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ES2257175B1 - AEROSOL SELECTOR FOR THE CHARACTERIZATION OF MULTIPLE HOLES ATOMIZERS. - Google Patents

AEROSOL SELECTOR FOR THE CHARACTERIZATION OF MULTIPLE HOLES ATOMIZERS. Download PDF

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ES2257175B1
ES2257175B1 ES200402228A ES200402228A ES2257175B1 ES 2257175 B1 ES2257175 B1 ES 2257175B1 ES 200402228 A ES200402228 A ES 200402228A ES 200402228 A ES200402228 A ES 200402228A ES 2257175 B1 ES2257175 B1 ES 2257175B1
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Eduardo Lincheta Mesa
Jose Suarez Garcia
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CENTRO DE ESTUDIOS DE COMBUSTION Y ENERGIA UNIVERSIDAD DE MATANZAS
CT DE ESTUDIOS DE COMB Y EN UN
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
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CENTRO DE ESTUDIOS DE COMBUSTION Y ENERGIA UNIVERSIDAD DE MATANZAS
CT DE ESTUDIOS DE COMB Y EN UN
Consejo Superior de Investigaciones Cientificas CSIC
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    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B15/00Details of spraying plant or spraying apparatus not otherwise provided for; Accessories

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  • Nozzles (AREA)

Abstract

Selector de aerosol para la caracterización de atomizadores de orificios múltiples. Dispositivo selector de un aerosol, especialmente diseñado para la caracterización de atomizadores con múltiples orificios de salida. Consta de un cuerpo cilíndrico mecanizado con aperturas en ambas caras, con un asentamiento interior para seleccionar el orificio de descarga que se pretende caracterizar. La forma en que están concebidos el diseño y construcción de la pieza permite adaptarlo a cualquier ángulo de salida y diámetro del orificio de descarga. Este dispositivo posibilita la realización de medidas de tamaños de gotas, ángulo del aerosol y caudal de líquido de cada uno de los orificios individuales en los atomizadores sin afectar el funcionamiento nominal del mismo. Con su uso se podrá mejorar el diseño de las boquillas que manejan grandes flujos de combustibles como las que se emplean para la atomización de petróleos pesados en centrales eléctricas, en los hornos de carbón, en la pulverización depinturas, etc.Aerosol selector for the characterization of multi-hole atomizers. An aerosol selector device, specially designed for the characterization of atomizers with multiple outlet holes. It consists of a mechanized cylindrical body with openings on both sides, with an internal settlement to select the discharge hole that is intended to characterize. The way in which the design and construction of the piece are conceived allows it to be adapted to any outlet angle and diameter of the discharge hole. This device allows measurements of droplet sizes, spray angle and liquid flow of each of the individual holes in the atomizers without affecting the nominal operation thereof. With its use it will be possible to improve the design of the nozzles that handle large fuel flows such as those used for the atomization of heavy oils in power plants, in coal furnaces, in spray painting, etc.

Description

Selector de aerosol para la caracterización de atomizadores de orificios múltiples.Aerosol selector for characterization of multi-hole atomizers.

Sector de la técnicaTechnical sector

Sectores eléctrico, energético, agricultura, construcción y la industria de la automoción entre otros. Dispositivo selector de un aerosol para la caracterización precisa de boquillas de orificios múltiples empleados para la atomización, por ejemplo, de los petróleos pesados de baja calidad, suspensiones de sólidos en líquidos, emulsiones, en motores de combustión interna, en la aplicación de pinturas, herbicidas y procesos de secado, alquitranes, productos asfálticos, extinción de fuegos, corte y recubrimiento de materiales, etc.Electrical, energy, agriculture, construction and the automotive industry among others. Aerosol selector device for precise characterization of multi-hole nozzles used for atomization, for example, of low quality heavy oils, solids suspensions in liquids, emulsions, in engines internal combustion, in the application of paints, herbicides and drying processes, tars, asphalt products, extinction of fires, cutting and coating materials, etc.

Estado de la técnicaState of the art

La atomización de líquidos tiene una gran importancia por estar presente en múltiples procesos industriales y aplicaciones de la vida diaria. Entre las más conocidas están la combustión de combustibles líquidos (tanto en calderas y hornos como en turbinas de gas y motores de combustión interna), procesos de pintura, secado, extinción de fuegos, corte y recubrimiento de materiales, dispersión de agentes químicos, etc. En otras ramas de marcado interés social como la agricultura (riego, aplicación de herbicidas e insecticidas), la construcción (aspersión de alquitranes para el asfaltado de pavimentos) y la medicina (aerosoles para la prevención y tratamiento de enfermedades respiratorias) también es frecuente el uso de líquidos atomizados.The atomization of liquids has a great importance for being present in multiple industrial processes and Daily life applications. Among the best known are the combustion of liquid fuels (both in boilers and furnaces as in gas turbines and internal combustion engines), painting, drying, extinguishing fires, cutting and coating materials, dispersion of chemical agents, etc. In other branches of marked social interest such as agriculture (irrigation, application of herbicides and insecticides), construction (sprinkling of tars for asphalting pavements) and medicine (aerosols for disease prevention and treatment respiratory) the use of fluids is also frequent atomized

El estudio de la generación de aerosoles a partir de un volumen de líquido es un tema al que se han dedicado innumerables esfuerzos de científicos e ingenieros desde hace más de un siglo (Rayleigh, 1878). Desde la década de los años 30 del siglo anterior, existen en la literatura científica reportes de estudios tanto teóricos de estabilidad lineal (Squire, 1953) como experimentales (Dombrowski y col., 1960), sobre la atomización de líquidos. Un resumen de los diferentes tipos de boquillas de atomización y sus aplicaciones puede consultarse en el libro Atomization and Sprays de A. Lefevbre (1989), así como en las referencias citadas en él.The study of the generation of aerosols from a volume of liquid is a subject to which innumerable efforts of scientists and engineers have been dedicated for more than a century (Rayleigh, 1878). From the decade of the 30s of the previous century, there are reports in the scientific literature of both theoretical studies of linear stability (Squire, 1953) and experimental studies (Dombrowski et al., 1960), on the atomization of liquids. A summary of the different types of atomization nozzles and their applications can be found in the book Atomization and Sprays by A. Lefevbre (1989), as well as in the references cited therein.

