ES2340940T3 - Pulverizador mezclador de rodillos para pulverizar y mezclar fluidos. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo para la pulverización y el mezclado en flujo continuo de dos o más fluidos, comprendiendo un cuerpo contenedor (2) que presenta una cámara de pulverización (9), que tiene un extremo de entrada y un extremo opuesto, en donde dicha cámara (9) está formada por una única cavidad, caracterizado porque la cámara está abierta en dicha extremidad opuesta y presenta un eje longitudinal y comprende una o más unidades funcionales que comprende cada una siete rodillos (1), un rodillo central y seis rodillos periféricos colocados en círculo alrededor del rodillo central a lo largo de un círculo de referencia, todos a la misma distancia entre ellos y que tienen sus ejes longitudinales dispuestos paralelamente entre ellos y paralelamente al eje longitudinal de la cámara (9), dichos rodillos (1) centrales y periféricos estando dotados de un movimiento de giro sincronizado transmitido por un motor, cada rodillo periférico girando en un sentido opuesto con relación a los rodillos periféricos contiguos; cada uno de dichos rodillos (1) central y periféricos comprendiendo un cilindro delgado axial (3) sobre el cual están fijados grupos de seis varillas finas (4), rectilíneas y rígidas, todas perpendiculares al eje longitudinal del rodillo, coplanares, de modo que forman seis peines longitudinales dispuestos de modo que forman seis ángulos de 60°, el espacio entre dos varillas (4) consecutivas a lo largo del mismo peine siendo sustancialmente igual al grosor de una varilla (4), de forma que una varilla (4) puede pasar dentro de dicho espacio ajustada sin rozamiento; cada grupo de varillas (4) coplanares comprendiendo un disco (5) dispuesto sobre el cilindro axial (3); para cada rodillo periférico, la longitud de dichas varillas (4) y las estancias recíprocas entre los rodillos periféricos contigo siendo tales que los peines respectivos se engranan entre ellos durante giro, sin tocarse; cada grupo de varillas (4) de dicho rodillo central estando dispuesto longitudinalmente de manera que las varillas del rodillo central pasan ajustadas dentro de los espacios entre las varillas de los rodillos periféricos y viceversa, las varillas al girar golpeando la masa de los fluidos, engendrando la fragmentación de los fluidos, la fragmentación aumentando por el aumento de la velocidad angular del giro de los rodillos; dicha cámara (9) presentando paredes laterales formadas por seis bóvedas en arco de círculo consecutivas dispuestas como los rodillos periféricos, la disposición de los rodillos y el sentido particular de giro evitando que se formen zonas vacías.
Description
Pulverizador mezclador de rodillos para
pulverizar y mezclar fluidos.
Esta invención puede ser incluida en la
categoría de los pulverizadores, aún cuando su función principal sea
aquella de mezclar muy rápidamente fluidos que fluyen en flujo
continuo. Por otra parte, la utilización de los pulverizadores es
variada, en efecto son utilizados para diversos objetivos
(depuración, combustión, irrigación).
Los pulverizadores que pertenecen al estado
actual de la técnica funcionan gracias a la salida del líquido que
se va a pulverizar, oportunamente presionado por una bomba, a través
de uno o varios inyectores cuyo calibre reducido engendra una
resistencia al flujo. La salida fuera del inyector provoca una
repentina desaparición de la presión alrededor de líquido y como
consecuencia su explosión en micro agregados.
La patente US 3,722,831 describe un dispositivo
mezclador que tiene una cámara de mezclado. Dicha cámara comprende
elementos que accionados al giro por un motor mezclan las sustancias
que se van a tratar.
La patente US 2,650,804 describe un dispositivo,
según el preámbulo de la reivindicación 1, para la producción de
una espuma de flujo continuo. Dicho dispositivo es para flujo
continuo. Dicho mezclador comprendiendo diversas cámaras de
mezclado, en las cuales están alojados los elementos para el
mezclador.
El dispositivo según la invención está definido
por las características de la reivindicación 1.
El pulverizador mezclador según la invención
está constituido principalmente por:
- (1)*
- rodillos pulverizadores
- (2)
- cuerpo contenedor
\vskip1.000000\baselineskip
Los rodillos pulverizadores comprenden:
- (3)
- cilindros axiales
- (4)
- varillas
- (5)
- discos
\vskip1.000000\baselineskip
El cuerpo contenedor comprende:
- (6)
- tubos de aportación
- (7)
- compartimiento de transmisión y aportación
- (8)
- colector
- (9)
- cámara de pulverización
- (10)
- soporte en rosetón
- (11)
- soporte en ventana
- (12)
- cárter
- (13)
- engranajes
- (14)
- cojinetes de bolas
- (15)
- junta para la transmisión
-
\;
* - Los números entre paréntesis corresponden a aquellos utilizados en las figuras.
Su número mínimo es siete y sus ejes
longitudinales son paralelos entre sí. Uno de esto rodillos está
dispuesto en el centro, los otros seis están dispuestos en círculo
(círculo de referencia) alrededor del primero, en los vértices del
hexágono inscrito dentro de este círculo, y como consecuencia todos
a la misma distancia del centro que es la misma que existe entre
ellos. Cada rodillo (1) está compuesto por un cilindro axial delgado
(3) sobre la superficie del cual están fijadas varillas finas (4)
rectilíneas, todas perpendiculares al eje longitudinal del
rodillo.
Estas varillas (4) están alineadas a lo largo de
una misma línea recta sobre toda la longitud del rodillo (1)
creando un "peine". Para cada grupo de varillas (4) coplanares
hay un disco (5).
