ESTADO DE LA TECNICA La atomización de liquidos tiene una gran importancia por estar presente en multiples procesos industriales y aplicaciones practicas. Entre las mas conocidas estan la combustion de combustibles liquidos (tanto en calderas y homos como en motores de combustion interna), pintura, secado, extinction de fuegos, corte y recubrimiento de materiales, dispersion de agentes quimicos, etc. En otras ramas de marcado interns social como la agricultura (riego, aplicación de herbicidas e insecticidas), la construcción (aspersion de alquitranes para el asfaltado de pavimentos) y la medicina (aerosoles para la prevencion y tratamiento de enfermedades respiratorias) zambien es frecuente el uso de liquidos atomizados.

El incremento del uso de los petróleos liquidos como combustible ha provocado un sensible y continuado deterioro de su calidad, de acuerdo con sus propiedades fisico- quimicas. Hoy en dia, es cada vez mas comun el uso de petróleos pesados (muy viscosos) y con alto contenido de azufre, vanadio y asfaltenos en las calderas de las centrales terminas para producir el vapor utilizado en la generation de electricidad. La combustion limpia y eficiente de los petróleos pesados presenta dificultades adicionales respecto a los combustibles mas ligeros. En primer lugar, lograr una calidad de atomización adecuada, definida por el diametro medio de las gotas y la distribución de tamanos de estas, resulta dificil debido a su alta viscosidad; mientras que la elevada concentración de compuestos pesados en su composición quimica hace que el tiempo caracteristico del proceso de evaporación de los mismos sea muy grande. Ambas caracteristicas contribuyen a una emission apreciable de fracciones de combustible no

quemado y particulas que se convierten en hollines acidos. Es por ello que hoy en dia resulta una tarea vital el aumentar la eficiencia del proceso de atomización, reduciendo el tamano de las gotas producidas. De esta forma se garantiza un mejor encendido y control de las calderas, asi como una disminución de la formation y emission de NOx, hollin y otros agentes contaminantes.

Para lograr mejoras en el proceso de atomización de liquidos, es muy comun el diseiio de boquillas formadas por un solo cuerpo o por diferentes partes desarmables, identificadas como cabezales atomizadores en la presente invencion. En muchos casos, las boquillas utilizadas en las centrales termoeléctricas se han disenado para atomizar un combustible liquido mas ligero que los que actualmente se emplean. Es por ello que, en el caso de los atomizadores por fluido auxiliar, sus conductos son tipicamente de seccion cilindrica y sin camaras de rotation. De igual forma, en otras aplicaciones se emplean atomizadores con vias tangenciales y camara de rotacion cuyo principio de funcionamiento es utilizar la propia energia en forma de pression del fluido a atomizar para generar las gotas, sin necesidad de otro fluido auxiliar. En cualquiera de los casos anteriores cuando estos dispositivos se utilizan para atomizar liquidos muy viscosos como petróleos pesados o mezclas de petróleos de baja calidad, emulsiones, <BR> <BR> suspensiones, pinturas, alquitranes, etc. , resulta imposible lograr el tamano medio de gota requerido, ni la distribucion espacial mas adecuada de las mismas en el aerosol.

Por otra parte, la menor calidad (alta viscosidad, elevados contenidos de alfaltenos y <BR> <BR> carbon conrradson) de los combustibles, la presencia de solids en suspension, etc. , provoca un aumento de la abrasividad y corrosividad del liquido a atomizar. Esto tiende a disminur bruscamente la vida util de las boquillas debido a la obstrucción de los conductos y las dificultades para realizar su limpieza que, a su vez, se requiere con mas frecuencia.

El estudio de la generation de aerosoles a partir de un volumen de liquido es un tema al que se han dedicado innumerables esfuerzos de cientificos e ingenieros desde hace mas de un siglo (Rayleigh, 1878). Desde la décadra de los anos 30 del siglo anterior, existen en la literatura cientifica reportes de estudios tanto teóricos de estabilidad lineal (Weber, 1932; Squire, 1953) como experimentales (Haenlein, 1932; <BR> <BR> Dombrowski y col. , 1960), sobre la atomización de liquidos. Un resumen de los diferentes tipos de boquillas de atomización y sus aplicaciones puede consultarse en el

libro Atomization and Spray de A. Lefevbre (1989), asi como en las referencias citadas en este.

