ES1072707U - Dispositivo de dosificacion de una mezcla gaseosa. - Google Patents
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Abstract
1. Dispositivo (1, 1'') para la dosificación de una mezcla de al menos dos gases tales como, por ejemplo, gas comburente y un gas combustible, que comprende: - una primera tobera (23) que comprende una parte convergente (24) y que desemboca en una salida (26), comunicando esta primera tobera (23), aguas arriba de dicha parte convergente (24), con un primer conducto de transporte (2) de uno de dichos gases; - una segunda tobera (35) aguas abajo de la primera tobera (23), prácticamente coaxial a ésta y que comprende al menos una parte convergente de entrada (36) y una parte divergente de salida (38), estando una de dichas primera o segunda toberas (23, 35) montada deslizante con respecto a la otra, pudiendo de este modo la salida (26) de la primera tobera (23) introducirse en la entrada (36) de la segunda (35); - una cámara (34), en la que desemboca un segundo conducto de transporte (3) para otro de dichos gases, en comunicación con la salida (26) de la primera tobera (23) y la entrada (36) de la segunda; y - un accionador (5, 5'') que comprende: - un motor (8, 8'') con un árbol de salida (9) rotativo, y - una transmisión entre dicho árbol rotativo (9) y la tobera deslizante para convertir un movimiento de rotación del árbol (9) en un movimiento de desplazamiento axial de la tobera deslizante; estando dicho dispositivo de dosificación (1, 1'') caracterizado porque dicha transmisión es autobloqueante. 2. Dispositivo de dosificación (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha transmisión comprende un engranaje desmultiplicador (10) de rueda y tornillo sin fin acoplado a dicho árbol rotativo (9), y un mecanismo de conversión (11) acoplado a dicho engranaje desmultiplicador (10) para convertir el movimiento rotativo desmultiplicado en movimiento axial. 3. Dispositivo de dosificación (1) de acuerdo con la reivindicación 2, en el que dicho mecanismo de conversión (11) es de tornillo y tuerca. 4. Dispositivo de dosificación (1) de acuerdo con la reivindicación 3, en el que dicho mecanismo (11) de tornillo y tuerca comprende un tornillo (12) no coaxial sino prácticamente paralelo a las toberas, montado en el exterior del dispositivo (1). 5. Dispositivo de dosificación (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, en el que dicho mecanismo (11) de tornillo y tuerca comprende una tuerca (13) al menos parcialmente de materia sintética. 6. Dispositivo de dosificación (1'') de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dicha transmisión es del tipo de tornillo de bolas. 7. Dispositivo de dosificación (1, 1'') de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos una hendidura axial (29, 31) en una pared del dispositivo de dosificación, atravesada por una clavija (28, 30) conectada a la tobera deslizante. 8. Dispositivo de dosificación (1, 1'') de acuerdo con la reivindicación 7, en el que dicha clavija (28, 30) está conectada a la transmisión para accionar el movimiento de desplazamientoaxial de la tobera montada deslizante. 9. Dispositivo de dosificación (1, 1'') de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, que comprende además sensores de posición de dicha clavija (28, 30) tales como, por ejemplo, sensores (7) de fin de recorrido.
Description
Dispositivo de dosificación de una mezcla
gaseosa.
\global\parskip0.930000\baselineskip
La presente invención se refiere a un
dispositivo para la dosificación de una mezcla de al menos dos gases
tales como, por ejemplo, un gas comburente y un gas combustible.
La regulación de la composición atmosférica en
un horno, en particular para mantener composiciones diferentes en
varias zonas comunicantes en el horno o bien hacer evolucionar la
composición durante un ciclo, es un problema común a varios campos
técnicos, tales como, por ejemplo, en:
- \bullet
- la producción de hilos metálicos
- \bullet
- la producción de vidrio hueco, y
- \bullet
- las industrias de metales no ferrosos o reactivos, tal como la del cobre, así como en otros campos en los que las interacciones de atmósfera en hornos multizona pueden influir en el tratamiento de materiales.
En la producción de hilos metálicos, tal como se
divulga, por ejemplo, en la solicitud de patente internacional WO
03/104501, a menudo tienen lugar etapas de tratamiento térmico entre
las diferentes etapas de trefilado. Este tratamiento térmico,
llamado "patentado", se realiza en dos etapas, para obtener una
estructura de capas laminares de perlita que permite un trefilado
posterior, o la fijación de la carga de rotura final.
En un primer momento, la temperatura del hilo se
eleva a de 950 a 1000ºC para disolver de manera homogénea los
carburos y obtener una estructura de tipo austenítica. Esta etapa se
denomina austenitización.
En un segundo momento, el hilo se enfría
bruscamente hasta una temperatura de 530 a 600ºC, para mantenerlo
finalmente a esta temperatura aproximadamente de 6 a 12 segundos
para asegurar la precipitación de los carburos en forma laminar.