Las varillas (4) preferiblemente deberían tener,
sobre la superficie superior e inferior, un almenado debido a las
entallas perpendiculares al eje longitudinal de la varilla (4) que
forman láminas delgadas paralelas. La profundidad de las entallas y
su número deberá ser lo más grande posible. En los rodillos (1)
periféricos:
Especialmente en el caso en el que sean rígidas,
las varillas (4) estarán dispuestas en seis filas longitudinales
(seis peines) y de manera que formen sobre el plano perpendicular al
eje del rodillo (1) seis ángulos de 60°. A la misma altura que las
varillas (4) está colocado un disco (5) de un grueso igual a aquél
de las varillas (4) y de un radio más pequeño que la longitud de las
varillas (4). La longitud de las varillas (4) se obtendrá
sustrayendo del radio del círculo ideal (círculo de referencia),
sobre el cual se encuentra el centro axial de los seis rodillos (1)
exteriores, 18,34% de esta medida más el radio del cilindro (3)
axial y un poco más que el grosor de una varilla (4) (la hipotenusa
de un triángulo rectángulo cuyo lado es igual al grueso de una
varilla (4) y un ángulo es de 30°). El grosor de las varillas (4)
será lo más pequeño posible; su punta estará redondeada.
El radio de los discos (5) será igual al radio
del círculo antedicho menos la longitud de una varilla (4) y el
radio del cilindro axial (3); el grosor deberá ser aquél de las
varillas (4). (En el caso en el que se opte por varillas elásticas,
el número de peines podrá ser también más grande).
Los rodillos (1) periféricos están orientados de
modo que dos peines de un rodillo (1) corresponden al centro del
ángulo engendrado por dos peines contiguos de dos rodillos (1)
adyacentes (véase la figura 4).
La distancia entre una varilla (4) y aquella que
la sigue a lo largo del rodillo (1) será un poco más grande que el
grosor de una varilla (4), de manera que una varilla (4) puede pasar
dentro de este espacio con exactitud pero sin rozamiento.
Para estas soluciones los rodillos (1) podrán
estar articulados sin que los peines se toquen.
En el rodillo (1) central: hay igualmente
varillas (4) y discos (5); la longitud de las varillas (4)
corresponde al radio del "círculo de referencia" menos el
diámetro de los cilindros axiales (3) y lo que haga falta para
evitar el contacto con los rodillos (1) periféricos, el grosor será
el mismo que aquél de las varillas (4) de los rodillos (1)
periféricos.
El radio de los discos (5) será el mismo que
aquél de los discos (5) de los rodillos (1) periféricos, su grosor
puede ser el mismo o más pequeño.
Las varillas (4) y los discos (5) a diferencia
de los rodillos (1) periféricos, se alternan longitudinalmente a lo
largo del eje del rodillo.
Las varillas (4) estarán dispuestas sobre el eje
longitudinal de modo que correspondan a los espacios entre las
varillas (4) de los rodillos periféricos entre los cuales es
necesario que puedan pasar sin ningún contacto con ellas.
Los discos (5) serán coplanares con las varillas
(4) (y los discos) de los rodillos (1) periféricos.
Los peines del rodillo (1) central serán seis
(empleando material elástico podrán estar, como en el caso de los
rodillos periféricos, en un número un poco más grande).
Si es necesario, es posible, para ayudar o en
lugar de una propulsión exterior al pulverizador, inclinar las
varillas (4) de los rodillos (1) periféricos y del central
haciéndolos articular oportunamente sobre su eje longitudinal.
En este caso las varillas (4) deberán ser
laminares. Esta conformación genera una serie de hélices sobre
planos sucesivos que producirán además de la pulverización también
un empuje de la mezcla pulverizada.
Evidentemente sobre el plano horizontal,
perpendicular al eje de los rodillos, la posición de las varillas
(4) de un rodillo (1) con relación a aquella de los otros deberá ser
aquella que ya ha sido descrita. La inclinación del plano de las
hélices periféricas será, entre rodillos (1) periféricos contiguos,
opuesta (sinistrórsum y dextrorso).
Los cilindros (3) axiales de los rodillos (1)
están encajados dentro de otros tantos cojinetes (14) de esferas
estancos, engarzados sobre los soportes (10 y 11) que se encuentran
en los dos extremos de la cámara (9) de pulverización.
Los peines, en una estructura menos eficaz pero
de más simple fabricación, también podrán ser sustituidos por una
red de malla fina con el borde suministrado en diente de sierra, de
modo que el vértice de los dientes de los rodillos (1) periféricos
corresponde al fondo de los espacios interdentales del rodillo (1)
central.
Es una estructura compuesta por: una cámara de
pulverización (9).
Esta cámara (9) se obtiene de un cilindro en el
cual han sido cavadas, paralelamente al eje del cilindro, 6
cavidades cilíndricas del mismo diámetro, que están dispuestas como
los rodillos (1) periféricos que han sido descritos anteriormente y
con el radio igual a la longitud prevista para las varillas (4) de
los rodillos (1) periféricos más el radio de un cilindro (3) axial
y lo que haga falta para evitar el contacto con las varillas
(4).
El centro del "círculo de referencia" debe
corresponder a aquél del cilindro del cual se obtiene esta cámara
(9).