Existen varias patentes de invention de atomizadores que emplean un fluido auxiliar registradas que tratan sobre el incremento de la eficiencia de la atomización de liquidos. Dependiendo de la aplicación especifica de que se trate, las mismas describen el uso de atomizadores asistidos por aire, por ejemplo en los acondicionadores de aire y torres de enfriamiento como en la EP1160015A (2001) o de atomizadores con aspiration del liquido tipo sifón como la US3770209 (1973). De igual forma, se han registrado zambien patentes de atomizadores con fluido auxiliar para otros muy diferentes usos. Por ejemplo, la invencion registrada con el número GB2298808 (1996) permite reducir la cantidad de fluido auxiliar para la atomización de productos quimicos en la agricultura, mientras que la US6088934 (2000) muestra un dispositivo disenado para mejorar el control y la distribución de las gotas del liquido en el lecho fluidificado empleado en la polimerización de olefinas.

El primer diseno de un atomizador de fuel oil utilizando vapor como fluido auxiliar se reporta en la patente numero US1428896 (1922). En el ano 1965 aparece el primer diseno de una boquilla tipo"Y"como las que se comercializan en la actualidad, descrita en la patente US3185202 (1965). Sin embargo, el aumento de la eficiencia de los atomizadores tipo"Y"que utilizan un fluido auxiliar continua siendo un problema de mucha actualidad. La afirmacion anterior cobra mas relevancia cuando se pretende atomizar fluidos muy viscosos como los mencionados anterionnente y que se puede constatar por ejemplo, en el registro de patentes mucho mas recientes como las US4249885 (1981) y la US2001030247 (2001). En ambos inventos se continua manteniendo la forma de la boquilla original y se trabaja sobre todo en la reduction de la viscosidad por el calentamiento del liquido, pero no mejoran la interacción entre los dos fluidos.

A pesar de todo el esfuerzo dedicado a este problema y las multiples mejoras introducidas en el campo de la atomización de liquidos muy viscosos, aun quedan muchos problemas por resolver. Desde el punto de vista econ6mico, se buscan continuamente nuevos disenos para aumentar la eficiencia operacional de las boquillas atomizadoras que emplean un fluido auxiliar. Como quedará demostrado en la prueba de aplicación de la presente invention descrita en el Ejemplo 1, tanto el objetivo de aumentar la efectividad de la atomización de fuel oil pesados y otros fluidos muy

viscosos, asi como la reducci6n del periodo de limpieza y facilidad del mantenimiento y explotación de estos atomizadores se cumplen cabalmente.

Merece la pena destacar que ninguna de las patentes consultadas basan el diseno de la boquilla en el encaje de dos piezas que conforman ulios canales de entrada y una camara de giro. Estas caracteristicas se reclaman especificamente en la presente patente de invencion.

BIBLIOGRAFIA Combellack, J. H. (1996), Twin-fluid Nozzle for atomizing a liquid. Patent number GB2298808<BR> Dombrowski, N. , Hasson, D. , & Ward, D. E. (1960), Some Aspects of Liquid Flow ThroughFanSprayNozzzles, Chem. Eng Sci., vol. 12, pp. 35-50 Haenlein, A. (1932), Disintegration of Liquids Jets, NACA TN 659 Haruch, J. (2001), Air assisted spray nozzle assembly. Patent number EP1160015A Hayne, P. and J. McDonald. (1922), Steam-atomizing fuel-oil burner. Patent number US1428896<BR> Lefevbre, A. (1989), Atomization and Spray, Ed. Hemisphere Publishing Corp. , USA Mitchel, G. T. & Cunningham, Jr. R. (1965), Burner for a boiler. Patent number US3185202.

Newton, D. (2000), Twin fluid nozzle and method. Patent number US6088934 Rayleigh, L. (1878), On the Instabilities on Jets, Proceedings of the London Math.

Society, vol. 10, pp. 4-13 Reich, R. B. (1981), Heavy Fuel Oil nozzle. Patent number US4249885 Strupp, Ch. & Chung I-P. (2001), High Efficiency Fuel Oil Atomizer. Patent number US2001030247 Squire. H. B, (1953), Investigation of the Instability of Moving Liquid Film, Brit. J.