Cuando el líquido a pulverizar es muy viscoso (por ejemplo, petróleos de baja calidad o crudos, pinturas, emulsiones, suspensiones, alquitranes, etc.), o cuando los caudales necesarios son muy altos y el tamaño de las gotas requeridas muy pequeños, se suelen emplear atomizadores con más de un orificio de salida. Estas boquillas son muy comunes en aplicaciones industriales. Un ejemplo típico son las boquillas de tipo "Y", las cuales se emplean en el sector eléctrico desde el año 1965 (ver patente US3185202), aunque el primer diseño de boquillas de fluido auxiliar data de 1922 (ver patente US 1428896).When the liquid to be sprayed is very viscous (for example, low quality or crude oils, paints, emulsions, suspensions, tars, etc.), or when flows necessary are very high and the size of the drops required very small, atomizers with more than one hole are usually used exit. These nozzles are very common in applications Industrial A typical example is the "Y" type nozzles,  which are used in the electrical sector since 1965 (see US3185202), although the first design of fluid nozzles auxiliary dates from 1922 (see US patent 1428896).

Este tipo de atomizadores se emplea cada vez más hoy en día dada la continua disminución de calidad en los petróleos líquidos que se emplean para la generación eléctrica, lo que se demuestra por la actualidad de gran cantidad de patentes como la US4249885 de 1981, la US2001030247 de 2001, así como la solicitud de patente 200202944. Pueden también citarse como aplicaciones típicas de las boquillas con más de un orificio de descarga los atomizadores por presión que se emplean en los hornos de carbón (patente IN153298), para pulverizar otros fluidos (patente DE4230054) y en los motores diesel de combustión interna (patente JP5321789).This type of atomizer is increasingly used nowadays given the continuous decrease of quality in oils liquids that are used for electricity generation, which is currently demonstrates a large number of patents such as the US4249885 of 1981, US2001030247 of 2001, as well as the application for Patent 200202944. They can also be cited as typical applications of the nozzles with more than one discharge hole the pressure atomizers used in coal furnaces (patent IN153298), to spray other fluids (patent DE4230054) and in internal combustion diesel engines (patent JP5321789).

Diseños de dispositivos selectores de spray se pueden consultar en la bibliografía técnica sobre este tema. Existen asimismo patentes referentes a casos similares. Un ejemplo peculiar es el selector de agujeros de una armónica (patente US3589232 de 1971), mediante el cual el músico puede ver de forma individualizada la nota que toca. Relacionada de forma más directa con la atomización de líquidos, están los selectores de modos (aerosol fino, espuma o chorros) que se encuentran en los cabezales de atomizadores que se emplean, por ejemplo, en las duchas. Algunos de estos dispositivos se pueden ver en las patentes US6446882 y US2002092927, ambas de 2002. Otras patentes consultadas describen dispositivos selectores de sistemas de múltiples boquillas que se emplean en aparatos a presión (patentes US3982698 de 1976, US4141504 de 1979 y AU5609796 de 1996) mediante la rotación de su cabezal distribuidor. La regulación/selección del área de salida y del caudal también han sido reclamadas en las patentes US3767120 (1973) y US5082183 (1992) respectivamente.Designs of spray selector devices se You can consult the technical bibliography on this subject. There are also patents referring to similar cases. An example peculiar is the hole selector of a harmonica (patent US3589232 of 1971), through which the musician can see individualized the note you play. More directly related With liquid atomization, there are mode selectors (fine spray, foam or jets) found in the heads of atomizers that are used, for example, in showers. Some of these devices can be seen in US6446882 and US2002092927, both of 2002. Other patents consulted describe multi-nozzle system selector devices that used in pressure devices (patents US3982698 of 1976, US4141504 of 1979 and AU5609796 of 1996) by rotating its head distributor. The regulation / selection of the exit area and the Flow rates have also been claimed in US3767120 patents (1973) and US5082183 (1992) respectively.

Sin embargo, según el conocimiento de los autores, la selección individual de un orificio de salida en boquillas con múltiples orificios para su correcta caracterización y estudio, sin bloquear al mismo tiempo la salida por el resto de los orificios, nunca se ha reclamado.However, according to the knowledge of authors, the individual selection of an exit hole in nozzles with multiple holes for proper characterization and study, without at the same time blocking the exit for the rest of the holes have never been claimed.

Desde el punto de vista constructivo, los orificios de salida de la mayoría de las boquillas de múltiples orificios se mecanizan de forma individual, por lo que es muy común que existan ligeras diferencias entre ellos. Estas diferencias pueden redundar en patrones de flujo asimétricos, con caudales ligeramente diferentes entre los procedentes de cada orificio. Desde el punto de vista científico, la medida del tamaño de gotas con métodos de difractometría láser presenta el inconveniente de la obscuración a la que se ve sometido el haz láser de análisis al atravesar el aerosol. A mayor número de gotas mayor obscuración y por tanto peores medidas. Es importante tener en cuenta que este tipo de atomizadores suelen tener un semi-ángulo de salida global entre 30º y 60º, por lo que la longitud de la región atravesada por el haz láser ocupada por gotas puede ser de más de 50 cm.From the constructive point of view, the outlet holes of most manifolds holes are machined individually, so it is very common that there are slight differences between them. This differences can result in asymmetric flow patterns, with flow rates slightly different between those coming from each hole. From the scientific point of view, the measure of the size of drops with laser diffractometry methods, it has the disadvantage of obscuration to which the analysis laser beam is subjected to go through the spray. The greater the number of drops, the greater the obscuration and therefore worse measures. It is important to keep in mind that this type of atomizers usually have a semi-angle global output between 30º and 60º, so the length of the region crossed by the laser beam occupied by drops can be more than 50 cm.