Resulta una única cavidad que tiene la pared
formada por seis bóvedas en arco de círculo, arcos que coinciden
por sus extremos laterales. El extremo de entrada de la cámara (9),
por medio de un soporte (11) de ventana, está en comunicación con
el compartimiento (7) de transmisión y aportación. Sobre la pared de
las bóvedas coincidentes se abren orificios bajos y largos de
sección transversal en arco, dispuestos en estrella y que comunican
con un colector (8) en anillo. El techo de esta extremidad de la
cámara (9) es un soporte (11) cerrado en la parte central en la
cual están engarzados los siete cojinetes (14) de bolas a través de
los cuales pasan los ejes de los siete rodillos (1) para entrar
dentro del compartimiento (7) de transmisión y aportación; en el
exterior de esta área se encuentran amplias aberturas que permiten
al fluido entrar dentro de la cámara (9) de pulverización.
Compartimiento (7) de transmisión y
aportación.
En este compartimiento (7) sobre los ejes de
seis rodillos (1) periféricos se insertan seis ruedas dentadas
articuladas entre ellas, una séptima rueda se superpone a aquella de
un rodillo (1) periférico y se articula, al nivel más alto, con una
rueda dentada insertada sobre el eje del rodillo (1) central en el
extremo del cual se inserta la junta (15) de transmisión.
Los engranajes (13) (ruedas dentadas) están
cubiertos por un cárter (12) que deja pasar el eje central para la
transmisión.
Sobre el techo de este compartimiento (7) se
insertan tubos (6) de aportación y centralmente se encuentra el
cojinete (14) estanco para el eje de transmisión.
El extremo opuesto de la cámara (9) de
pulverización está abierto, aun cuando aquí esté alojado un soporte
(10) "en roseta" que sostiene los siete cojinetes (14) dentro
de los cuales están fijados los otros extremos axiales de los siete
rodillos (1). Este soporte (10) está realizado de forma que deja
abierta la superficie más amplia proporcionando los encastres para
los cojinetes (14) de bolas.
Un motor trasmite el giro a los rodillos por el
eje, el engranaje del rodillo central y los seis engranajes
articulados entre sí.
El sentido de giro de los rodillos periféricos
será opuesto, entre los rodillos periféricos contiguos.
De esta forma si un rodillo gira en un sentido
(es sinistrórsum), los dos rodillos contiguos tendrán el sentido de
giro opuesto al anterior (es decir dextrorso).
Uno de los fluidos a tratar es introducido
dentro de la cámara de pulverización por medio de los tubos de
aportación y del compartimiento de transmisión y aportación, el otro
(o los otros) entra por el colector.
Los dos (o más) fluidos se encuentran en la
cámara de pulverización.
Los rodamientos girando pulverizan, por los
peines, el (o los) fluido líquido que, mezclándose con el (o los)
gas forma una mezcla espumosa.
La presión aguas arriba (o la conformación de
hélices de las varillas) empuja la espuma aguas abajo, donde
continúa la pulverización agitación a lo largo de toda la cámara de
pulverización.
Cuando sea necesario, en la salida del
pulverizador será insertado un separador centrífugo (como aquél
descrito en la solicitud de PCT n° PCT/IT2004/000377) que dejará
pasar el gas extrayendo los líquidos de la espuma.
Después del separador podrá ser colocado un
segundo pulverizador y, de esta manera, diversos pulverizadores y
separadores, en serie.
El gas atravesará el compartimiento de
transmisión y aportación y, dentro de la cámara de pulverización
siguiente, será mezclado con el otro fluido líquido
"nuevo".
El procedimiento de separación se puede
verificar también dentro de depósitos decantadores adecuados a la
salida de los cuales la espuma que proviene de uno o de varios
pulverizadores (en paralelo) es tratada por un único separador
centrífugo, de forma que el líquido cae dentro del depósito mientras
que los gases pueden salir al exterior.
El funcionamiento de este aparato se funda:
1) En la fragmentación generada por las varillas
giratorias.
2) En la persistencia de procedimiento de
fragmentación y agitación que impide la reunificación de los
micro-fragmentos y facilita la renovación de las
interfaces de contacto de los diversos fluidos.
3) En la neutralización, atenuación y desviación
de los sectores centrífugos generados por el giro trasmitido a las
partículas; de esto la ausencia dentro de la cámara de una zona de
baja densidad del líquido pulverizado.
4) En el hecho de que la mezcla fluida,
pulverizada y mezclada, se mueve a lo largo de la cámara continuando
siendo pulverizada y mezclada.
\vskip1.000000\baselineskip
- En cuanto al punto 1:
La fragmentación depende de la acción
desagregante provocada por el impacto de las varillas contra una
masa de fluido. Esta acción es tanto más fuerte cuanto más grande
es la masa del cuerpo golpeado y como consecuencia la resistencia a
la fuerza impulsiva; el brusco crecimiento de la presión en el
fluido genera la desagregación del fluido (líquido) y, en presencia
de gas, permite la formación de una espuma cuya densidad dependerá
de las relaciones cuantitativas líquido-gas y de la
tensión superficial del líquido; además de la fragmentación
engrandecida por el aumento de la velocidad angular de giro de los
rodillos.
Varillas más delgadas tienen una capacidad de
penetración más grande.
Las varillas más largas permiten la aplicación
de la fuerza golpeante a una superficie más grande del fluido y por
lo tanto un efecto explosivo más fuerte.
Colocando las varillas delgadas muy cerca entre
ellas se obtiene en el mismo tiempo una acción compresiva y
hendiente.
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- En cuanto al punto 2:
Después de la desagregación del líquido, que se
verifica prácticamente enseguida, este estado se mantiene por la
acción de las varillas a lo largo de toda la cámara de
pulverización.