Appl. Phys., vol. 4, pp. 167-169 Weber, C. (1931), Disintegration of Liquids Jets, Z. Angew. Math. Mech. , vol. 11, No.

2, pp. 136-159 Wilcox, R. (1973), Aspirating spray head. Patent number US3770209

DESCRIPCION DE LA INVENCION Breve descripción de la invention El cabezal atomizador objeto de esta invencion proporciona una elevada eficiencia de atomización de petróleos pesados y otros liquidos muy viscosos, reduciendo a su vez los costes de construccion, operacion y mantenimiento. De acuerdo a los criterios de diseno y construccion, el mismo esta formado por una boquilla de atomización, un dosificador del liquido viscoso y un casquillo de ensamblaje del conjunto. La boquilla de atomización esta formada por dos elementos, una cubierta exterior y una pieza conic interior que se ajustan entre si formando una camara de rotation intermedia. La pieza conic interior presenta varios canales o ranuras rectangulares (o cilindricas) de section transversal variable con doble angulo de inclinación, lo cual provoca un aumento de la velocidad lineal y angular del liquido a atomizar. En la base de estas ranuras pueden incidir conductos cilindricos por los que se desplace una parte del fluido auxiliar, permitiendo que se produzca una premezcla turbulenta entre ambos fluidos en la parte final de los canales por donde se mueve el liquido a atomizar. El liquido a atomizar y el fluido auxiliar ya premezclados en los canales rectangulares llegan a la camara de rotation donde se unen con el resto del fluido auxiliar que circula por el agujero central de la pieza conic interior, provocando la mezcla final entre ambos fluidos. Producto del novedoso diseno y construcción de la camara y del doble angulo de los canales que descargan la premezcla de fluidos en la misma, se crea una circulación del flujo en forma de remolino circunferencial, aumentando zambien su energia cinetica de rotation. Finalmente la mezcla turbulenta de ambos fluidos se descarga por, al menos, un orificio de salida, generando la nube de gotas del aerosol.

Descripción detallada de la invención La presente invention se basa en que los inventores han observado que se puede incrementar la eficiencia del proceso de atomización de fluidos, incluso para aquellos liquidos muy viscosos, mediante un cabezal atomizador especialmente disenado y presentado en esta patente.

Tal como se utiliza en la presente invencion el termino"fluido viscoso"se refiere, entre otros, a combustibles liquidos pesados (crudos, petroleos de baja calidad, <BR> <BR> mezclas, etc. ), pinturas, alquitranes, asfalto, emulsiones, suspensiones solido-liquido y

diversos tipos de herbicidas e insecticidas. Ademas, el termino"elevada eficiencia"tal como se utiliza en la presente invention se refiere, por un lado, a que el cabezal atomizador objeto de la patente genera una nube de gotas (aerosol) con el diametro y la distribucion espacial adecuados segun la aplicación de que se trate para las presiones normales de explotación. Por otro lado, tambien se refiere a los bajos costes de mantenimiento y construccion que el mismo precisa.

Un objeto de la presente invention lo constituye el cabezal atomizador de alta eficiencia para la atomización de fluidos, preferentemente liquidos viscosos, caracterizado porque esta constituido por una boquilla de atomización, un dosificador del liquido viscoso a atomizar y el casquillo de ensamblaje o cuerpo, en adelante casquillo, de todo el conjunto.

La boquilla de atomización esta constituida por el ajuste solidario de dos elementos consistentes en una pieza conic exterior (ver Figura 1) y una pieza conic interior (ver Figura 2) que mejoran la atomización de dicho fluido viscoso, porque: - ambos elementos se encuentran ajustados mediante el alojamiento conic de ajuste de la pieza exterior (2) y la superficie zambien conic exterior de la pieza interior (4) conformando la camara de rotation (3), - la cubierta exterior presenta, al menos, un orificio pasante cilindrico de salida (1) para la atomización de la mezcla final del liquido a atomizar y el fluido auxiliar proveniente de la camara de rotación al exterior, - esta pieza interior posee un orificio central (5) de section variable, con un diametro de entrada mayor que el de salida, por el que fluye el resto (o la totalidad) del fluido atomizador para interaccionar con una mezcla liquido- fluido auxiliar que llega a la camara de rotation (3) a traves de las ranuras rectangulares, y - la pieza interior presenta ademas una serie de ranuras o canales rectangulares (o cilindricos) de section transversal trapezoidal o recta (6) realizados en la superficie conic exterior (4), por donde se conduce el fluido a atomizar y que poseen dos angulos de inclinación diferentes en el espacio y en cada una de las cuales puede desembocar un conducto cilindrico (7), por el que se desplaza una fraction del fluido atomizador, confluyendo estos canales angulares y conductos cilindricos en una configuracion en"Y".