Este procedimiento en dos etapas se realiza en
mantas de hilos que desfilan en primer lugar a través de un horno a
alta temperatura, llamado horno de austenitización, y a continuación
a través de un lecho fluidizado o un baño de plomo fundido. Una
alternativa es asegurar su refrigeración al aire o en un medio
acuoso.
Durante la etapa de austenitización, el hilo se
lleva a temperaturas elevadas a las que el riesgo de descarburación,
es decir de oxidación en superficie, es importante, y esto tanto más
cuanto el hilo debe mantenerse por encima de 850 a 950ºC para
asegurar la completa disolución de los carburos.
En efecto, la oxidación importante del hilo da
una película que, después del decapado, deje en la superficie un
acero empobrecido en carbono, en el que la estructura perlítica
deseada no está presente.
Para evitar esta oxidación, cada hilo se inserta
en un tubo calentado desde el exterior en el que se inyecta un gas
protector, o el hilo está en contacto directo con una atmósfera de
composición fija, evitando de este modo la oxidación de su
superficie.
Esta última solución se aplica en hornos cuyos
productos de combustión están en contacto directo con los hilos.
Estos hornos se denominan "hornos de fuego abierto". Si no se
puede impedir la formación de una película muy reducida de óxido en
superficie, a causa del contacto del hilo con el agua residual de la
combustión, ésta no tiene normalmente consecuencias negativas. Más
bien al contrario, una película de varios micrómetros de grosor es
ventajosa para asegurar un estado de superficie satisfactorio. Sin
embargo, es preciso evitar una descarburación en profundidad que
normalmente sería fatal para el producto tratado.
Estos hornos, que comprenden típicamente de 3 a
5 zonas sucesivas, comprenden atmósferas cada vez más reductoras a
medida que los hilos alcanzan una temperatura elevada. La atmósfera
en estas zonas está fijada por la composición de los humos que salen
de los quemadores, composición que deberá variar, por lo tanto, de
acuerdo con la posición del quemador en el horno, y que dependerá a
su vez de la proporción de aire-combustible de la
mezcla suministrada al quemador.
En la producción de vidrios huecos, tales como
botellas o vasos para bebidas, más allá de un horno de fusión
principal, se encuentran hornos en forma de canales en los que el
vidrio se enfría lentamente para obtener una viscosidad compatible
con el molde en el que se verterá el vidrio. Este tipo de horno se
denomina "feeder" o "forehearth".
En el conjunto de estos hornos, la composición
del vidrio debe mantenerse en intervalos muy estrechos, así como
eventualmente el grado de oxidación de sus iones que, finalmente,
fijarán la composición del vidrio, o el color de éste después de la
refrigeración de la pieza vertida.
En este marco, siendo estos hornos relativamente
largos, también están previstas varias zonas de regulación de la
composición atmosférica, zonas en las que, de nuevo, debe mantenerse
una atmósfera constante, sea cual sea el nivel de producción.
\global\parskip1.000000\baselineskip
En el patentado de hilos metálicos, a la salida
del horno de los hilos tratados, se desea una estanqueidad perfecta
para evitar la atmósfera reductora de la última zona. En efecto,
cualquier presencia de oxígeno en contacto con el monóxido de
carbono reductor a alta temperatura daría lugar a la creación de una
llama, con el riesgo de que radicales libres de oxígeno no
descarburen la superficie de los hilos. Debido a esto, los humos de
combustión presentes en el horno se desplazan en sentido opuesto al
movimiento de los hilos.
Pero, como los quemadores se modulan en función
de la potencia de calor requerida y dado que cada zona recibe humos
de la zona siguiente, normalmente es necesario mantener una carga
estable para evitar que los ajustes de atmósfera que imperan en las
diferentes zonas del horno sean perturbados.
Estas perturbaciones plantean en efecto
problemas importantes, puesto que la variación de monóxido de
carbono producido en una zona hace que el volumen de monóxido de
carbono que llega a la zona precedente sea diferente. De esto puede
resultar, por lo tanto, una inestabilidad de la temperatura que
impera en cada zona, y un estado de superficie del hilo inconstante
con, como consecuencia, condiciones inestables de decapado a
gestionar y la posibilidad de contaminar durante éste la superficie
del hilo, por ejemplo, después del paso del hilo en la cuba de
temple con
plomo.
plomo.
Mediante los mismos fenómenos, en la producción
de vidrio hueco, una modificación de potencia en una zona puede
causar una interferencia de la atmósfera de esta zona sobre
otra.
Tanto en los hornos de austenitización de hilos
metálicos como en estos "feeders" para la producción de vidrio
hueco, es conocido por el especialista en la técnica la modulación
de la proporción de aire-gas combustible con la cual
cada quemador o grupo de quemadores es alimentado de forma manual
con un mezclador con trompa proporcional, tal como el divulgado
anteriormente en la patente francesa FR 1.180.156. El conjunto de
estos quemadores de cada zona puede ser alimentando por un solo
mezclador, o por varios mezcladores que suministran la misma
proporción de aire-gas combustible.