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- En cuanto al punto 3:
La disposición particular de los rodillos y de
los peines procura que el vector centrífugo del rodillo central y,
parcialmente, aquél de los rodillos periféricos, sea neutralizado o
desviado por aquél de los rodillos contiguos. Esto evita que el
fluido con una densidad más grande (líquido) se acumule en la
periferia de la cámara de pulverización dejando en la zona central
de aquél de una densidad más pequeña (gas).
Las únicas zonas en las que falta la oposición
al vector centrífugo son tramos externos de las áreas circulares
periféricas.
En este sector (zona crítica, véase la figura 8)
hay, de todos modos, un flujo continuo del centro del rodillo hacia
la periferia que asegura la presencia del fluido pulverizado también
en esta zona (las posibilidades de eliminar esta imperfección se
exponen más adelante), además de la presencia de los discos en los
rodillos periféricos, que impiden el paso dentro de la periferia de
los cilindros axiales, evita que el fluido de una densidad más
pequeña (gas) pase dentro de los tramos externos de baja
concentración de fluido pulverizado.
Dentro del rodillo central los discos sirven
para impedir el paso hacia allí en donde no llegan las varillas de
los rodillos periféricos.
La disposición y el sentido de giro particular
son de modo que un mismo rodillo periférico, sobre una vertiente,
con el rodillo contiguo crea un empuje giratorio que tiende a llevar
el fluido fragmentado hacia el rodillo central; sobre la otra
vertiente, con el otro rodillo contiguo, genera un empuje giratorio
que tiende a llevar el fluido hacia la periferia.
De este modo en los seis espacios entre los
rodillos periféricos se forma alternativamente un flujo centrífugo
(3 espacios) y un flujo centrípeto (3 espacios), considerando como
centro aquél de la cámara. Esto evita que se formen zonas vacías
(véase la figura 8).
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- En cuanto al punto 4:
Los fluidos son empujados a lo largo de la
cámara por la presión generada por su propia alimentación. Si es
necesario, como ya se ha dicho, utilizando varillas laminares, se
pueden crear hélices superpuestas, de modo que se obtenga una bomba
axial de varias hélices.
El resultado de este proceso es una mezcla
intensa y fina de los dos o más fluidos que, si uno es gaseoso,
adopta el aspecto de una espuma densa.
La superficie de contacto entre el (los) líquido
y el (los) gas, gracias a este procedimiento, se aumenta
enormemente.
Esto permite obtener, en un tiempo muy reducido,
el contacto entre un número enorme de moléculas de los diferentes
fluidos (gaseosos y líquidos o en solución o en dispersión líquida).
Este fenómeno puede ser utilizado para diversos objetivos:
1) Para obtener rápidamente, y para grandes
cantidades de reactantes la reacción de un (o de varios) gas con los
reactantes disueltos en un medio líquido o que constituyen el
líquido. Esta reacción en ciertos casos podrá ser espontánea (por
ejemplo: CO2+Ca(OH)<2>), además de continuar después de
que se haya disparado (por ejemplo combustible +O<2>).
2) Para permitir la captura de partículas
dispersas en gas (residuos sin quemar, polvos) por un líquido
pulverizado.
3) Para obtener un intercambio térmico entre
líquido y gas.
4) Una agitación de fluidos, muy rápida y en
continuo, puede ser útil en diversos sectores: fabricación,
transformación, procesos de laboratorio, etcétera.
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Las ventajas del pulverizador mezclador según la
invención, con respecto a aquellos actualmente en utilización
son:
a) La posibilidad de obtener una columna de
mezcla pulverizada tan larga como se desee.
b) La mezcla puede fluir muy rápidamente y al
mismo tiempo las moléculas de un fluido entran en contacto con
aquellas del otro.
c) El procedimiento puede ser realizado en flujo
continuo.
d) Los conglomerados no se pueden presionar en
conglomerados más grandes: son destruidos y reformados.
e) Este sistema no necesita tubos que se pueden
embozar, ni la compresión del líquido. La energía necesaria para
hacer girar los rodillos es relativamente pequeña puesto que la
viscosidad de la mezcla pulverizada es muy reducida (en presencia
de un gas).
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Figura 1 vista de una sección longitudinal del
pulverizador según la invención.
Figura 2 vista axonométrica oblicua de una
sección longitudinal del pulverizador, según la invención, sin los
rodillos, ni el cárter y con una semisección del techo del
compartimiento de transmisión y aportación.
Figura 3 vista axonométrica oblicua de una
sección longitudinal del pulverizador según la invención con los
rodillos.
Figura 4 vista desde arriba de una sección
transversal del pulverizador según la invención; se ha quitado el
soporte "en roseta".
Figura 5 vista axonométrica oblicua de un tramo
de la cámara de pulverización, obtenida por dos cortes
transversales.
Figura 6 vista de una sección longitudinal de
los rodillos.
Figura 7 vista de un tramo de la cámara de
pulverización obtenida de un modelo de pulverizador según la
invención con la pared en aleta del cuerpo contenedor (una de las
tres partes ha sido quitada, la otra está desplazada; están
representados únicamente dos rodillos).
Figura 9 esquema de pulverizador según la
invención con la pared de la cámara de pulverización en arco de
semi-elipse y las varillas elásticas.
Figuras 8, 10, 11 esquemas de pulverización
según la invención con una o más de una unidad funcional (cada
rodillo corresponde a un círculo): con 1 unidad funcional (7
rodillos), está indicada la zona crítica (Z Cr), figura 8; con 7
unidades funcionales, figura 10; con 19 unidades funcionales, figura
11.