La novedosa configuracion geometric del conjunto de la boquilla consigue transformar de manera muy eficiente la energia de pression del fluido a atomizar y del fluido auxiliar en una mayor energia cinética de rotation del liquido a atomizar.

Durante el diseno y montaje, el cabezal atomizador de la presente in vend on se acopla a un dosificador (ver Figura 3) empleado para distribuir el liquido viscoso a atomizar. Este dosificador consiste en una pieza cilindrica con varias acanaladuras (10) con section transversal fija o variable. Dichos canales pueden estar alineados axialmente con el eje del dosificador, formar un angulo con él o ser conductos helicoidales. El numero y diametro de estos canales o conductos depende del gasto volumetrico de la aplicación especifica en que se emplee el cabezal y cada una de ella termina en sendos conductos (11) de diametro igual al de la mayor dimension de los canales. Cuando los canales son helicoidales los orificios de salida del dosificador tendron una inclinación respecto del eje horizontal, determinada por el angulo del canal en la zona de salida. Ademas, la misma pieza presenta un canal central (9) por donde es conducido el fluido auxiliar, el cual, dependiendo zambien de la aplicación en que se utilice la invencion, podra ser cualquier gas o vapor, o mas concretamente aire comprimido, vapor saturado o sobrecalentado, oxigeno, cualquiera de los gases nobles, gas natural, etc. (ver Lefevbre, 1989). La configuracion coaxial de ambos conductos permite que, en caso de emplear vapor como fluido auxiliar, parte del calor de este sea transferido por conduction al liquido a atomizar aumentando su temperatura y disminuyendo su viscosidad. En el caso de que las ranuras sean helicoidales, el aumento del area de transferencia de calor zambien ayudara a disminuir la viscosidad del fluido.

Cuando el fluido a atomizar no sea excesivamente viscoso, el fluido auxiliar podra sustituirse por aire comprimido, oxigeno, cualquier gas noble o gas natural como se mencionó anteriormente. E1 dosificador esta conectado en su parte posterior (8) a la tuberia conductora del fluido auxiliar.

Asi, una vez que el liquido, preferentemente viscoso, a atomizar es conducido a través de las ranuras del dosificador al cabezal atomizador, llega a la camara de acondicionamiento (12) y se ve obligado a circular por los canales angulares (6) de la pieza interior que conforma la boquilla de atomización. EI fluido auxiliar se mueve a través del orificio central del dosificador hasta el orificio central de la pieza interior (5).

Una parte del fluido auxiliar se deriva por los conductos cilindricos (7) mezclandose con el liquido viscoso a atomizar en la parte final de los canales (5) en una

configuracion en"Y". La premezcla de ambos fluidos ocurre a una distancia determinada antes de la salida de los canales a la camara de rotation (3). Esta premezcla cumple la doble function de aumentar la temperatura del liquido, disminuyendo su viscosidad; asi como la de incrementar zambien su energia cinética por efecto de cizalladura. La disposición constructiva especial de los canales (6) en el conjunto, es decir, su doble angulo espacial y su section variable, permite incorporar un nuevo angulo de giro que provoca un aumento de las velocidades lineal y angular del fluido a atomizar, ademas de la premezcla de ambos fluidos en la zona de salida de estos canales. Con este diseno, es posible incrementar la rotation, mezclado y turbulencia de ambos fluidos en la camara de rotation. El montaje solidario de las dos piezas que conforman la boquilla atomizadora de la presente invention crea una canara de rotación (3) donde interaccionan la premezcla que sale de los canales angulares (6) con el resto del fluido auxiliar que sale por el orificio central de section variable (5), provocando la mezcla final entre ambos fluidos. La fuerte componente angular de la velocidad del liquido premezclado unido a la intensa cizalladura a que se ve sometido por parte del resto del fluido auxiliar, provoca que la mezcla final de ambos flujos salga por los orificios pasantes cilindricos (1) formando una lamina conic en su interior. La suma de todos los efectos descritos provoca un aumento de la eficiencia del proceso de atomización, generando aerosoles con un tamano de gotas muy pequeno, asi como una mejor distribución espacial de las mismas.