Para la modulación manual de la proporción de
aire-gas combustible con dicho mezclador, un
operador debe medir regularmente la atmósfera en cada zona del horno
con un analizador, interpretar los resultados, y desplazar un órgano
de ajuste de la mezcla en el mezclador de forma consecuente. Esto
hace intervenir a varios factores difícilmente controlables, tales
como la cadencia y regularidad de la toma de medida de la atmósfera
del horno, el orden de análisis de las zonas, la utilización del
analizador (calibrado, lectura) y la precisión de la interpretación
de los resultados obtenidos, la interpretación del tipo de
combustión dada por, por ejemplo un quemador de control, y la
sensibilidad del operador durante la acción sobre el órgano de
ajuste de la mezcla. El factor humano puede, por lo tanto, afectar
sensiblemente a la calidad de la producción. El mismo problema se
plantea de manera aún más aguda en hornos con una o más zonas
distintas, en los que la composición atmosférica en cada zona debe
seguir un valor de referencia variable a lo largo del ciclo de
producción.
Para resolver este problema es, por lo tanto,
muy deseable automatizar el ajuste de la mezcla en los mezcladores
en función de la diferencia entre la atmósfera deseada y la
atmósfera real en cada zona del horno. Para ello, es necesario
controlar los mezcladores y, como consecuencia, motorizarlos.
En la patente belga BE 764.407 se ha propuesto
un mezclador motorizado, que nos parece que constituye el estado de
la técnica más próximo. Este dispositivo para la dosificación de una
mezcla de al menos dos gases, tales como, por ejemplo, aire y un gas
combustible, que comprende:
- -
- una primera tobera que comprende una parte convergente que desemboca en una salida, comunicando esta tobera aguas arriba de dicha parte convergente con un primer conducto de transporte de uno de dichos gases;
- -
- una segunda tobera aguas abajo de la primera tobera, prácticamente coaxial a ésta y que comprende al menos una parte convergente de entrada y una parte divergente de salida, estando una de dichas primera o segunda toberas montada deslizante con respecto a la otra, pudiendo introducirse de este modo la salida de la primera tobera en la entrada de la segunda;
- -
- una cámara, en la que desemboca un segundo conducto de transporte para otro de dichos gases, en comunicación con la salida de la primera tobera y la entrada de la segunda; y
- -
- un accionador que comprende:
- \circ
- un motor con un árbol rotativo de salida,
- \circ
- una transmisión entre dicho árbol rotativo y la tobera deslizante para convertir un movimiento de rotación del árbol en un movimiento de desplazamiento axial de la tobera deslizante.
En este mezclador de la técnica anterior, esta
transmisión está formada por un engranaje desmultiplicador recto
acoplado a un anillo rotativo que rodea al mezclador, con un roscado
interno engranado a un roscado externo guiado axialmente y conectado
a la tobera deslizante.
Sin embargo, de manera inesperada, este
dispositivo de dosificación motorizado de la técnica anterior no ha
encontrado aplicaciones prácticas en los campos técnicos tales como
los del patentado de los hilos metálicos y de la producción de
vidrio hueco, que exigen una gran precisión en la mezcla. Se han
descubierto varias desventajas:
En primer lugar, el engranaje desmultiplicador
recto comprende un juego excesivo para el ajuste fino de la mezcla,
y en particular para la regulación continua. Además, solamente
ofrece una relación de desmultiplicación limitada, pero sobre todo
no puede impedir que una fuerza externa sobre la tobera o el anillo
o vibraciones puedan causar un desplazamiento axial de la tobera
independiente de los movimientos ordenados al motor. Ahora bien, el
ajuste preciso de la mezcla exige un control preciso de la posición
de la tobera, lo que es entonces imposible sin equipar al mezclador
con sensores de posición de la tobera caros y delicados.
Además, el mecanizado de los roscados interno y
externo, a causa de su gran diámetro y su pequeño ángulo de roscado
exige una gran precisión, y por lo tanto un coste de fabricación
elevado.
Es ventajoso suministrar un dispositivo de
dosificación de una mezcla gaseosa que permita una regulación
automática con precisión y sin histéresis sensible. Para ello, la
transmisión es autobloqueante.
Preferiblemente, dicha transmisión comprende un
engranaje desmultiplicador de rueda y tornillo sin fin acoplado a
dicho árbol rotativo y un mecanismo de conversión acoplado a dicho
engranaje desmultiplicador para convertir el movimiento rotativo
desmultiplicado en movimiento axial. La utilización de una
transmisión con un engranaje de rueda y tornillo sin fin como
engranaje desmultiplicador permite una desmultiplicación mucho más
elevada con un juego mucho más limitado. La conversión del
movimiento aguas abajo puede realizarse entonces con un engranaje de
tornillo y tuerca sin recurrir a roscados de ángulo de roscado
pequeño. El juego total del accionador está, por lo tanto, muy
limitado, permitiendo un ajuste de la mezcla sin histéresis
sensible.