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El dispositivo que se reclama a través de esta patente facilita la caracterización de forma individual del caudal, ángulo de salida y tamaño de gotas generadas por un orificio de descarga trabajando el atomizador en las condiciones de diseño. Como quedará demostrado en la prueba de aplicación de la presente invención descrita en el Ejemplo 1, el adecuado diseño del dispositivo permite que, con su uso, los aparatos de medida (en particular, difractómetros láser), puedan proporcionar medidas correctas de cada uno de los parámetros, eliminando todos los factores que influyen en la pérdida de calidad de las mismas.The device that is claimed through this patent facilitates the individual characterization of the flow, angle of departure and size of drops generated by a discharge hole working the atomizer in the conditions of design. As will be demonstrated in the application test of the present invention described in Example 1, the proper design of the device allows, with its use, measuring devices (in particular, laser diffractometers), can provide measurements correct of each one of the parameters, eliminating all the factors that influence their loss of quality.

Bibliografía Bibliography

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Descripción de la invenciónDescription of the invention Breve descripción de la invenciónBrief Description of the Invention

El dispositivo selector de aerosol objeto de esta invención facilita, de una manera sencilla, la caracterización detallada de los orificios individuales de un cabezal atomizador de múltiples orificios. De acuerdo a los criterios de diseño y construcción, el mismo está formado por un cilindro de cualquier material metálico (aluminio, latón hierro, acero, etc.) o plástico, abierto por ambas bases en el que se introduce la boquilla. Del mecanizado interior del material se seleccionan los valores adecuados de ángulos de salida y ángulo de asentamiento para la correcta terminación del zócalo de sujeción. En dependencia del diámetro del orificio y del ángulo de salida del chorro, se realizan las oportunas operaciones de mecanizado exterior para evitar que el chorro de gotas a caracterizar sea perturbado por el choque con las paredes de la cavidad exterior por donde sale el aerosol seleccionado. Por la apertura superior se introduce el conjunto del cabezal atomizador a estudiar, mientras que a la apertura inferior se le conecta una manguera para evacuar el flujo de líquido del resto de los orificios que no se analizan sin perturbar la medida del analizado, ni las condiciones de trabajo de la boquilla que opera con todo su caudal.The aerosol selector device subject to This invention facilitates, in a simple way, the characterization Detailed of the individual holes of an atomizer head of multiple holes. According to the design criteria and construction, it is formed by a cylinder of any metallic material (aluminum, brass, iron, steel, etc.) or plastic, opened by both bases in which the nozzle. From the internal machining of the material, the adequate values of exit angles and settlement angle for the correct termination of the clamping base. In dependence of the hole diameter and the jet exit angle, perform the appropriate external machining operations to prevent the stream of drops to be characterized from being disturbed by the clash with the walls of the outer cavity where the selected spray. The upper opening introduces the set of the atomizer head to study while at lower opening a hose is connected to evacuate the flow of liquid from the rest of the holes that are not analyzed without disturb the measure of the analyzed, nor the working conditions of the nozzle that operates with all its flow.

Descripción detallada de la invenciónDetailed description of the invention

La presente invención responde a la imposibilidad, observada por los inventores, de estudiar de manera individual los diferentes parámetros físicos de cada uno de los orificios que conforman un cabezal atomizador de múltiples orificios, manteniendo todas las condiciones de explotación y dimensiones constructivas iguales a las de diseño en las pruebas, sin la ayuda de dispositivos selectores de flujo.The present invention responds to the inability, observed by the inventors, to study in a manner individual the different physical parameters of each of the holes that make up a multi atomizer head holes, maintaining all operating conditions and constructive dimensions equal to those of design in the tests, without the help of flow selector devices.

Tal como se utiliza en la presente invención el término "líquido a atomizar" se refiere, entre otros, a agua, combustibles líquidos pesados (crudos, petróleos de baja calidad, mezclas, etc.), pinturas, alquitranes, asfaltos, emulsiones, suspensiones sólido-líquido, diversos tipos de herbicidas e insecticidas y cualquier otro líquido. Por "aerosol" se entiende el conjunto de gotas generado por fragmentación de la masa líquida. Por "condiciones de explotación" se entiende las presiones y caudales tanto del líquido a atomizar como del fluido auxiliar, en caso de que el pulverizador a estudiar sea de dos fluidos. En este caso, por "fluido auxiliar" se entiende el que interactuando con el fluido a atomizar induce su atomización, y podrá ser aire, vapor de agua, cualquier otro gas o vapor, y en su caso más general, cualquier fluido de densidad menor que el líquido a atomizar. Por "cabezal atomizador" nos referimos al dispositivo (patente 200202944) utilizado para la atomización de cualquiera de cada uno de los líquidos a atomizar señalados y que está constituido por una boquilla de atomización, un dosificador del líquido a atomizar y un casquillo de ensamblaje. La boquilla de atomización se caracteriza porque está constituida por el ajuste solidario de dos elementos consistentes en una pieza cónica exterior y una pieza cónica interior que conforman unos canales de entrada y una cámara de rotación intermedia. El dosificador consiste en una pieza maciza con varias acanaladuras en la parte exterior por donde circula el fluido a atomizar y un canal central por el que circula el fluido auxiliar. El casquillo de ensamblaje es una pieza exterior en la que se aloja el conjunto formado por la boquilla y el atomizador, manteniéndolos acoplados en su correcta posición.As used in the present invention the term "liquid to atomize" refers, among others, to water, heavy liquid fuels (crude, low quality oils, mixtures, etc.), paints, tars, asphalts, emulsions, solid-liquid suspensions, various types of herbicides and insecticides and any other liquid. By "aerosol" means the set of drops generated by fragmentation of the liquid mass. By "conditions of exploitation "means the pressures and flows of both liquid to atomize as the auxiliary fluid, in case the Sprayer to study either two fluids. In this case, for "auxiliary fluid" means that interacting with the fluid to atomize induces its atomization, and may be air, steam of water, any other gas or steam, and in its most general case, any fluid of lesser density than the liquid to be atomized. By "atomizer head" we mean the device (patent 200202944) used for atomization of any of each of the liquids to be atomized indicated and which is constituted by an atomizing nozzle, a dispenser of the liquid to be atomized and an assembly bushing. The spray nozzle is characterized in that it is constituted by the two-way adjustment elements consisting of an outer conical piece and a piece conical interior that make up some input channels and a camera of intermediate rotation. The dispenser consists of one piece solid with several grooves on the outside where the fluid to be atomized circulates and a central channel through which it circulates the auxiliary fluid The assembly bushing is a piece exterior in which the assembly formed by the nozzle is housed and the atomizer, keeping them coupled in their correct position.