El casquillo (ver Figura 4), tiene la function de encapsular el conjunto de la boquilla y el dosificador. En su parte delantera termina en una pared con un agujero biselado (14), con un diametro adecuado, que sirve de alojamiento a la boquilla.

Ademas, en la parte posterior esta la rosca (13) o cualquier otra forma de union del cabezal atomizador a la tuberia conductora del liquido viscoso a atomizar.

Como es bien conocido por los ingenieros e investigadores que trabajan en el campo de la atomización, dependiendo de la aplicación particular las caracteristicas del atomizador pueden variar. Asi, un objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invention en el cual los dos angulos de inclinación diferentes en el espacio de los canales angulares (6) pueden variar entre 10° y 80°, respecto de los ejes horizontal y vertical. Ademas, la section transversal de dichos canales angulares (6) puede variar entre 1 y 25 mm2, y el angulo que conforman los canales angulares (6) y los conductos cilindricos (7) puede variar entre 5° y 85°.

De igual forma, un objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invención en el cual la section transversal de los conductos cilindricos (7) podra aumentarse o disminuirse segun las necesidades, pudiendo variar entre 1 y 10 mm2, y, en un caso extremo, el cabezal atomizador de la presente invention puede estar caracterizado por la ausencia de los conductos cilindricos (7) por lo que todo el fluido auxiliar llega a la camara de rotation a traves del orificio central (5) de secci6n variable.

Por otro lado, un objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invention en el cual la cubierta exterior posee mas de un orificio pasante de salida (1) distribuidos de forma concéntrica. El diametro de estos orificios de salida puede variar entre 1 y 10 mm y se distribuyen con un angulo de inclinación respecto del eje horizontal del cabezal atomizador que puede variar entre 0° y 80°, todo lo cual permite la atomización del liquido en tantos aerosoles conics como agujeros de salida existan.

Otro objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invención en el cual la camara de rotation (3) presenta un doble angulo de su cara frontal interior, respecto de la vertical, que puede estar en el rango entre 5° y 50°.

Otro objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invention en el cual el conducto central de la pieza conic interior (5) presenta un diámetro de section variable, comprendido para el caso de la section de entrada en el rango entre 5 y 30 mm y para el caso de la section de salida entre 1 y 10 mm.

Otro objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invention al que se acopla un dosificador, el cual presenta un conducto central por donde circula el fluido auxiliar y varios canales en la parte exterior para el movimiento del liquido a atomizar. El diametro del conducto central puede variar entre 5 y 2 mm, mientras que el area de la section transversal de los canales puede variar entre 4 y 100 mm2. En el caso de que los canales conductores del liquido viscoso estern conformados en ranuras helicoidales, el angulo de las mismas variara entre 5° y 85° respecto del eje horizontal de la pieza.

Otro objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invention que comprende un casquillo formado por una pieza cilindrica hueca para ensamblar el conjunto boquilla-dosificador. El diámetro del agujero biselado para el ajuste de la boquilla por delante varia entre 15 y 50 mm. El espesor de la pared, para

el ajuste trasero a la tuberia conductora del liquido a atomizar, varia entre 2 y 10 mm y se realiza mediante rosca o cualquier otra forma de union.

Otro objeto particular de la invention lo constituye cualquier cabezal atomizador, de los descritos anteriormente, que pueda funcionar en unas condiciones de pression manométrica donde la pression del fluido a atomizar a la entrada del mismo este comprendida entre 0.5 y 20 MPa, y la del fluido auxiliar entre 0.1 y 30 MPa.

Otro objeto particular de la patente es que el fluido auxiliar puede ser, entre otros, aire comprimido, vapor saturado o sobrecalentado, oxigeno, gas natural o algun otro gas noble.