Preferiblemente, dicho mecanismo de conversión
puede ser una transmisión de tornillo y tuerca. Aún más
preferiblemente, ésta comprende un tornillo no coaxial con dichas
toberas montado en el exterior del dispositivo. De esta manera, esta
transmisión puede seguir siendo fácilmente accesible para su
mantenimiento, al tiempo que tiene un volumen reducido. La
transmisión de tornillo y tuerca también puede comprender una tuerca
al menos parcialmente de materia sintética, que puede presentar
ventajosamente una carga máxima de rotura predeterminada, de modo
que se rompa en caso de bloqueo mecánico del mezclador, en el caso
de no activación de la protección eléctrica del motor, o en el caso
de un mal funcionamiento de un sensor de fin de recorrido y asegura
la protección de dicho mezclador, al tiempo que limita el juego de
la transmisión y, por lo tanto, la histéresis del ajuste de la
mezcla. En particular, la carga máxima de rotura de la tuerca puede
ser inferior a una carga máxima del motor, para proteger a éste
contra las sobrecargas.
Como alternativa, sin embargo, dicha transmisión
puede ser del tipo tornillo de bolas. Dicha transmisión permite
también un ajuste axial preciso, sin juego sensible, y
autobloqueante.
Preferiblemente, el dispositivo de dosificación
puede comprender al menos una hendidura axial en una pared,
atravesada por una clavija conectada a la tobera deslizante. De esta
manera, el desplazamiento de la tobera deslizante está guiado
axialmente y también puede ser accionado y/o medido desde el
exterior. Para ello, dicha clavija puede estar conectada al menos a
dicha transmisión para accionar el movimiento de desplazamiento
axial de la tobera montada deslizante y/o a sensores de posición de
dicha clavija, tales como, por ejemplo, sensores de fin de
recorrido.
Otro objetivo de la presente invención es el de
proporcionar un horno con al menos una zona de tratamiento térmico
en atmósfera automáticamente regulada. Para ello, la presente
invención también se refiere a un horno que comprende al menos una
zona de tratamiento térmico, un analizador de las composiciones
atmosféricas de dicha al menos una zona, al menos un quemador por
zona, al menos un dispositivo de dosificación de acuerdo con la
invención para la alimentación con gas comburente y gas combustible
del al menos un quemador de cada zona, y un regulador electrónico
conectado a dicho analizador y a los accionadores de dichos
dispositivos de dosificación para controlar en cada zona una
composición atmosférica que corresponde prácticamente a un valor de
referencia. De este modo, una composición atmosférica
predeterminada, prácticamente constante o bien variable de acuerdo
con un ciclo, puede controlarse en cada zona, y esto de manera
independiente de la carga del horno.
Preferiblemente, dicho regulador electrónico
puede ser un regulador PID, que permite una respuesta rápida a
diferencias con respecto a los valores de referencia, al tiempo que
se evitan en gran medida efectos de retroalimentación positiva.
Preferiblemente, dicho horno puede comprender
una pluralidad de dichas zonas en comunicación unas con otras. De
esta manera, la invención permite evitar que la composición
atmosférica de una zona a presión excesiva pueda afectar a la de una
zona a presión menos elevada.
Preferiblemente, dicho analizador puede
comprender sensores de oxígeno y de monóxido de carbono, para
determinar de este modo el carácter reductor u oxidante de la
composición atmosférica.
Preferiblemente, dicho analizador puede estar en
comunicación con un dispositivo de toma de muestras por zona. De
este modo, un solo analizador puede servir para regular la
composición atmosférica de todas las zonas del horno. Más
preferiblemente, el horno también puede comprender entonces una
bomba de extracción, y cada dispositivo de toma de muestras una
válvula de tres vías, de las que una primera está en comunicación
con la zona correspondiente, una segunda con dicha bomba de
extracción, y una tercera con dicho analizador. Esto asegura la toma
de muestras de la atmósfera de cada zona para el analizador. El
horno también puede comprender, entre dichos dispositivos de toma de
muestras y dicho analizador, un refrigerador provisto de una bomba
automática de evacuación de condensados, para proporcionar muestras
secas de la atmósfera de cada zona a una temperatura más aceptable
para el analizador. Aún más preferiblemente, aguas abajo de dicho
refrigerador, puede instalarse un detector de humedad, para
asegurarse del correcto funcionamiento del refrigerador. Para
asegurar el caudal de las muestras gaseosas hacia el analizador, el
horno también puede comprender, entre dichos dispositivos de toma de
muestras y dicho analizador, una bomba, preferiblemente conectada a
un caudalímetro para asegurar un caudal constante y/o provisto de
una válvula de seguridad.