Para dimensionar oportunamente la sección de la
cámara de pulverización considerando también el radio de la
superficie circular ocupada por un único rodillo, se deberá
considerar la relación existente entre el área (abierta) de sección
completa (Atot) y el radio (r) de la sección ocupada por un único
rodillo (cilindro axial y peines), relación que está expresada por
la siguiente ecuación:
Atot=r^ +
6{2*[r<2>[pi]/6 - 0,5r * V(r<2>-(0,5r)<2>)]
+ 3 (rV6-2*[rV[omicron] - 0,5r *
^(r<2>-(0,5r)<2>)]}
Además será necesario añadir la superficie
ocupada por los ejes, por los discos y por las varillas.
Si se desea un comportamiento óptimo de este
aparato, se debe considerar que a lo largo de la cámara de
pulverización existe un empobrecimiento progresivo del componente
activo (componente que puede ser químico, por ejemplo:
Ca(OH)<2>, o físico, por ejemplo: energía térmica) y
por consiguiente se hace inútil un número más grande de contactos
entre los fluidos que se van a hacer que interactúen.
Un montaje en módulos dispuestos en serie,
alternados con otros tantos de separadores centrífugos, permite
hacer interactuar el fluido que se va a modificar (químicamente o
físicamente) con aquél que posee el componente modificante (líquido
que captura las partículas, energía térmica, compuestos químicos,
etc.), haciéndolo de modo que en cada módulo el fluido
"modificante" o "a modificar" sea nuevo.
El fluido modificante puede salir del
pulverizador después de haber cedido su componente modificante (por
ejemplo: aire caliente que haya cedido energía térmica al agua), en
este caso separadores centrífugos sacan el líquido modificado.
Viceversa, el fluido modificante puede entrar de nuevo dentro de
cada módulo y salir del mismo por medio del separador centrífugo
dejando que el fluido modificado entre dentro del módulo siguiente
(por ejemplo: agua fría que sustrae energía térmica al aire que
entra frío dentro de cada módulo y que sale, de cada módulo, más
caliente).
Otra modalidad de montaje modular es aquella en
paralelo.
Esta modalidad no permite insertar a la salida
de cada uno de los pulverizadores un separador centrífugo, si no
utilizar únicamente uno: o colocado a la salida de un tubo colector
que recoge el fluido de todos los pulverizadores o instalado, en
alto, a la salida de un depósito-decantador.
Por este montaje, pudiendo repartir los fluidos
en varios pulverizadores, se obtiene una reducción de velocidad del
flujo y por lo tanto una agitación más prolongada.
El problema de la zona de enrarecimiento del
fluido pulverizado (una zona de la parte exterior de los rodillos
periféricos) aparece especialmente en el caso de cámaras con una
sección muy amplia y cuando se quiere garantizar de una forma casi
absoluta la interacción de los fluidos.
Para eliminar este problema, ya casi resuelto
por la presencia de los discos, se puede:
1) Impedir el paso de gas a través de las áreas
críticas (tramo exterior de los rodillos periféricos), proveyendo
la pared de bóvedas de la cámara de pulverización de aletas de
diafragma que cierren selectivamente estos espacios insertándose
entre los planos que corresponden a las varillas de los peines. En
este caso, si se emplean varillas rígidas, la pared debe ser
dividida longitudinalmente en tres partes y ser montada después del
montaje de los rodillos (véase la figura 7).
2) Achatar los arcos de las bóvedas de la pared
de la cámara de pulverización (formando un arco de
semi-elipse con el eje más pequeño dirigido al
centro de la cámara). En este caso se deberá utilizar, para crear
los peines, varillas de material elástico (véase la figura 9).
3) Considerando el montaje de siete rodillos
como una unidad funcional, se puede utilizar un número más grande
(aumentando por múltiplos de seis) de submontajes de siete rodillos
(de los cuales se sustrae un rodillo allí donde se superponen
dos).
De esta manera se forma un área central dentro
de la cual se garantiza la ausencia de áreas de enrarecimiento, con
una zona periférica que posee áreas de enrarecimiento muy pequeñas
que, sumadas, tienen un área total de cualquier modo más pequeña
que aquella de una cámara con la misma área de sección pero con un
número más pequeño de unidades funcionales (véanse las figuras 10 y
11).
El pulverizador mezclador que es el objeto de
esta solicitud puede ser utilizado en muchas aplicaciones:
1) Para mezcla uno o varios líquidos con: un gas
o una mezcla gaseosa, humos, nieblas, polvos. Este procedimiento
puede servir para:
a) Depuración en flujo continuo de humos,
nieblas o gas de diversos orígenes (combustión de sustancias para
obtener energía térmica, eléctrica, mecánica; procesos de
fabricación, transformación; destrucción de escorias; incendios;
humo de tabaco).
Por ejemplo:
Se puede mezclar un humo que contenga un gas
contaminante (por ejemplo CO_{2}) con agua que contenga en
cantidades adecuadas un soluto (por ejemplo:
Ca(OH)_{2}) que puede, reaccionando con el gas y
formando un compuesto no gaseoso (por ejemplo: CaCO_{3}),
retenerlo en solución (o suspensión) y entonces moverlo de la fase
gaseosa.
Al mismo tiempo el agua (o, llegado el caso,
otro líquido), gracias a sus cargas eléctricas superficiales,
retendrá las partículas sólidas o líquidas dispersas (por ejemplo
hidrocarburos sin quemar). Agitando este líquido (por el separador
centrífugo de la solicitud de PCT n° PCT7IT2004/000377) se obtendrá
la eliminación de los componentes contaminantes, capturados por
medio del líquido, del flujo gaseoso.
b) Depuración en flujo continuo de polvos.