Otro objeto particular de esta patente lo constituye la utilización del cabezal atomizador de la presente invención, preferentemente, en los quemadores de los generadores de vapor industriales que queman petr6leos pesados de baja calidad, en calderas y homos asi como en motores de combustion interna, y en cualquier otro proceso industrial donde se desee atomizar fluidos como en la aplicación de pintura, secado, extinction de fuegos, corte y recubrimiento de materiales, dispersion de agentes quimicos, etc. Otras aplicaciones se encuentran en la agricultura (riego, aplicación de herbicidas e insecticidas), asfaltado de vias, construcción y la medicina (aerosoles para la prevention y tratamiento de enfermedades respiratorias).

Otro objeto particular de esta patente lo constituye un cabezal atomizador de la presente invention para la combustion de petroleo pesado de caracteristicas técnicas tal como se describe en el Ejemplo 1 de la presente invencion.

Finalmente, hay que destacar que las caracteristicas constructivas del cabezal atomizador de la presente invention permiten su fabricación en talleres de mecanizado sencillos, lo que incide en la reducción de sus costes de construccion. Segun las aplicaciones especificas, las piezas pueden construirse de acero inoxidable, latin, hierro <BR> <BR> fundido, cualquier tipo de plastic, etc. , que, dependiendo del uso, resista la abrasion, corrosion y temperatura de los fluidos que se empleen como liquido a atomizar y fluido auxiliar y soporte el rango de presiones de trabajo. Por otro lado, las ranuras exteriores de la pieza conic interior, facilitan su limpieza, lo que reduce las interrupciones del tiempo de trabajo por mantenimiento y aumenta su vida util.

BREVE DESCRIPCION DEL CONTENIDO DE LAS FIGURAS Figura 1.-Corte lateral de la cubierta exterior del cabezal atomizador, donde aparecen los orificios de salida (1), el agujero conic de alineación (2) y la camara de rotation (3) que se forma al unir las dos piezas.

Figura 2. -Corte lateral de la pieza conic interior que muestra la superficie conic exterior (4), el orificio central (5) por donde se mueve el fluido auxiliar, las ranuras rectangulares de section variable (6) por donde circula el liquido a atomizar y los conductos cilindricos (7) por donde se transporta una parte del fluido auxiliar, que conforman una disposición relativa en forma de"Y"con las ranuras rectangulares.

Figura 3. -Corte lateral del dosificador del liquido viscoso a atomizar que muestra la parte roscada posterior que sirve de union con la tuberia conductora del fluido auxiliar (8), el orificio central de section variable (9) por donde es conducido el fluido auxiliar, las ranuras rectangulares (o helicoidales) por donde circula el liquido a atomizar (10) y los orificios de descarga (11) a la canara de acondicionamiento (12) del flujo.

Figura 4.-Corte lateral del casquillo de ensamblaje o cuerpo del cabezal atomizador que muestra la union roscada posterior para empalmar la tuberia conductora del liquido viscoso a atomizar (13) y el orificio biselado de la pared anterior (14) que sirve de alojamiento a la boquilla.

Figura 5.-Orden de montaje de todas las piezas que, de izquierda a derecha, muestra el dosificador, las piezas conicals interior y exterior que conforman la boquilla de atomización en si y el casquillo de ensamblaje o cuerpo del cabezal.

Figura 6. -Montaje solidario (isometrico) del conjunto donde se pueden ver, en un corte lateral, todas las piezas ensambladas.

EJEMPLO DE REALIZACION DEL OBJETO DE INVENCION Ejemplo 1.-Cabezal atomizador para la quema de combustible pesado El ejemplo que a continuación se describe, no debe entenderse s6lo como una limitante del alcance del cabezal atomizador motivo de la presente invencion. Por el contrario, la presente invention trata de cubrir todas las alternativas, variantes, modificaciones y equivalencias que puedan incluirse dentro del espiritu y el alcance del objeto de invenci6n.

Ante los problemas presentados en una central termina en Cuba al quemar un petroleo pesado de muy baja calidad, se decide instalar un cabezal atomizador con las caracteristicas que se protegen en esta invencion, en sustitución de las comerciales tipo "Y"que se encontraban en funcionamiento.

Las exigencias de partida para el diseno del atomizador eran lograr una adecuada eficiencia en la combustion, utilizando la menor cantidad de vapor saturado con presiones entre 0,65 y 0,7 MPa, cuando las presiones del liquido combustible oscilan entre 0,46 y 0,5 MPa. Debido a las caracteristicas fisico-quimicas del combustible que se utilize, no se deben alcanzar valores de temperatura de precalentamiento por encima de 120°C.