Preferiblemente, el horno puede comprender
además un dispositivo de transporte de un gas de calibrado hacia el
analizador, para asegurar el calibrado de éste.
A continuación se describen detalles relativos a
la invención, haciendo referencia a los dibujos.
La figura 1 ilustra, en perspectiva, un
dispositivo de dosificación de acuerdo con una primera realización
de la invención;
La figura 2 ilustra el mismo dispositivo de
dosificación, en el que se ha retirado un capó del motor para dejar
expuesto al accionador;
La figura 3 es una vista en detalle del
accionador expuesto;
La figura 4 es una vista esquemática del
engranaje desmultiplicador del accionador de la figura 3;
La figura 5 es otra vista en perspectiva del
dispositivo de la figura 1 que muestra los sensores de fin de
recorrido de la tobera deslizante;
La figura 6 es un corte longitudinal del
dispositivo de la figura 1, con la tobera deslizante en una primera
posición;
La figura 7 es otro corte longitudinal del
dispositivo de la figura 1, con la tobera deslizante en una segunda
posición;
Las figuras 8a y 8b son vistas en perspectiva de
un primer segmento del dispositivo de la figura 1 que comprende la
tobera deslizante, sin el accionador o los sensores de fin de
recorrido;
La figura 9 ilustra, en perspectiva, un
dispositivo de dosificación de acuerdo con una segunda realización
de la invención;
La figura 10 ilustra el dispositivo de
dosificación de la figura 9 en corte longitudinal;
La figura 11 es una vista esquemática de un
horno de acuerdo con una realización de la invención; y
La figura 12 es un esquema de un procedimiento
de regulación del horno de la figura 11 de acuerdo con una
realización de la invención.
Un dispositivo de dosificación de una mezcla de
un primer y de un segundo gas, de acuerdo con una realización de la
presente invención, se ilustra en la figura 1. Este dispositivo de
dosificación 1 comprende un conducto de transporte 2 para el primer
gas, un conducto de transporte 3 para el segundo gas, un conducto de
salida 4 para la mezcla, un accionador 5 que sirve para ajustar la
dosificación de los gases en la mezcla y cubierta por un capó del
motor 6, y sensores de fin de recorrido 7 instalados en un lado del
dispositivo de dosificación 1 transversalmente opuesto al accionador
5.
En las figuras 2 y 3, el dispositivo de
dosificación 1 se muestra sin el capó del motor 6. De este modo se
expone el accionador 5 que comprende un motor eléctrico 8 con un
árbol rotativo de salida 9, un engranaje desmultiplicador 10
conectado a dicho árbol rotativo 9, y un mecanismo de conversión 11
con una entrada rotativa formada por un tornillo 12 conectado a
dicho engranaje desmultiplicador 10 y una salida axial formada por
una tuerca 13 engranada a dicho tornillo 12. La tuerca 13 es de
materia sintética, preferiblemente resistente al calor, y es
retenida en una jaula metálica 14 en la que se fija una corredera 15
de materia sintética, preferiblemente resistente al calor y que
presenta un bajo coeficiente de fricción con el metal. Esta
corredera 15 está guiada axialmente en una ranura 16 prácticamente
paralela al tornillo 12 y mecanizada en una superficie externa del
dispositivo 1.
El engranaje desmultiplicador 10 se ilustra
esquemáticamente en la figura 4. Se trata de un engranaje
autobloqueante de rueda 17 y tornillo sin fin 18, en el que el
tornillo sin fin 18 está acoplado el árbol rotativo 9 de salida del
motor 8, y la rueda 17 está acoplada a la entrada rotativa del
mecanismo de conversión 11. Dicho engranaje de rueda y tornillo sin
fin tiene la ventaja de ofrecer una relación de desmultiplicación
elevada con un volumen reducido y sobre todo con un juego muy
limitado.
En una realización ventajosa, la relación de
desmultiplicación del engranaje desmultiplicador 10 de una
realización preferida de la invención puede ser 31:1. Con, por
ejemplo, un paso de aproximadamente 2,5 mm en el tornillo 12, esto
da como resultado un avance de la tuerca 13 de aproximadamente 8 mm
por 100 revoluciones del motor, lo que facilita una regulación
precisa de la posición de la tuerca 13.
Utilizando con esta realización ventajosa una
tuerca 13 con una carga máxima de rotura de 2,4 kN, y un motor 8 que
tiene un par máximo de aproximadamente 0,25 Nm, es decir, que puede
ejercer una carga máxima de aproximadamente 3 kN a través de dicho
engranaje desmultiplicador 10 y tornillo 12, la rotura controlada de
dicha tuerca 13 protegerá al motor 8 de una sobrecarga.