Por ejemplo: eliminación de polvos en procesos
industriales o en procesos de limpieza (aspiradores de polvo).
c) Para facilitar la mezcla de combustible y
aire, para la combustión. Por ejemplo: quemadores de calderas,
motores de combustión interna.
d) Para obtener un intercambio térmico líquido y
gas.
Por ejemplo: extracción térmica de calderas,
estufas, chimeneas, descargas gaseosas o líquidas calientes;
refrigeración de aire (climatizadores).
e) Para obtener: espumas; oxigenación de
acuarios, de piscinas, etc.
f) Para obtener una
pulverización-agitación en procesos industriales o
de laboratorio.
2) Para mezclar rápidamente y en flujo continuo
dos o más líquidos (preferiblemente en presencia de gas para
reducir mucho la viscosidad).
3) Para mezclar rápidamente y en flujo continuo
dos o más gases.
Punto
1
El pulverizador según la invención tiene las
siguientes capacidades:
La pulverización de los fluidos es continua, en
efecto no es debida a un único movimiento expulsivo del fluido,
sino a numerosos momentos de percusión y fragmentación del fluido
repetidos sin parar y a una frecuencia elevada.
Gracias a la disposición de los seis rodillos
alrededor de un rodillo central faltan las zonas en las cuales el
fluido de densidad más grande pueda ser presionado hasta el punto de
dejar las otras desprovistas. Esto permite:
- Obtener una masa fluida pulverizada y agitada
homogéneamente.
- La extensión de esta masa sobre todo el
espacio deseado.
- Que la mezcla fluida pueda fluir a lo largo de
la cámara (9) de pulverización conservando el estado de
pulverización y agitación continuada. En caso necesario, utilizando
varillas (4) laminares inclinadas en álabe de hélice, el flujo del
fluido a lo largo del pulverizador puede ser facilitado o generado
por el propio pulverizador.
Estas propiedades se obtienen gracias a una
estructura constituida principalmente por:
A) Cuerpo contenedor (2). B) Rodillos
pulverizadores (1).
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Punto
2
Dicho cuerpo contenedor (2) está constituido
por:
(9) cámara de pulverización. Compartimiento (7)
de transmisión y aportación. Colector (8).
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Punto
3
Dicha cámara (9) de pulverización está realizada
en las modalidades siguientes: es una cavidad cuyas paredes
exteriores están formadas de modo que forman 6 bóvedas en arco de
círculo cuyos extremos coinciden (véanse las figuras 4 y 5). Los
seis arcos derivan de seis círculos que tienen el centro coincidente
con los vértices del hexágono regular que se puede inscribir en un
círculo ("círculo de referencia") cuyo radio será función del
caudal que se desee. La medida del radio del "círculo de
referencia" (o del hexágono inscrito) depende del área de la
sección que deberá estar disponible para el paso de la mezcla fluida
y que puede, sino se desea una modificación de los volúmenes,
corresponder a la suma de las secciones de los conductos de
aportación de los dos o más fluidos al pulverizador. En la parte
inicial de esta cámara (9), gracias a los orificios dispuestos en
estrella, entra uno de los fluidos después de que haya pasado dentro
de un colector (8).
En el extremo aguas abajo se encuentra un
soporte (10) en roseta que, permitiendo el paso del fluido, presenta
los encastres para los siete cojinetes (14) de bolas en los cuales
se inserta un extremo de los siete rodillos (1). Aguas arriba se
encuentra el compartimiento (7) de transmisión y aportación que
gracias a las amplias aberturas del soporte (11) de ventana está en
comunicación con la cámara (9) de pulverización.
Los doce cojinetes (14) de bolas periféricos (6
en el soporte de ventana y seis en el soporte "en roseta")
tienen el centro en eje con los vértices del hexágono que se puede
inscribir dentro del "círculo de referencia".
Las paredes de la cámara (9), deseando optimizar
el rendimiento, pueden estar dotadas de aletas de diafragma
especiales y se insertan transversalmente entre las varillas (4) de
los rodillos (1) periféricos dentro de su tramo exterior (véase la
figura 7); de otro modo, utilizando material elástico para las
varillas (4), las bóvedas antes que ser en arco de círculo pueden
ser en arco achatado (semi elíptico) con el eje más pequeño
dirigida hacia el centro de la cámara (véase la figura 9).
\vskip1.000000\baselineskip
Punto
4
Dicho compartimiento (7) de transmisión y
aportación está realizado del modo siguiente: dentro del mismo están
alojados los engranajes (13) que, insertados sobre el eje de los
rodillos (1), transmiten el movimiento. Los seis engranajes (13)
periféricos se articulan entre ellos de modo que cada rodillo (1)
periférico gira en el sentido opuesto a aquél de los dos rodillos
(1) periféricos contiguos.
Un séptimo engranaje (13), situado por debajo de
uno de los seis anteriores, se articula con un engranaje (13)
insertado sobre el eje del rodillo (1) central y por el cual se
transmite la tracción.
Este engranaje (13) central recibe la tracción,
gracias a una junta (15), en el caso de una cámara (9) única, por
el motor; en el caso de un módulo siguiente al primero, por el eje
central del módulo aguas arriba.
Los engranajes están protegidos aguas arriba por
un cárter (12), aguas abajo el compartimiento (7) está delimitado
por un soporte (11) en ventana en el cual están alojados los
cojinetes (14). Este soporte (11) cierra el cárter (12) y en la
periferia de aquél hay dos ventanas amplias para el paso del fluido
hacia la cámara (9) de pulverización. Sobre la pared que delimita
aguas arriba este compartimiento (7) presenta tubos (6) de
aportación y, en el centro el cojinete (14) para la
transmisión.