Las caracteristicas del petroleo utilizado fueron las siguientes: Carbono 81, 67 % en peso Hidrógeno 9,25 % en peso Azufre 7,38 % en peso Oxigeno 0,30 % en peso Agua 1,40 % en peso Cenizas 0,064 % en peso Contenido de asfaltenos 18,85 % en peso Valor caloric inferior 40083 kJ/kg Gravedad específica a 15, 6°C 10,5 API Densidad relativa 0, 9959 Viscosidad a 50°C 1546 cSt (1,546 10-3 m2/s) Viscosidad a 80°C 255 cSt (0,255 10-3 m2/s)

La boquilla construida esta conformada por dos piezas corneas independientes de acero inoxidable, una interior y otra exterior. Como ya se ha explicado en la descripción de la invencion, al montarse de forma solidaria, las mismas ajustan entre si formando una camara de rotation. La cubierta exterior posee un diámetro exterior en su parte mas ancha de 40 mm y 8 orificios de salida con diametros de 3,5 mm cada uno.

La pieza conic interior, con un diametro exterior maximo de 26 mm tiene 6 ranuras rectangulares de section transversal variable con una section cuadrada en la entrada de 4x4 mm, por donde circula el petroleo. En el diseno probado, la dimension en la coordenada vertical se disminuyó progresivamente para tener a la salida del canal 3 mm. A cada una de las ranuras llega un conducto cilindrico de 3 mm de diametro por donde se conduce una parte del flujo del fluido auxiliar (vapor en este ejemplo). El punto de mezcla entre los dos fluidos se localize a 7,5 mm de la zona de salida de los canales a la camara de giro. En este caso particular, los dos angulos de los canales del liquido a atomizar fueron de 30° en relación con el eje del atomizador en una vista superior del conjunto y de 25° con respecto al mismo eje pero en este caso desde la vista frontal. El agujero central por donde se transporta el vapor, posee un diámetro mayor de 14 mm en la section de entrada y un diametro menor a la salida de 4 mm.

El dosificador por su parte esta mecanizado en acero inoxidable, presenta 10 ranuras de distribución del petroleo a atomizar y un agujero central por donde circula el fluido atomizador (en este caso vapor). Las ranuras presentan una section cuadrada de 4, 5x4, 5 mm, desembocando en sendos orificios de 4,5 mm de diametro. El agujero central es de section variable, con un diametro 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 tuberia conductora del fluido auxiliar. La camara de adecuación del flujo entre el dosificador y la boquilla es de 5 mm en este caso.

El casquillo de ensamble es una pieza tambien de acero inoxidable, con un diametro 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 metrics donde se acopla el tubo proveniente del calentador de petroleo.

Primeramente, este cabezal fue sometido a un exhaustivo estudio en un banco de prueba de quemadores. Se pudo comprobar que los valores del angulo y la calidad del spray obtenidos fueron similares o mejores que los que se conseguian con la boquilla

comercial. Es de destacar que estos resultados se lograron con aproximadamente la mitad del flujo de vapor empleado como fluido auxiliar en las diferentes pruebas realizadas, variando las presiones del petroleo y del vapor en el rango de los valores de operation de esta caldera.

En la caldera de vapor se realizaron pruebas de eficiencia con las boquillas comerciales y zambien una vez instalados los cabezales atomizadores objeto de esta invencion. Como promedio, se obtuvo un incremento de la eficiencia en 3 unidades.

Esta mejora vino dada porque el nuevo cabezal atomizador ademas de permitir la reducción del flujo de vapor de atomización y mejorar el proceso de combustion, permitió reducir el valor del exceso de aire necesario para este ultimo proceso. Las medidas realizadas del consumo de combustible permitieron comprobar una reduction de un 1 % mensual, al comparar el consumo promedio de los meses anteriores para la misma generation de electricidad. La falta de coincidencia del incremento de la eficiencia y la reduction del consumo de combustible se debe a otros problemas surgidos en la central térmica en el mes de pruebas que provocaron una reduction de su eficiencia. Otro aspecto muy importante a destacar es la disminución del tiempo de limpieza de las nuevas boquillas a aproximadamente la mitad de la que se requeria con las boquillas comerciales.