertura y cierre de las válvulas de aire y combustible, de manera que el proceso es automático, continuo y más seguro para el operario.
Particularmente, la distribución espacial de los componentes permite un control preciso de la temperatura en procesos de inyección y extrusión, y disminuye el costo energético alrededor de un 50%. Asimismo, reduce el tiempo de arranque y evita problemas de calidad en el material moldeable debido al control de la temperatura. A diferencia de los sistemas que incluyen resistencias eléctricas, el sistema permite mayor velocidad, precisión en el control de la temperatura y rangos mayores de temperatura en la operación. Finalmente, el equipo cumple con estándares internacionales de seguridad para equipos industriales.
Descripción de las Figuras
Figura 1. Isométrico de cámaras de combustión y quemadores asociados.
Figura 2. Vista en corte A-A' de la cámara de alimentación.
Figura 3. Vista en corte B-B'correspondiente a la cámara de alimentación.
Figura 4. Vista en corte C-C'correspondiente a la cámara de dosificación.
Figura 5. Variación de la temperatura en el tiempo utilizando control on-off en extrusión continua de PAD a 50 RPM. Descripción detallada
La presente invención se refiere al desarrollo de un sistema de calentamiento a gas de alta precisión en el control de la temperatura y se caracteriza porque comprende al menos dos cámaras de combustión, una asociada a una zona de alimentación, que se asocia a un barril que contiene el material moldeable, y otra asociada a una zona de dosificación. Las cámaras se encuentran asociadas a quemadores, poseen un mecanismo de recirculación tubular y son controlados por medios de control, válvulas y bujías.
Para todos los efectos de la invención y para el entendimiento y alcance de la misma, el término tubo, ducto o sección concéntrica considera que la parte externa puede ser circular o rectangular, sin limitarse a los planos ilustrativos incluidos en las Figuras.
En un aspecto general de la invención, el sistema de calentamiento comprende los siguiente elementos: la Cámara de combustión de la zona de alimentación (1); Cámara de combustión de la zona de dosificación (2); Conducto de salida de gases de combustión de la zona de alimentación (3); Cubierta de la cámara de dosificación (4); Ducto de entrada de los gases de combustión a la cámara de dosificación (5); Ducto de realimentación de gases de combustión de la cámara de dosificación a la cámara de alimentación (6); Tubo concéntrico de la cámara de dosificación (7); Entrada de gases al tubo concéntrico de dosificación (8); Sección concéntrica de la zona de alimentación (9); Deflectores (10); Entrada de gases de combustión del quemador de la zona de alimentación (1 1); Quemador de la zona de alimentación (12); Boquillas del quemador de la zona de alimentación (13); Sensor de temperatura de la zona de alimentación (14); Sensor de presión de combustible de la zona de alimentación (15); Bujía de ignición de la zona de alimentación (16); Sensor de llama de la zona de alimentación ( 17); Válvula solenoide de la zona de alimentación (18); Válvula de paso de combustible zona de alimentación (19); Válvula de entrada de aire de la zona de alimentación (20); Control de encendido y suministro de combustible de la zona de alimentación (21); Control de temperatura de la zona de alimentación (22); Quemador de la zona de dosificación (23); Boquillas del quemador de la zona de alimentación (24); Sensor de temperatura de la zona de dosificación (25); Sensor de presión de combustible de la zona de dosificación (26); Bujía de ignición de la zona de dosificación (27); Sensor de llama de la zona de dosificación (28); Válvula solenoide de la zona de dosificación (29); Válvula de paso de combustible de la zona de dosificación (30); Válvula de entrada de aire de la zona de dosificación (31); Control de encendido y suministro de combustible de la zona de dosificación (32); Control de temperatura de la zona de dosificación (33)
En un aspecto de la invención, la cámara de combustión de la zona de alimentación (1) está ubicada de manera concéntrica a un barril, provee un flujo de entrada de gases transversal a dicho barril y asociado a un quemador (12) paralelo a dicho barril en la zona de alimentación y un quemador perpendicular (23) a dicho barril en la zona de dosificación.
Particularmente, el sistema comprende al menos una sección tubular (9) concéntrica a un barril que alberga el material moldeable, un sensor de temperatura (14) y una serie de deflectores (10) asociados a la cámara de alimentación (1). Estos generan mayor turbulencia en el flujo de gases y mayor transferencia de calor, lo cual permite una disminución en el consumo energético.
En el mismo aspecto de la invención, la cámara de combustión de la zona de dosificación (2) está ubicada en una disposición espacial de manera concéntrica al barril, con un ducto de entrada de los gases (5) transversal a dicho barril y un laberinto tubular concéntrico en donde se ubica el quemador (23) perpendicular a dicho barril.