Un objeto de la presente invención lo constituye el dispositivo selector de un aerosol individual en boquillas de múltiples orificios, en adelante dispositivo selector, fabricado a partir de un cilindro macizo de cualquier metal (aluminio, latón hierro, acero, etc.) o plástico, mecanizada tanto interior como exteriormente (Figuras 1 y 2) cuyo diseño permite la medida de los diferentes parámetros de explotación, trabajando la boquilla en sus condiciones de diseño, sin necesidad de recurrir a modelos escalados o al sellado de los orificios que no se analizan, y caracterizado además porque,An object of the present invention constitutes it the selector device of an individual spray in nozzles multiple holes, hereinafter selector device, manufactured to from a solid cylinder of any metal (aluminum, brass iron, steel, etc.) or plastic, machined both inside and externally (Figures 1 and 2) whose design allows the measurement of different operating parameters, working the nozzle on its design conditions, without resorting to models scaling or sealing the holes that are not analyzed, and further characterized because,

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durante la construcción, el ángulo de asiento (\alpha) del zócalo interior será igual al de la superficie donde están alojados los agujeros de salida de la boquilla lo que garantiza un correcto ajuste,during construction, the angle of seat (?) of the inner socket will be equal to that of the surface where the exit holes of the nozzle which guarantees a correct fit,

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la apertura superior (1) garantizará la entrada ajustada del cabezal atomizador al dispositivo selector,the top opening (1) will ensure the adjusted head entry atomizer to the selector device,

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las dimensiones interiores (d_{i}) y la apertura inferior (2) se dimensionarán de forma que se pueda evacuar todo el caudal de los orificios restantes sin perturbar el funcionamientothe interior dimensions (d_ {i}) and the lower opening (2) are dimensioned so that the entire flow of the remaining holes without disturbing operation

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la cavidad exterior (3) y el diámetro del orificio de salida del chorro seleccionado (4) serán los adecuados para permitir la salida de la nube de gotas atomizadas sin chocar con ninguna de las paredes.the outer cavity (3) and the diameter of the jet exit hole  selected (4) will be appropriate to allow the exit of the cloud of atomized drops without colliding with any of the walls.

Durante los experimentos, se acopla el cabezal atomizador objeto de análisis de forma que la base de los agujeros de salida de la boquilla repose sobre el zócalo interior (ver Figura 3). A su vez, se hará coincidir uno de los orificios de descarga de la boquilla con el agujero de salida del dispositivo selector tal y como se muestra en la figura 3. El ajuste entre el cabezal atomizador y el dispositivo selector se realizará mediante dos o más tornillos de apriete, o en su defecto, mediante una rosca, una abrazadera, o cualquier otro medio conveniente. En dependencia del caudal de líquido que salga (diámetro del orificio de salida del atomizador) y del ángulo de salida de la nube de gotas, se fijarán las dimensiones tanto del orificio de descarga (4) como de las dimensiones de la cavidad exterior (3). De esta forma, el líquido a atomizar saldrá sin ser perturbado por el orificio. El diámetro del orificio del extremo inferior del dispositivo selector, así como las dimensiones interiores de éste vendrán fijadas por el flujo volumétrico del cabezal atomizador. El extremo inferior del dispositivo selector se conectará mediante rosca, encasquillado, a presión, con abrazaderas o cualquier sistema de sujeción con un tubo de descarga capaz de evacuar el fluido que sale por los orificios que no se analizan.During the experiments, the head is attached atomizer subject to analysis so that the base of the holes nozzle outlet rest on the inner socket (see Figure 3). In turn, one of the holes in the discharge of the nozzle with the exit hole of the device selector as shown in figure 3. The setting between the atomizer head and the selector device will be made by two or more screws, or failing that, by means of a Thread, a clamp, or any other convenient means. In dependence on the flow of liquid out (hole diameter of atomizer output) and of the angle of departure of the cloud from drops, the dimensions of both the discharge hole (4) will be fixed as of the dimensions of the outer cavity (3). Thus, the liquid to be atomized will leave without being disturbed by the hole. The hole diameter of the lower end of the device selector, as well as the interior dimensions of this one will come set by the volumetric flow of the atomizer head. The extreme bottom of the selector device will be connected by thread, embedded, pressurized, with clamps or any system of clamping with a discharge tube capable of evacuating the fluid that comes out through the holes that are not analyzed.