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Punto
5
Dicho colector (8) está realizado del modo
siguiente:
Es una estructura hueca, en anillo, que rodea el
extremo inicial de la cámara (9) de pulverización. Permite al
fluido entrar dentro de la cámara (9) de pulverización. Por la
disposición de una aguas arriba de la otra se puede obtener la
entrada independiente de dos o más fluidos.
\newpage
La cavidad de corona circular de este colector
(8), gracias a los orificios grandes y bajos y con sección
transversal en arco, está en comunicación con el extremo inicial de
la cámara (9) de pulverización. Sobre su superficie exterior están
fijados los tubos (6) de aportación.
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Punto
6
Dichos rodillos pulverizadores (1) están
realizados del modo siguiente:
Cada rodillo (1) está compuesto por un cilindro
(3) axial sobre la superficie del cual están fijados los peines, en
el sentido longitudinal.
Los peines están constituidos por varillas
delgadas (4) que se alternan longitudinalmente con espacios un poco
más grandes que su grosor. Preferiblemente las varillas (4) tendrán,
sobre la superficie superior e inferior, un almenado perpendicular
a su eje longitudinal. Además de las varillas (4) se encuentra,
sobre los rodillos, para cada grupo de varillas (4) coplanares, un
disco (5).
Hay que distinguir los rodillos (1) periféricos
del rodillo (1) central (véase la figura 6).
En los rodillos (1) periféricos, la longitud de
las varillas (4) deberá ser el 81,65% de la distancia entre los
centros axiales de los rodillos (1) menos el radio del cilindro (3)
axial y un poco más que el grueso de una varilla (4) (la hipotenusa
de un triángulo rectángulo cuyo lado es igual al grosor de una
varilla y un ángulo es de 30°).
El número de peines de estos rodillos (1),
especialmente si las varillas (4) son de material elástico, será
seis.
Los discos están sobre el mismo nivel que las
varillas.
El radio de los discos (5), que excluyendo el
cilindro (3) axial son anillos, será el 18,34% de la misma distancia
menos el radio del cilindro (3) axial. Dentro del rodillo (1)
central, las varillas (4) y los discos (5) se alternan en el
sentido longitudinal y la longitud de las varillas (4) corresponde a
la distancia entre el centro-eje de los rodillos
(1) menos el diámetro de un cilindro (3) axial.
Este rodillo (1) tendrá también se peines; la
distancia entre las varillas (4) será la misma que aquella de los
rodillos (1) periféricos.
Las varillas (4) de los rodillos (1) periféricos
deberán poder pasar ajustadas entre aquellas del rodillo central y
rasando sus discos (5); viceversa, las varillas (4) del rodillo (1)
central pasarán entre las varillas (4) y los discos (5) en los
rodillos (1) periféricos rasando sus cilindros (3) axiales. Las
varillas (4) del rodillo (1) central corresponderán a los espacios
entre las varillas (4) de los rodillos (1) periféricos; sus discos
(5) están sobre el mismo nivel que las varillas (4) y los discos (5)
de los rodillos (1) periféricos (véase la figura 6). Los peines
pueden ser sustituidos, en una estructura menos eficiente pero más
económica, también por una red de malla fina, con el borde en
diente de sierra, haciendo de modo que los vértices de los dientes
de los rodillos periféricos correspondan al fondo de los espacios
interdentales del rodillo central y viceversa.
Los rodillos (1) que están instalados dentro de
la cámara (9) de pulverización, con los extremos axiales insertados
dentro de los cojinetes de los soportes (10) y (11) son siete (en la
realización más simple); son equidistantes, uno central y los otros
en orden alrededor, con el centro de su eje coincidiendo con los
vértices del hexágono que se puede escribir dentro del círculo
("círculo de referencia") que tiene en el centro el eje del
rodillo (1) central. Las varillas (4) también pueden ser de
material elástico; esto permite su flexión en el caso en el que se
quiera achatar el arco de las bóvedas de la cámara (9) para reducir
al mínimo la zona de baja concentración en el exterior que los
rodillos (1) periféricos (véase la figura 9). Por otra parte para
las varillas (4) elásticas el número de peines de los rodillos (el
central y los periféricos) podrá ser también un poco más grande,
pero de este modo se verificará un rozamiento de fatiga entre las
varillas (4).
Pueden ser laminares y giratorias oportunamente
sobre su eje longitudinal de modo que formen hélices axiales que
pueden generar no únicamente la pulverización sino también una
propulsión del fluido.
Se puede aumentar el número de los rodillos (1)
uniendo (según múltiplos de seis) unidades funcionales de siete
rodillos (1) (menos un rodillo allí en donde se superpongan dos) de
modo que se reduzca el porcentaje de la sección con baja densidad de
influido pulverizado (véanse las figuras 10 y 11).