En otro aspecto de la invención, la cámara de combustión de la zona de dosificación (2) comprende un laberinto tubular, conformado por al menos dos tubos, uno interior y otro exterior; preferentemente, el tubo interior (7) comprende al menos un orificio o ranura circular, longitudinal o transversal de entrada de gases (8) al tubo interior. Adicionalmente, la cámara de dosificación incluye una cubierta transversal (4) que se extiende en todo el diámetro del tubo exterior y tiene asociadas unas boquillas del quemador de la zona de alimentación (24).
En este mismo aspecto de la invención, los gases de combustión salientes de la cámara de dosificación se trasladan mediante un ducto de realimentación (6) de la cámara de combustión de la zona de dosificación (2) a la cámara de combustión de la zona de alimentación (1).
Particularmente, en la cámara de combustión de la zona de dosificación (2) un tubo concéntrico (7) presenta un orificio superior de entrada de gases al tubo concéntrico de dosificación (8), un ducto inferior, que corresponde con el ducto de realimentación de gases de combustión de la cámara de dosificación a la cámara de alimentación (6) y define la trayectoria de los gases de combustión. En el mismo aspecto de la invención, un ducto de entrada de los gases de combustión a la cámara de dosificación (5) se posiciona transversalmente a la cámara de combustión de la zona de dosificación (2).
Una sección concéntrica de la zona de alimentación (9) que comprende al menos cuatro ranuras de flujo de gases hacia el barril de extrusión.
Unos deflectores (10) que corresponden con láminas inclinadas respecto al eje del barril de extrusión localizadas en la cámara de alimentación; el sistema comprende al menos uno de estos deflectores.
Una entrada de gases de combustión del quemador de la zona de alimentación (1 1) transversal a la eje del barril de extrusión. Corresponde con una ranura, orificio o similar en la parte inferior de la cámara de combustión de la zona de alimentación (1).
A la zona de alimentación se asocia un quemador de convección forzada (12) que comprende al menos una boquilla (13) por donde entra una premezcla de aire y combustible, en donde el aire y combustible se suministran por un conjunto de válvulas (18, 19, 20).
A la zona de dosificación se asocia un quemador de convección forzada (23) que comprende al menos una boquilla (24) por donde entra una premezcla de aire y combustible, en donde el aire y combustible se suministran por un conjunto de válvulas (29, 30, 31).
En este mismo aspecto de la invención, el sistema comprende unos medios de control electrónico que corresponden a sensores, bujías y controles (14, 15, 16, 1 7, 21 , 22, 24, 25, 26, 27, 28, 32, 33) que regulan la apertura y cierre del conjunto de válvulas (29,30,31), de manera que el proceso sea automático, continuo y más seguro para el operario.
La presente invención incluye un conjunto de bujías de ignición (16 y 27) y sensores de temperatura, presión y llama (14, 15, 1 7, 25, 26 y 28) que envían las señales de apertura y cierre de válvulas a los medios de control electrónico (21 , 22, 32 y 33) de acuerdo a la temperatura del barril y a la presencia de llama, e ignición y presión de combustible para cierre y apertura de dichas válvulas. Particularmente, la presente invención comprende dos sistemas de control, uno para la zona de alimentación y otro para la zona de dosificación y ambos funcionan de igual forma. Los Sensores de temperatura (14 y 25) envían la señal a los controles de temperatura (22 y 33) que a su vez comunican dicha señal corregida a los controles de encendido y suministro de combustible (21 , 32). Adicionalmente, en la presente invención los controles de encendido y suministro de combustible (21 , 32) reciben la señal de los sensores de presión de combustible (15, 26), Bujías de ignición (16,27), Sensores de llama (1 7, 28) y finalmente envían las señales de apertura o cierre de paso de combustible a las válvulas solenoides (18 y 29), la cantidad de combustible es controlada por las válvulas (19 y 30). Las válvulas de entrada de aire (20,31) permanecen abiertas, cuando hay combustión, alimentan la premezcla y cuando no hay combustión, permiten la evacuación de los gases de combustión, evitando una posible detonación al interior de las cámaras.
De esta forma se produce el flujo de gases de combustión en forma segura, en ambas cámaras de combustión (1 , 2) y se garantiza el calentamiento del material dentro de unos rangos de temperatura establecidos.
Modalidades preferidas
En el aspecto preferido de la invención, el sistema comprende una cámara de combustión de la zona de alimentación, que se asocia a un barril que contiene material moldeable, y otra cámara de combustión de la zona de dosificación. Las cámaras se encuentran asociadas a quemadores, poseen un mecanismo de recirculación tubular y son controlados por medios de control, válvulas y bujías.