Una vez que uno de los chorros líquido está perfectamente alineado con el orificio de descarga del dispositivo selector, se procede a caracterizar el mismo. Entre los parámetros que pueden analizarse se incluyen la distribución del tamaño de las gotas, el caudal y el ángulo de salida.Once one of the liquid jets is perfectly aligned with the discharge hole of the device selector, we proceed to characterize it. Between the parameters that can be analyzed include the distribution of the size of the drops, flow rate and angle of departure.

Como es bien conocido por los ingenieros e investigadores que trabajan en el campo de la atomización, dependiendo de la aplicación particular las características del atomizador pueden variar. Así, un objeto particular de esta patente lo constituye un dispositivo selector en el cual el ángulo de inclinación del zócalo interior de asiento de la boquilla (\alpha) puede variar entre 5º y 85º, respecto de los ejes horizontal y vertical. Además, el diámetro del orificio de salida (4) puede variar entre 0,1 y 10 mm, y el ángulo que conforma la cavidad exterior (3) puede variar entre 5º y 85º.As is well known to engineers and researchers working in the field of atomization, depending on the particular application the characteristics of the atomizer may vary. Thus, a particular object of this patent it constitutes a selector device in which the angle of inclination of the interior nozzle seat socket (?) can vary between 5º and 85º, with respect to the axes horizontal and vertical. In addition, the diameter of the outlet hole (4) can vary between 0.1 and 10 mm, and the angle that makes up the External cavity (3) can vary between 5º and 85º.

De igual forma, un objeto particular de esta patente lo constituye un dispositivo selector en el cual el diámetro interior del dispositivo (d_{i}) dependerá de las características del cabezal atomizador objeto de estudio, pudiendo variar entre 10 y 200 mm. De igual forma, el conducto interior puede ser cilíndrico o tronco-cónico, dependiendo de las características del cabezal atomizador a estudiar.Similarly, a particular object of this patent is a selector device in which the inside diameter of the device (d_ {i}) will depend on the characteristics of the atomizer head under study, being able to vary between 10 and 200 mm. Similarly, the inner duct it can be cylindrical or trunk-conical, depending of the characteristics of the atomizer head to study.

Por otro lado, un objeto particular de esta patente lo constituye un dispositivo selector en el cual la cavidad exterior está caracterizada por los ángulos (\beta) y (\gamma) y la longitud (l) tal y como se muestran en la figura 2. Estas tres dimensiones se seleccionarán de forma que el aerosol objeto de estudio no impacte en las paredes de la cavidad y por tanto no sea perturbado. El ángulo (\gamma) puede variar entre 5º y 45º respecto del plano vertical, mientras que la longitud (1) puede estar entre 10 y 150 mm. El ángulo (\beta) puede variar su valor entre 5º y 30º, respecto del plano horizontal.On the other hand, a particular object of this patent is a selector device in which the cavity exterior is characterized by angles (?) and (?) and the length (l) as shown in Figure 2. These three dimensions will be selected so that the spray object of study does not impact the walls of the cavity and therefore is not disturbed. The angle (γ) can vary between 5º and 45º with respect to the vertical plane, while the length (1) can be between 10 and 150 mm. The angle (β) can vary its value between 5th and 30th, with respect to the horizontal plane.

Otro objeto particular de esta patente lo constituye la utilización del dispositivo selector, preferentemente, para la caracterización de cabezales atomizadores que tengan más de un orificio de salida como los que se emplean en los quemadores de los generadores de vapor industriales que queman petróleos pesados de baja calidad, en calderas y hornos así como en motores de combustión interna, y en cualquier otro proceso industrial donde se desee atomizar fluidos como en la aplicación de pintura, secado, extinción de fuegos, corte y recubrimiento de materiales, dispersión de agentes químicos, etc. Estos atomizadores pueden ser de presión o asistidos por un fluido auxiliar. Dentro de los parámetros físicos que se pueden caracterizar con precisión está la medida del tamaño de las gotas, la medida del caudal de forma individual, así como la del ángulo de salida del aerosol.Another particular object of this patent is constitutes the use of the selector device, preferably, for the characterization of atomizing heads that have more than one outlet orifice such as those used in the burners of the industrial steam generators that burn heavy oils of low quality, in boilers and ovens as well as in internal combustion engines, and in any other process industrial where you want to atomize fluids as in the application of painting, drying, extinguishing fires, cutting and coating materials, dispersion of chemical agents, etc. These atomizers can be pressure or fluid assisted assistant. Within the physical parameters that can be accurately characterize the size of the drops, the flow measurement individually, as well as the angle Spray outlet.

Otro objeto particular de esta patente lo constituye un dispositivo selector empleado para la caracterización de un atomizador por fluido auxiliar, cuyos fluidos son, entre otros, aire y agua, y en general cualquier combinación de líquido y un vapor o gas tal como se describe en el Ejemplo 1 de la presente invención.Another particular object of this patent is constitutes a selector device used for characterization of an atomizer by auxiliary fluid, whose fluids are, between others, air and water, and in general any combination of liquid and a vapor or gas as described in Example 1 of the present invention.

Finalmente, hay que destacar que las características constructivas del dispositivo selector permiten su fabricación en talleres de mecanizado sencillos, lo que incide en la reducción de sus costes de construcción. Según las aplicaciones específicas, puede construirse de acero inoxidable, latón, hierro fundido, aluminio macizo y cualquier tipo de plástico, que, dependiendo del uso, resista la abrasión, corrosión y temperatura de los fluidos que se empleen como líquido a atomizar y fluido auxiliar y soporte el rango de presiones de trabajo.Finally, it should be noted that the Constructive characteristics of the selector device allow its manufacturing in simple machining workshops, which affects Reduction of your construction costs. According to the applications Specific, can be constructed of stainless steel, brass, iron cast, solid aluminum and any type of plastic, which, Depending on use, resist abrasion, corrosion and temperature of the fluids used as the liquid to be atomized and fluid auxiliary and support the range of working pressures.