En la figura 5 pueden apreciarse los dos
sensores de fin de recorrido 7 instalados en un lado del dispositivo
1 opuesto al accionador 5.
Volviendo ahora a las figuras 6 y 7, se observa
el dispositivo de dosificación 1 en corte longitudinal. En ellas
puede apreciarse que el dispositivo de dosificación 1 comprende tres
segmentos 19, 20 y 21. El primer segmento 19 comprende un manguito
22 con dicho conducto de transporte 2 del primer gas, que desemboca
en una primera tobera 23 montada deslizante en este manguito 22.
Esta primera tobera 23 comprende una primera parte 24 convergente, y
una segunda parte 25 cilíndrica. Alrededor de su extremo de salida
26, esta primera tobera 23 comprende también un reborde externo
circular 27. La primera tobera 23 está unida a la jaula metálica 14
de la tuerca 13 del accionador 5 mediante una clavija 28 que
atraviesa una hendidura 29 en el manguito 22, de manera que el
movimiento axial de la tuerca 13 se transmita a la primera tobera
23. La corredera 15 cierra la hendidura 29, impidiendo de este modo
que el primer gas escape por esta hendidura 29. El primer segmento
19 también comprende una clavija 30 y una hendidura 31 idénticas y
diametralmente opuestas a la clavija 28 y la hendidura 29, para
indicar la posición de la primera tobera 23 a los sensores de fin de
recorrido 7. Como se ilustra en las figuras 8a y 8b, este primer
segmento 19 es, por lo tanto, prácticamente simétrico, y pueden
intercambiarse las posiciones del accionador 5 y los sensores de fin
de recorrido 7 de acuerdo con los imperativos de volumen externo del
dispositivo 1.
Una junta de estanqueidad anular 32 está
prevista entre esta primera tobera 23 y el manguito 22, a uno y otro
lado de las hendiduras 29 y 31. Estas juntas 32 se inmovilizan en
alojamientos anulares 33 realizados en la pared externa de la
primera tobera 23.
La segunda sección 20 une los primer y tercer
segmentos 19 y 21, comprende el conducto de transporte 3 del segundo
gas y forma una cámara 34 alrededor del extremo de salida 26 de la
primera tobera 23.
Finalmente, la tercera sección 21 comprende una
segunda tobera 35 fija con una primera parte convergente de entrada
36, una segunda parte 37 cilíndrica, y una tercera parte divergente
de salida 38. Esta segunda tobera 35 forma, por lo tanto, un tubo
Venturi. La parte convergente 36 está formada por dos troncos de
cono 39 y 40 colocados uno inmediatamente detrás de otro. La
conicidad del primer tronco 39 es sensiblemente superior a la del
otro tronco 40, que es más bien de conicidad reducida.
Cuando el caudal del primer gas se ha iniciado,
el dispositivo de dosificación 1 funciona como un eyector, en el que
el chorro del primer gas que sale de la primera tobera arrastra
consigo un caudal proporcional del segundo gas. El dispositivo de
dosificación 1 permite obtener una proporción constante de los dos
gases en una mezcla de estos últimos manteniendo un flujo laminar de
las capas superpuestas coaxiales de los dos gases en el dispositivo,
en particular en el momento en que estos últimos se ponen en
contacto uno con el otro. El reborde 27 permite crear una película
de gas estacionario en la pared externa de la primera tobera 23,
disminuyendo de este modo el roce entre esta pared y el gas que
fluye alrededor de ésta. La mezcla efectiva de los dos gases
solamente tiene lugar aguas abajo del dispositivo de dosificación
1.
Es así como, para una mezcla de gas combustible
y comburente, cuando el dispositivo de dosificación 1 se monta de
manera que alimente a un quemador o un grupo de quemadores, la
proporción de los dos gases no está influida por la contrapresión a
la salida del quemador o quemadores.
La proporción entre los dos gases puede
regularse mediante desplazamiento axial de la primera tobera 23 con
respecto a la segunda tobera 35. A causa de la forma convergente de
la entrada 36, el espacio anular 41 entre las dos disminuirá cuando
las dos toberas 23 y 35 se acerquen, restringiendo de este modo el
caudal del segundo gas. En la figura 6, el dispositivo de
dosificación 1 se ilustra con la primera tobera 23 en su posición
más alejada con respecto a la segunda tobera y, por lo tanto, una
proporción máxima entre el segundo y el primer gas en la mezcla. En
la figura 7, por el contrario, la primera tobera 23 se hace avanzar
hasta contactar con la pared de la entrada 36 de la segunda tobera
35, cerrando de este modo el espacio anular 41 para impedir el paso
del segundo gas.