En este aspecto preferido, los medios de control permiten la evacuación de los gases de combustión antes de la ignición con el objeto de evitar la explosión de dichos gases en la cámara.
En el mismo aspecto preferido de la invención, el sistema comprende medios de monitoreo de llama por cada quemador. Esta configuración evita que se inicie la combustión sino se alcanza la temperatura deseada, en cumplimiento de las normas para quemadores industriales. En este mismo aspecto preferido de la invención, el sistema comprende válvulas de paso independientes para el control de la entrada de aire y combustible.
En este mismo aspecto de la invención, las cámaras de combustión y dosificación se componen preferentemente de materiales altamente resistentes.
Ejemplos
Las siguientes pruebas se realizaron en una extrusora para poliolefinas con una relación entre la longitud y el diámetro de tornillo (L/D) igual a 15 y un diámetro final en la boquilla de extrusión de 3mm. Se instalaron dos zonas de control de temperatura tipo lazo cerrado, uno para la zona de alimentación y la zona de dosificación. Cada lazo cerrado está conformado por un control proporcional, integral y derivativo (PID) acoplado a una termocupla tipo K. Todo lo anterior fue utilizado en las pruebas de con resistencias eléctricas y con la presente invención.
Prueba de variación de temperatura en aplicación de la invención
Esta prueba se realizó simultáneamente con la prueba de costo energético de la invención con las siguientes condiciones para el gas combustible, en este caso gas licuado de petróleo (GLP) suministrado en pipeta en la ciudad de Medellín: una presión manométrica de 1 7 pulgadas de agua, una presión atmosférica de 640 mmHg y una temperatura de la atmósfera que rodea el proceso de 28 °C.
La Figura 5 muestra la variación de la temperatura en el tiempo con un sistema de lazo cerrado, prendido/apagado, para la extrusión continua de PAD a 50 RPM. Se observa que la variación de temperatura en la zona de dosificación es +/- 2 °C, y en la zona de alimentación +/- 7 °C. Lo cual permite estabilidad en la calidad del polímero extruido. Se realizaron 120 mediciones con una frecuencia de muestreo de 0,1 Hz en las condiciones descritas en los numerales 1 7 y 1 7.1
Prueba de costo de consumo energético de la invención y de unas resistencias eléctricas
En las pruebas con resistencias eléctricas se utilizaron de cuatro resistencias eléctricas de 800 vatios ubicadas sobre un barril de extrusión en la zona de alimentación y dos de 400 y 250 vatios sobre el cabezal de extrusión en la zona de dosificación. Las resistencias se alimentaron a 220 voltios
La prueba con resistencias eléctricas consistió en medir la potencia consumida para calentar diferentes materiales y el flujo másico, variando la velocidad del husillo a 20, 30, 40, y 50 revoluciones por minuto (RPM).
Se midió la potencia consumida por las resistencias eléctricas con un analizador de redes y con un programa de adquisión de datos a un computador personal. Para cada material y velocidad de husillo se realizaron mediciones de potencia durante 10 minutos.
El flujo másico se obtuvo durante un minuto para las diferentes condiciones de operación y se midió una balanza digital.
Los materiales utilizados fueron polietileno de baja densidad (PEBD 8320 NT®), polietileno de alta densidad-PA (PEAD 8920 NT®) de Down Chemical y polipropileno (PP 520L®) de Sabic. En la siguiente tabla se describen las propiedades del material y las diferentes condiciones de operación.
Polímero Indice de fluidez Densidad Temperatura de operación Zona 1 Temperatura de operación Zona 2
( gr/10 min ) ( Kg/m3 ) ( °C) ( °C)
PEBD 20 924 180 210
PEAD 20 954 190 215
PP 10 905 190 215
Tabla 1. Propiedades de los materiales probado con sistema de la invención
De las pruebas anteriores con resistencias eléctricas se escogió la prueba con polietileno de alta densidad a 50 rpm para el análisis comparativo con la prueba de costo del consumo energético de la presente invención.
En las tablas siguientes se describen las condiciones de operación en un ambiente industrial, que permiten medir el consumo de combustible y compararlo con el costo energético de las resistencias eléctricas, obteniendo ahorros superiores al 50 %. También se realiza un estimativo con el gas natural, obteniendo un ahorro superior al 60 %.
CONSUMO ENERGÉTICO EN UNA HORA DE EXTRUSIÓN DE PAD A 50 RPM
CON GLP CONDICIONES DE MEDICIÓN, asumiendo el GLP como gas ideal propano
M * P
d ~ R * T
Densidad (Kg/m3) d = 1 ,5714
Presión absoluta (atm) P = 0,8830
Temperatura (°k) T = 301
Peso molecular (gr/mol) M= 44
Constante universal gases ( atm.L/mol.°K ) R= 0,0821
CONSUMO DE COMBUSTIBLE EN UNA HORA DE EXTRUSIÓN
Flujo volumétrico de combustible ( m3) 0,18
Flujo másico de combustible (Kg) 0,28
CONSUMO ENERGÉTICO* (Kwh) 3,64
Considerando que el gas contenido en la pipeta de 40 libras pesa 4.68 libras/galón y tiene un poder calórico de 1 1082 Kcal/Kg
Tabla 2. Condiciones industriales de operación del sistema de la invención
Figure imgf000011_0001
Tabla 3. Condiciones industriales de operación del sistema de la invención