Breve descripción del contenido de las figurasBrief description of the content of the figures

Figura 1Figure one

Dos vistas diferentes del isométrico del selector de aerosol. a) seccionado para detallar el zócalo interior, b) vista frontal de la cavidad exterior. En ellas se pueden ver el orificio superior (1) por donde se introduce la boquilla e inferior (2) o de descarga del líquido que no se analiza. De igual forma se ven la cavidad exterior (3) y el orificio de salida del chorro seleccionado (4) practicado sobre el zócalo interior (5). Two different views of the isometric of the aerosol selector . a) sectioned to detail the inner socket, b) front view of the outer cavity. In them you can see the top hole (1) through which the nozzle and bottom (2) or discharge of the liquid that is not analyzed is introduced. In the same way, the outer cavity (3) and the exit hole of the selected jet (4) made on the inner socket (5) are seen.

Figura 2Figure 2

Vistas frontal y lateral del selector de aerosol que muestra los orificios superior (1) e inferior (2), la cavidad exterior (3) y el orificio de salida del chorro seleccionado (4) practicado sobre el zócalo interior (5). En esta figura además se detallan otras dimensiones constructivas como los ángulos (\alpha), (\beta), y (\gamma) y las longitudes (l) y (H). Front and side views of the aerosol selector showing the upper (1) and lower (2) holes, the outer cavity (3) and the outlet of the selected jet (4) made on the inner socket (5). This figure also details other constructive dimensions such as angles (?), (?), And (?) And lengths (l) and (H).

Figura 3Figure 3

Corte longitudinal que muestra el montaje solidario de un cabezal atomizador formado por el distribuidor de flujo (6), el casquillo de ensamblaje (7) y la boquilla (8) con el dispositivo selector de aerosol (9), donde se puede apreciar la coincidencia de uno de los orificios de descarga de la boquilla (10) con el de salida del selector (11). Longitudinal section showing the solidarity assembly of an atomizer head formed by the flow distributor (6), the assembly bushing (7) and the nozzle (8) with the aerosol selector device (9), where the coincidence can be seen of one of the nozzle discharge holes (10) with that of the selector outlet (11).

Figura 4Figure 4

Imagen de un prototipo del dispositivo selector para la caracterización de una boquilla multi-orificio con un flujo volumétrico de 1 tonelada por hora. Image of a prototype of the selector device for the characterization of a multi-hole nozzle with a volumetric flow of 1 ton per hour.

Ejemplo de realización del objeto de invenciónExample of embodiment of the object of the invention

Ejemplo 1Example one

Diseño y ensamblaje del dispositivo selector y cabezal atomizador para la quema de combustible pesadoDesign and assembly of the selector and head device heavy fuel burning atomizer

El ejemplo que a continuación se describe, no debe entenderse sólo como una limitación del alcance del dispositivo selector motivo de la presente invención. Por el contrario, la presente invención trata de cubrir todas las alternativas, variantes, modificaciones y equivalencias que puedan incluirse dentro del espíritu y el alcance del objeto de invención.The example described below does not It should be understood only as a limitation of the scope of reason selector device of the present invention. For him Otherwise, the present invention seeks to cover all alternatives, variants, modifications and equivalences that may be included within the spirit and scope of the object of invention.

El dispositivo selector de aerosol individual de la presente invención para boquillas de múltiples orificios empleado en el ejemplo que se describe, está fabricado a partir de un cilindro macizo de aluminio de 120 mm de longitud total y un diámetro exterior de 61 mm, mecanizado tanto interior como exteriormente. La apertura superior del dispositivo selector tiene un diámetro interior de 49,1 mm por donde se introduce y aloja el casquillo de ensamblaje del cabezal atomizador. El ajuste entre el cabezal atomizador y el dispositivo selector se realiza mediante tres tornillos M6 de apriete situados a 120º uno de otro. El diámetro del orificio inferior, por donde sale el caudal de líquido a atomizar que no se analiza es de 51 mm, por lo que el dispositivo tiene una configuración ligeramente divergente.The individual aerosol selector device of The present invention for multi-hole nozzles used in the example described, it is manufactured from a solid 120mm full length aluminum cylinder and a 61 mm outer diameter, both internal and machined externally. The top opening of the selector device has an inner diameter of 49.1 mm through which the atomizer head assembly bushing. The fit between the atomizer head and the selector device is done by three M6 clamping screws located at 120º from each other. He diameter of the lower hole, where the flow of liquid to be atomized that is not analyzed is 51 mm, so the device has a slightly divergent configuration.

Durante la construcción del mismo, el ángulo de la base del zócalo interior donde asienta la boquilla es de 40º, igual al de la superficie donde están alojados los agujeros de salida de la boquilla, garantizando un correcto ajuste. La cavidad exterior tiene una longitud (l) de 30 mm, un ángulo (\gamma) de 26,5º respecto del plano vertical y un ángulo (\beta) de 25,8º, respecto del plano horizontal. El diámetro del orificio por donde sale el chorro seleccionado al exterior es de 5 mm. De esta forma, la nube de gotas atomizadas sale sin chocar con ninguna de las paredes de la cavidad exterior del dispositivo y sin ser perturbada por el orificio del dispositivo. El extremo inferior del dispositivo selector se conectó mediante abrazaderas con un tubo de descarga de 62 mm de diámetro interior, capaz de evacuar el fluido que sale por los orificios que no se analizan.During its construction, the angle of the base of the inner socket where the nozzle sits is 40º, equal to the surface where the holes are housed nozzle outlet, ensuring proper adjustment. The cavity outside has a length (l) of 30 mm, an angle (γ) of 26.5º from the vertical plane and an angle (β) of 25.8º, regarding the horizontal plane. The hole diameter where the selected jet comes out to the outside is 5 mm. Thus, the cloud of atomized drops leaves without colliding with any of the walls of the outer cavity of the device and without being disturbed through the hole of the device. The lower end of the selector device was connected by clamps with a tube of 62 mm internal diameter discharge, capable of evacuating the fluid that comes out of the holes that are not analyzed.