Este desplazamiento de la primera tobera 23 se
realiza mediante el accionador 5. Cuando el motor eléctrico 8 hace
girar al árbol de salida 9, su movimiento rotativo se desmultiplica
en primer lugar en el engranaje 10 y a continuación se convierte en
un desplazamiento axial de la tuerca 13 mediante el mecanismo 11. La
tuerca 13 y la clavija 28 arrastran a la primera tobera 23 en su
desplazamiento axial en el manguito 22, acercándola o alejándola de
la segunda tobera 35. La proporción entre los dos gases puede
ajustarse de este modo controlando el motor 8.
\newpage
Las figuras 9 y 10 ilustran una realización
alternativa de un dispositivo de dosificación de acuerdo con la
invención. Excepto por el accionador, este dispositivo de
dosificación 1' es idéntico al de la primera realización. En este
otro dispositivo de dosificación 1' el accionador 5' comprende sin
embargo un motor eléctrico paso a paso 8' con un árbol rotativo de
salida (que no se ilustra) orientado paralelamente al eje del
dispositivo de dosificación 1' y una transmisión de tipo tornillo de
bolas con una entrada rotativa conectada a dicho árbol rotativo del
motor 8' y una salida axial 13'. Esta salida axial 13' del
accionador 5' está unida a la tobera 23 mediante una clavija 28 que
atraviesa una hendidura 29 en el manguito 22, de manera que el
movimiento axial de la salida axial 13' se transmita a esta primera
tobera 23.
Con un paso de tornillo de 4 mm por vuelta en la
transmisión de tipo tornillo de bolas y la utilización de un motor
5' de precisión paso a paso, es posible obtener una precisión axial
del orden de un décimo de milímetro. La fuerza axial máxima del
accionador 1' ilustrado es de 800 N, y la velocidad axial máxima de
130 mm/s.
La figura 11 presenta esquemáticamente un horno
42 que comprende varias zonas 43 con atmósferas reguladas y en
comunicación unas con otras. Este horno 42 podría ser, por ejemplo,
un horno de austenitización de hilos metálicos que desfilan a través
de las zonas 43, o bien un horno de tipo "feeder" instalado
entre un horno principal de fusión de vidrio y un molde para dar
forma a vidrios huecos. En el horno 42 ilustrado, cada zona 43
comprende varios quemadores 44 alimentados con una mezcla de gas
combustible-aire por un dispositivo de dosificación
1 como el divulgado anteriormente. Sin embargo, para simplificar el
esquema, se ilustra un solo quemador 44 para cada zona 43. Cada zona
43 también comprende un dispositivo de toma de muestras 45, que
permite tomar muestras gaseosas de la atmósfera de esta zona 43 y
que comprende una válvula 46 de tres vías, de las que una primera
está en comunicación con la zona 43 correspondiente, una segunda con
una bomba de extracción 47 común, y una tercera con un conducto 48
común. En este conducto 48 se instalan un dispositivo 49 de
transporte de un gas de calibrado, un refrigerador 50 provisto de
una bomba 51 automática de evacuación de condensados, un detector de
humedad 52 aguas abajo del refrigerador 50 para asegurarse de su
correcto funcionamiento, y una bomba 53, provista de una válvula de
seguridad 54 para evitar una presión excesiva aguas abajo, y
conectada a un caudalímetro 55 para asegurar un caudal constante en
el conducto 48. Este conducto 48 desemboca en un analizador 56 que
comprende al menos sensores de contenidos en volúmenes relativos de
oxígeno y monóxido de carbono de las muestras atmosféricas tomadas
en las zonas 43. El analizador 56 está conectado a un regulador
electrónico 57 para transmitirle dichos contenidos. El regulador
electrónico 57 está, a su vez, conectado a los dispositivos de
dosificación 1 para ajustar por zona la mezcla de
aire-combustible con la cual cada quemador 44 es
alimentado, y corregirla en el caso en que la composición
atmosférica en la zona 43 correspondiente se alejara de un valor de
referencia previo. Este valor de referencia podría ser ajustado por
un usuario en función tanto del carácter oxidante o reductor deseado
de la atmósfera en cada zona 43, como del gas combustible utilizado
(por ejemplo metano, gas natural, GPL, propano, butano, etc.) y su
proporción con el gas comburente.
El procedimiento de regulación de la composición
atmosférica de cada zona 43 del horno 42 se ilustra en la figura 12.
Cuando la muestra atmosférica tomada por el dispositivo 45 se
suministra, a través del conducto 48 con el refrigerador 50 y la
bomba 53, al analizador 56, éste mide sus contenidos de oxígeno y
monóxido de carbono y transmite señales correspondientes 58 y 59 al
regulador 57. En dicho regulador 57, la señal 58, correspondiente al
contenido de oxígeno, se resta de la señal 59, correspondiente al
contenido de monóxido de carbono. La señal 60 resultante se compara
a continuación con una señal 61 correspondiente a dicho valor de
referencia previo para obtener una señal 62. La señal 62 se somete a
una ley de regulación PID
(proporcional-integral-derivativo)
por los bloques proporcional 63, integral 64, y derivativo 65, para
obtener una señal 66 de regulación del motor 8 del accionador 5 del
dispositivo de dosificación 1.