Claims (18)
1. Dispositivo para la pulverización y el
mezclado en flujo continuo de dos o más fluidos, comprendiendo un
cuerpo contenedor (2) que presenta una cámara de pulverización (9),
que tiene un extremo de entrada y un extremo opuesto, en donde
dicha cámara (9) está formada por una única cavidad,
caracterizado porque la cámara está abierta en dicha
extremidad opuesta y presenta un eje longitudinal y comprende una o
más unidades funcionales que comprende cada una siete rodillos (1),
un rodillo central y seis rodillos periféricos colocados en círculo
alrededor del rodillo central a lo largo de un círculo de
referencia, todos a la misma distancia entre ellos y que tienen sus
ejes longitudinales dispuestos paralelamente entre ellos y
paralelamente al eje longitudinal de la cámara (9), dichos rodillos
(1) centrales y periféricos estando dotados de un movimiento de giro
sincronizado transmitido por un motor, cada rodillo periférico
girando en un sentido opuesto con relación a los rodillos
periféricos contiguos; cada uno de dichos rodillos (1) central y
periféricos comprendiendo un cilindro delgado axial (3) sobre el
cual están fijados grupos de seis varillas finas (4), rectilíneas y
rígidas, todas perpendiculares al eje longitudinal del rodillo,
coplanares, de modo que forman seis peines longitudinales dispuestos
de modo que forman seis ángulos de 60°, el espacio entre dos
varillas (4) consecutivas a lo largo del mismo peine siendo
sustancialmente igual al grosor de una varilla (4), de forma que una
varilla (4) puede pasar dentro de dicho espacio ajustada sin
rozamiento; cada grupo de varillas (4) coplanares comprendiendo un
disco (5) dispuesto sobre el cilindro axial (3); para cada rodillo
periférico, la longitud de dichas varillas (4) y las estancias
recíprocas entre los rodillos periféricos contigo siendo tales que
los peines respectivos se engranan entre ellos durante giro, sin
tocarse; cada grupo de varillas (4) de dicho rodillo central estando
dispuesto longitudinalmente de manera que las varillas del rodillo
central pasan ajustadas dentro de los espacios entre las varillas de
los rodillos periféricos y viceversa, las varillas al girar
golpeando la masa de los fluidos, engendrando la fragmentación de
los fluidos, la fragmentación aumentando por el aumento de la
velocidad angular del giro de los rodillos; dicha cámara (9)
presentando paredes laterales formadas por seis bóvedas en arco de
círculo consecutivas dispuestas como los rodillos periféricos, la
disposición de los rodillos y el sentido particular de giro
evitando que se formen zonas vacías.
2. Dispositivo según la reivindicación 1 en el
cual, para cada rodillo periférico, cada disco (5) está colocado al
mismo nivel que las varillas, el disco (5) teniendo el mismo grosor
que dichas varillas (4) y de radio inferior a la longitud de dichas
varillas (4).
3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2 en
el cual el disco (5) del rodillo central tiene un radio inferior a
la longitud de dichas varillas (4), las varillas (4) y los discos
(5) alternándose en el sentido longitudinal, dichos discos (5) del
rodillo central estando sobre el mismo nivel que las varillas de los
rodillos periféricos.
4. Dispositivo según las indicaciones 1 a 3 en
el cual las varillas (4) de los rodillos periféricos pasan entre
aquellas del rodillo central rasando sus discos (5) y las varillas
(4) del rodillo central pasan entre aquellas de los rodillos
periféricos rasando sus cilindros axiales (3).
5. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el cual cada varilla (4) comprende
entallas sobre su superficie superior e inferior, perpendiculares
al eje longitudinal de la varilla (4).
6. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el cual la longitud de las varillas
(4) de los rodillos periféricos es sustancialmente igual al 81,65%
de la distancia entre los centros de dos rodillos periféricos
contiguos menos un radio del cilindro axial (3) de los rodillos
periféricos.
7. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el cual cada varilla (4) de dicho
rodillo central tiene una longitud que corresponde aproximadamente
al radio del círculo ideal de referencia menos el diámetro de los
cilindros axiales (3).
8. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7 en el que el radio de cada disco (5) es igual
al radio del círculo ideal de referencia menos la longitud de una
varilla (4) y el radio del cilindro axial (3).
9. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que dicho cuerpo contenedor (2)
comprende un compartimiento de transmisión y aportación (7) en
comunicación con la cámara de pulverización y de mezclado (9).
10. Dispositivo según la reivindicación 9 en el
que dicho compartimiento de transmisión y aportación (7)
comprende:
- seis ruedas dentadas (13), insertadas
respectivamente sobre los ejes de seis rodillos periféricos,
articulados entre ellos; y
- una séptima rueda superpuesta a aquellas del
rodillo periférico (1) que se articula con una rueda dentada
insertadas sobre el eje del rodillo central.
11. Dispositivo según la reivindicación 10 en el
que dicho compartimiento de transmisión y aportación (7) comprende
una junta de transmisión (15) insertada en el extremo del rodillo
central, por la cual es transmitida la tracción por el motor.
12. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11 en el que dicho compartimiento de
transmisión y aportación (7) comprende tubos de aportación (6) para
la introducción de los fluidos que se van a tratar.
13. Dispositivo según la reivindicación 12 en el
que dicho compartimiento de transmisión y aportación (7) comprende
un colector (8) para la introducción de los fluidos que se van a
tratar.
14. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 13 en el que dicho compartimiento de
transmisión y aportación (7) está colocado en correspondencia con
dicho extremo de entrada.
15. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que la disposición de dichos
rodillos (1) y de dichos peines, conduce a una neutralización
sustancial de los vectores centrífugos de dichos rodillos (1),
impidiendo que el fluido de mayor densidad se acumule en la
periferia de la cámara de pulverización (9).
16. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que dicha cámara de pulverización
(9) comprende aletas de diafragma dispuestas a lo largo de dichas
paredes de bóveda de arco, dichas aletas insertándose entre los
planos que corresponden a las varillas (4) de los peines de cada
rodillo periférico, cerrando selectivamente los tramos externos de
los rodillos periféricos, impidiendo el paso del fluido entre
dichos espacios.
17. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que dicho cuerpo contenedor (2)
es cilíndrico.
18. Dispositivo según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores en el que todas dichas varillas (4)
tienen el mismo grosor.
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