Por otro lado, el cabezal atomizador ensayado está formado por una boquilla de dos fluidos, un dosificador y un casquillo de ensamblaje, todas ellas fabricadas en acero inoxidable. La boquilla de atomización está conformada por dos piezas cónicas independientes, una interior y otra exterior, las cuales al montarse de forma solidaria ajustan entre sí formando una cámara de mezcla. La cubierta exterior posee un diámetro exterior en su parte más ancha de 40 mm y 8 orificios de salida con diámetros de 3,5 mm cada uno, ubicados en una superficie con 40º de inclinación respecto del eje vertical de la pieza. La pieza cónica interior tiene 6 ranuras rectangulares de sección transversal variable, con una sección cuadrada en la entrada de 4x4 mm, por donde circula el líquido. El agujero central por donde se transporta el fluido auxiliar, aire en este caso, posee un diámetro en la sección de entrada de 10 mm y un diámetro a la salida de 4 mm. Con estas dimensiones, la boquilla tiene un caudal máximo de diseño de 1,8 t/h de líquido a una presión de 0,5 MPa. Los fluidos empleados en la caracterización fueron agua y aire. La presión de diseño para el fluido auxiliar (aire) es de 0,6 MPa. En las pruebas realizadas se mantuvo la boquilla trabajando en sus condiciones de diseño.On the other hand, the atomizer head tested It consists of a two-fluid nozzle, a dispenser and a assembly bushing, all made of steel stainless. The spray nozzle is made up of two independent conical pieces, one inside and one outside, the which, when mounted in solidarity, adjust each other forming A mixing chamber The outer cover has a diameter outer at its widest part of 40 mm and 8 exit holes with diameters of 3.5 mm each, located on a surface with 40º of inclination with respect to the vertical axis of the piece. The piece Conical interior has 6 rectangular section slots variable cross section, with a square section at the 4x4 input mm, where the liquid circulates. The central hole where it carries the auxiliary fluid, air in this case, it has a diameter in the inlet section of 10 mm and a diameter at the outlet 4 mm With these dimensions, the nozzle has a maximum flow design of 1.8 t / h of liquid at a pressure of 0.5 MPa. The fluids used in the characterization were water and air. The Design pressure for auxiliary fluid (air) is 0.6 MPa. In the tests performed kept the nozzle working on their Design conditions.

El dosificador presenta 10 ranuras de distribución del agua a atomizar y un agujero central por donde circula el fluido atomizador. Las ranuras presentan una sección cuadrada de 4,5x4,5 mm, desembocando en sendos orificios de 4,5 mm de diámetro. El agujero central es de sección variable, con un diámetro de entrada de 19 mm y a la salida de 10 mm. En la parte posterior de dicha pieza hay una rosca interior donde se acopla la tubería conductora del fluido auxiliar. El casquillo de ensamblaje tiene un diámetro exterior de 49 mm y uno interior de 40 mm. En su parte delantera termina en una pared de 4 mm de espesor con un agujero biselado con un diámetro menor de 27,2 mm donde se aloja la boquilla. En su parte posterior cuenta con una rosca métrica donde se acopla el tubo proveniente del suministro del líquido.The dispenser has 10 slots of distribution of water to atomize and a central hole where The atomizing fluid circulates. The slots have a section 4.5x4.5 mm square, leading to individual 4.5 mm holes diameter. The central hole is of variable section, with a 19 mm inlet diameter and 10 mm outlet. In the part rear of said piece there is an internal thread where the conductive pipe of the auxiliary fluid. Assembly bushing It has an outer diameter of 49 mm and an inner diameter of 40 mm. In its front end ends in a 4 mm thick wall with a beveled hole with a diameter smaller than 27.2 mm where the nozzle. In its back it has a metric thread where the tube from the liquid supply is coupled.

Ejemplo 2Example 2

Medida y caracterización de caudalesMeasurement and characterization of flows

Una vez que uno de los chorros líquido está perfectamente alineado con el orificio de salida, se procede a caracterizar el mismo. Dentro de los parámetros que se han estudiado se incluyen la distribución del tamaño de las gotas, el caudal y el ángulo de salida. La distribución de tamaño de gotas se midió con un difractómetro láser, el ángulo de salida por análisis de imágenes tomadas con una cámara digital y el caudal por el método de llenado de un recipiente previamente calibrado.Once one of the liquid jets is perfectly aligned with the exit hole, we proceed to characterize it. Within the parameters that have been studied included the distribution of the size of the drops, the flow rate and angle of departure. The drop size distribution It was measured with a laser diffractometer, the angle of departure by analysis of images taken with a digital camera and the flow rate by the method of filling a previously calibrated container.

Uno de los aspectos interesante a destacar es el hecho de que con el dispositivo selector se pudo medir el tamaño de las gotas del aerosol con valores del coeficiente de obscuración permisibles según las especificaciones del difractómetro, independientemente de los parámetros de operación fijados en las pruebas. Estos valores de obscuración están dentro del rango aceptable para esta técnica de medida, sin necesidad de filtrar espacialmente la nube de gotas y sin hacer correcciones matemáticas a la medida. Se pudo observar además que, debido al efecto aerodinámico, el ángulo del aerosol varía ligeramente del estimado según el diseño del atomizador.One of the interesting aspects to highlight is the fact that with the selector device the size of aerosol droplets with obscuration coefficient values allowable according to diffractometer specifications, regardless of the operating parameters set in the tests. These obscuration values are within the range Acceptable for this measurement technique, without filtering spatially the cloud of drops and without making mathematical corrections  to measure. It was also observed that, due to the effect aerodynamic, spray angle varies slightly from estimated according to the atomizer design.