El regulador 57 controla también la apertura y
cierre sucesivos de las válvulas 46 de los dispositivos de toma de
muestras 45, para tomar muestras sucesivas de cada zona 43 y, de
este modo, regular cada dispositivo de dosificación 1 de manera
consecuente.
Aunque la presente invención se haya descrito en
referencia a ejemplos de realización específicos, es evidente que
pueden realizarse diferentes modificaciones y cambios en estos
ejemplos sin salir del alcance general de la invención tal como se
define mediante las reivindicaciones. Por ejemplo, el dispositivo de
dosificación podría utilizarse para mezclas gaseosas diferentes de
una mezcla de gas comburente-gas combustible. La
segunda tobera podría montarse deslizante, y la primera fija, de
manera que sea la segunda la que sea desplazada por el accionador
para acercar y/o alejar una a la otra. El horno también podría ser
un horno con una sola zona de tratamiento, pero por ejemplo con
valor de referencia de composición atmosférica variable. Por
consiguiente, la descripción y los dibujos deben considerarse en
sentido ilustrativo en vez de restrictivo.
Claims (9)
1. Dispositivo (1, 1') para la dosificación de
una mezcla de al menos dos gases tales como, por ejemplo, gas
comburente y un gas combustible, que comprende:
- -
- una primera tobera (23) que comprende una parte convergente (24) y que desemboca en una salida (26), comunicando esta primera tobera (23), aguas arriba de dicha parte convergente (24), con un primer conducto de transporte (2) de uno de dichos gases;
- -
- una segunda tobera (35) aguas abajo de la primera tobera (23), prácticamente coaxial a ésta y que comprende al menos una parte convergente de entrada (36) y una parte divergente de salida (38), estando una de dichas primera o segunda toberas (23, 35) montada deslizante con respecto a la otra, pudiendo de este modo la salida (26) de la primera tobera (23) introducirse en la entrada (36) de la segunda (35);
- -
- una cámara (34), en la que desemboca un segundo conducto de transporte (3) para otro de dichos gases, en comunicación con la salida (26) de la primera tobera (23) y la entrada (36) de la segunda; y
- -
- un accionador (5, 5') que comprende:
- \sqbullet
- un motor (8, 8') con un árbol de salida (9) rotativo, y
- \sqbullet
- una transmisión entre dicho árbol rotativo (9) y la tobera deslizante para convertir un movimiento de rotación del árbol (9) en un movimiento de desplazamiento axial de la tobera deslizante;
estando dicho dispositivo de
dosificación (1, 1') caracterizado por que dicha transmisión
es
autobloqueante.
2. Dispositivo de dosificación (1) de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que dicha transmisión comprende un
engranaje desmultiplicador (10) de rueda y tornillo sin fin acoplado
a dicho árbol rotativo (9), y un mecanismo de conversión (11)
acoplado a dicho engranaje desmultiplicador (10) para convertir el
movimiento rotativo desmultiplicado en movimiento axial.
3. Dispositivo de dosificación (1) de acuerdo
con la reivindicación 2, en el que dicho mecanismo de conversión
(11) es de tornillo y tuerca.
4. Dispositivo de dosificación (1) de acuerdo
con la reivindicación 3, en el que dicho mecanismo (11) de tornillo
y tuerca comprende un tornillo (12) no coaxial sino prácticamente
paralelo a las toberas, montado en el exterior del dispositivo
(1).
5. Dispositivo de dosificación (1) de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 3 ó 4, en el que dicho
mecanismo (11) de tornillo y tuerca comprende una tuerca (13) al
menos parcialmente de materia sintética.
6. Dispositivo de dosificación (1') de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que dicha transmisión es del tipo de
tornillo de bolas.
7. Dispositivo de dosificación (1, 1') de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que
comprende al menos una hendidura axial (29, 31) en una pared del
dispositivo de dosificación, atravesada por una clavija (28, 30)
conectada a la tobera deslizante.
8. Dispositivo de dosificación (1, 1') de
acuerdo con la reivindicación 7, en el que dicha clavija (28, 30)
está conectada a la transmisión para accionar el movimiento de
desplazamiento axial de la tobera montada deslizante.
9. Dispositivo de dosificación (1, 1') de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, que
comprende además sensores de posición de dicha clavija (28, 30)
tales como, por ejemplo, sensores (7) de fin de recorrido.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES201030169U ES1072707Y (es) | 2010-02-26 | 2010-02-26 | Dispositivo de dosificacion de una mezcla gaseosa |
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| ES201030169U ES1072707Y (es) | 2010-02-26 | 2010-02-26 | Dispositivo de dosificacion de una mezcla gaseosa |
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