Claims

Reivindicaciones
1 . Sistema de calentamiento a gas de alta de precisión en el control de la temperatura caracterizado porque comprende al menos dos cámaras de combustión, una de la zona de alimentación (1), asociada a un barril que contiene material moldeable y otra de la zona de dosificación (2); un mecanismo de recirculación tubular; y unos medios de control.
2. Sistema de calentamiento a gas de alta de precisión en el control de la temperatura de acuerdo a la Reinvindicacion 1 , caracterizado porque la cámara de combustión de la zona de alimentación (1) está ubicada de manera concéntrica a un barril, provee un flujo de entrada de gases transversal a dicho barril y está asociado a un quemador (12) paralelo a dicho barril en la zona de alimentación y a un quemador perpendicular (23) a dicho barril en la zona de dosificación.
3. Sistema de calentamiento a gas de alta de precisión en el control de la temperatura de acuerdo a la Reinvindicacion 1 a 2, caracterizado porque comprende al menos una sección tubular (9) concéntrica a un barril que alberga el material moldeable, un sensor de temperatura (14) y una serie de deflectores (10) asociados a la cámara de combustión de la zona de alimentación (1).
4. Sistema de calentamiento a gas de alta de precisión en el control de la temperatura de acuerdo a la Reinvindicacion 1 a 3, caracterizado porque la cámara de combustión de la zona de dosificación (2) está ubicada en una disposición espacial de manera concéntrica a un barril, con un ducto de entrada de los gases (5) transversal a dicho barril y un laberinto tubular concéntrico en donde se ubica el quemador (23) perpendicular a dicho barril.
5. Sistema de calentamiento a gas de alta de precisión en el control de la temperatura de acuerdo a la Reinvindicacion 1 a 4, caracterizado porque comprende un conjunto de sensores, bujías y controles.
6. Sistema de calentamiento a gas de alta de precisión en el control de la temperatura de acuerdo a la Reinvindicacion 1 a 3, caracterizado porque comprende unos medios de control electrónico asociados a sensores, bujías y controles (14, 15, 16, 1 7, 21 , 22, 24, 25, 26, 27, 28, 32, 33) que regulan la apertura y cierre del conjunto de válvulas (29,30,31).
PCT/IB2018/055883 2017-08-04 2018-08-04 Sistema de calentamiento a gas de alta precisión en el control de temperatura WO2019026054A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CONC2017/0007945A CO2017007945A1 (es) 2017-08-04 2017-08-04 Sistema de calentamiento a gas de alta precisión en el control de temperatura
CONC2017/0007945 2017-08-04