Claims (9)

1. Dispositivo selector que permite la caracterización de forma individual del caudal, ángulo de salida y distribución espacial del aerosol, así como el tamaño y velocidad de las gotas, en boquillas de múltiples orificios, sin necesidad de recurrir a modelos escalados o al sellado de los orificios que no se analizan, y caracterizado además porque:1. Selector device that allows the individual characterization of the flow rate, angle of departure and spatial distribution of the aerosol, as well as the size and velocity of the drops, in multi-hole nozzles, without the need to resort to scaled models or to the sealing of the holes that are not analyzed, and further characterized because:
--
es un cilindro, abierto por ambos extremos y mecanizado interior y exteriormenteis a cylinder, open at both ends and internal machining and externally
--
el ángulo de asiento del zócalo interior (\alpha) será igual al de la superficie donde están alojados los agujeros de salida de la boquilla, garantizando un correcto ajuste.he seat angle of the inner socket (?) will be equal to that of the  surface where the exit holes of the nozzle, ensuring a correct fit.
--
los ángulos de mecanización de la cavidad exterior (\beta), y (\gamma) y el diámetro del orificio de salida (4) serán los adecuados para permitir la salida de la nube de gotas atomizadas sin ser perturbadas por ninguna de las paredes del dispositivo selector ni por el propio agujero.the machining angles of the outer cavity (β), and (γ) and the diameter of the outlet hole (4) will be the suitable to allow the outflow of the cloud of atomized drops without being disturbed by any of the walls of the device selector or by the hole itself.
2. Dispositivo selector para la caracterización de boquillas de múltiples orificios según la reivindicación 1, caracterizado porque el diámetro y el conducto interior del mismo dependerán de las características del cabezal atomizador objeto de estudio, aunque preferentemente estará comprendido entre 10 y 200 mm, y será cilíndrico o cónico.2. Selector device for the characterization of multi-hole nozzles according to claim 1, characterized in that the diameter and the inner duct thereof will depend on the characteristics of the atomizer head under study, although preferably it will be between 10 and 200 mm, and will be cylindrical or conical. 3. Dispositivo selector según reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque las dimensiones tanto del orificio de salida como de las dimensiones de la cavidad exterior se fijarán en dependencia del caudal de líquido a utilizar y del ángulo de salida del aerosol de gotas.3. Selector device according to claims 1 to 2, characterized in that the dimensions of both the outlet orifice and the dimensions of the outer cavity will be determined depending on the flow rate of liquid to be used and the angle of departure of the droplet spray. 4. Dispositivo selector según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el extremo 5 inferior del selector se conectará mediante rosca, encasquillado, a presión, con abrazaderas o cualquier sistema de sujeción con un tubo de descarga capaz de evacuar el fluido que sale por los orificios que no se analizan.4. Selector device according to claims 1 to 3, characterized in that the lower end 5 of the selector will be connected by means of threaded, embedded, pressurized, with clamps or any clamping system with a discharge tube capable of evacuating the fluid that flows out of the holes They are not analyzed. 5. Dispositivo selector según reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el ángulo de inclinación del zócalo interior (\alpha) de asiento de la boquilla, será igual al de la superficie donde están alojados los agujeros de salida de la boquilla, y variará preferentemente entre 5º y 85º, respecto de los ejes horizontal y vertical.5. Selector device according to claims 1 to 4, characterized in that the angle of inclination of the inner socket (α) of the nozzle seat will be equal to that of the surface where the nozzle outlet holes are housed, and will preferably vary between 5th and 85th, with respect to the horizontal and vertical axes. 6. Dispositivo selector según reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el diámetro del orificio de salida varía preferentemente entre 0,1 y 10 mm, dependiendo del diámetro del orificio de salida del chorro de la boquilla a analizar.6. Selector device according to claims 1 to 5, characterized in that the diameter of the outlet orifice preferably varies between 0.1 and 10 mm, depending on the diameter of the outlet orifice of the jet of the nozzle to be analyzed. 7. Dispositivo selector según reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la cavidad exterior por donde se descarga el aerosol a la atmósfera está formada por dos ángulos (\beta y \gamma) que varían preferentemente entre 5º y 45º, respecto de los ejes vertical y horizontal de la pieza.7. Selector device according to claims 1 to 6, characterized in that the outer cavity through which the aerosol is discharged into the atmosphere is formed by two angles (? And?) That preferably vary between 5 ° and 45 °, with respect to the vertical and vertical axes. horizontal of the piece. 8. Dispositivo selector según reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la longitud de la cavidad exterior por donde se descarga el aerosol a la atmósfera varía preferentemente entre 10 y 150 mm.8. Selector device according to claims 1 to 7, characterized in that the length of the outer cavity through which the aerosol is discharged into the atmosphere preferably varies between 10 and 150 mm. 9. Dispositivo selector empleado para la caracterización de boquillas de múltiples orificios según reivindicaciones 1 a 8, donde los atomizadores pueden ser de presión o asistidos por un fluido auxiliar en cuyo caso, el fluido auxiliar utilizado podrá ser aire, vapor de agua, cualquier otro gas o vapor y cualquiera de sus combinaciones y de forma general, cualquier fluido de densidad menor que el líquido a atomizar.9. Selector device used for the characterization of multi-hole nozzles according to claims 1 to 8, wherein the atomizers can be pressure or assisted by an auxiliary fluid in which case, the auxiliary fluid used may be air, water vapor, any other gas or steam and any of its combinations and in general, any fluid with a density less than the liquid to be atomized.
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