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019026054A1 true WO2019026054A1 (es) 2019-02-07

Family

ID=65233539

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2018/055883 WO2019026054A1 (es) 2017-08-04 2018-08-04 Sistema de calentamiento a gas de alta precisión en el control de temperatura

Country Status (2)

Country Link
CO (1) CO2017007945A1 (es)
WO (1) WO2019026054A1 (es)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US200205A (en) * 1878-02-12 Improvement in coffee-pots
US4541792A (en) * 1983-05-09 1985-09-17 Nrm Corporation Dual loop temperature control system for rubber and other extruders with optional connection for heat pump
SU1348204A1 (ru) * 1985-04-09 1987-10-30 Украинский Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт По Разработке Машин И Оборудования Для Переработки Пластмасс,Резины И Искусственной Кожи Устройство дл нагрева и охлаждени цилиндра экструдера
EP1300233A1 (de) * 2001-10-04 2003-04-09 Ruhrgas Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Beheizen eines Plastifizierzylinders

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US200205A (en) * 1878-02-12 Improvement in coffee-pots
US4541792A (en) * 1983-05-09 1985-09-17 Nrm Corporation Dual loop temperature control system for rubber and other extruders with optional connection for heat pump
SU1348204A1 (ru) * 1985-04-09 1987-10-30 Украинский Научно-Исследовательский И Конструкторский Институт По Разработке Машин И Оборудования Для Переработки Пластмасс,Резины И Искусственной Кожи Устройство дл нагрева и охлаждени цилиндра экструдера
EP1300233A1 (de) * 2001-10-04 2003-04-09 Ruhrgas Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zum Beheizen eines Plastifizierzylinders

Also Published As

Publication number Publication date
CO2017007945A1 (es) 2019-03-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5969028B2 (ja) 酸素センサーを備えた水加熱システム
ES2691709T3 (es) Combustión de combustible
CN102506428B (zh) 一种平面火焰燃烧器
BRPI0811121B1 (pt) Processo de combustão para a fusão de vidro, injetor, queimador, e, forno
KR101827958B1 (ko) 연소 실험 장치
US4155702A (en) Burner
CN105258116B (zh) 适用于研究液体燃料燃烧特性的锥形火焰燃烧器及其方法
ITBO20120568A1 (it) Apparecchiatura di regolazione e controllo della combustione in un bruciatore a gas combustibile
US2603085A (en) Means for and method of ascertaining combustion characteristics of premixtures
WO2019026054A1 (es) Sistema de calentamiento a gas de alta precisión en el control de temperatura
CN105445325A (zh) 高分子材料的开口式闪点测试设备
RU2410144C2 (ru) Установка определения группы горючести строительных материалов
JP5224118B2 (ja) 着火温度測定装置及び着火温度測定方法
BRPI0900842A2 (pt) método para combustão de um combustìvel em fase sólida e dispositivo para combustão de um combustìvel em fase sólida
CN113533620A (zh) 自适应液体燃料高温层流火焰传播速度测量装置及方法
CN101626976B (zh) 为包含一种或多种烃的原料流的吸热反应提供含氧气流的方法
CN205449848U (zh) 高分子材料的开口式闪点测试设备
CN104880484A (zh) 松散煤体内气体热扩散测试用实验装置
JP3203794U (ja) 酸素指数方式燃焼性試験器
CN206337303U (zh) 一种用于化锌池的加热器
CN103591581A (zh) 自动点火多单元组合式平板加热装置
US20220307686A1 (en) Heating device
EP3857178B1 (en) A module for measuring the flow rate of fuel and a burner comprising such module
CN203533554U (zh) 自动点火多单元组合式平板加热装置
EP2519770B1 (en) Burner and combustion device comprising said burner

Legal Events

Date Code Title Description
NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18841273

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1