Campo de Aplicación

La presente invención está relacionada con un quemador poroso para hornos, que consiste en un sistema de generación de calor a partir del proceso de combustión de una premezcla de gas combustible y aire, que comprende un quemador de medio poroso con material inerte, una unidad de seguridad y control, y que puede ser utilizado en hornos para calentar indirectamente el objeto a calentar a través de un intercambiador de calor, incrementando la eficiencia de operación del horno.

Descripción Del Arte Previo

La tecnología de quemadores porosos para hornos, presenta variadas configuraciones y soluciones operativas.

Los quemadores de medios porosos inertes (MPI) tienen una aplicación importante en procesos industriales para calefacción. Los MPI consisten en una matriz sólida de adecuadas propiedades termo-físicas (forma y características de transferencia de calor). Los quemadores de MPI pueden ser instalados en forma vertical, siendo el flujo ascendente o descendente, o en forma horizontal, dado que el proceso de combustión no se ve afectado por el campo gravitacional.

Bajo el concepto de la combustión de gases reactantes en MPI se entiende el proceso de propagación de la zona de reacción exotérmica química a lo largo del mismo medio poroso. A raíz de la activa participación tanto del medio poroso como del gas reactante en este proceso, tres zonas características se pueden identificar dentro del medio poroso. Una zona que se encuentra delante del frente de combustión donde los gases reactantes se mezclan en forma natural y se precalientan aprovechando el calor desprendido por el medio poroso. La segunda zona es muy estrecha y representa la zona de la reacción química, la que se mueve en la misma dirección o en contra del flujo de gas y donde se libera una gran cantidad de la entalpia, la que es absorbida por el medio poroso y conducida hacia la primera zona, es decir, la zona de entrada del gas fresco. En esta última zona, gracias a la superficie específica que tiene el medio poroso, la energía es cedida por ella al gas entrante y trasladada por convección hacia la zona de la reacción. La tercera zona, que se encuentra detrás del frente, contiene los productos de combustión, los que intercambian activamente el calor por convección con el medio poroso.

La solicitud de patente de invención US2016230984 de fecha 1 1 .08.2016, de COLANNINO JOSEPH y otros, titulada SISTEMA DE QUEMADORES QUE EMPLEAN MUCHOS TENEDORES DE LLAMA PERFORADOS Y MÉTODO DE OPERACIÓN, describe un sistema de quemador que incluye una pluralidad de quemadores, cada uno con una boquilla posicionada para emitir una corriente de combustible en un volumen de combustión, y un soporte de llama perforado, que incluye una pluralidad de aberturas que se extienden entre la primera y segunda caras del mismo, y se coloca para recibir una corriente de combustible de la respectiva boquilla. En funcionamiento, los soportes de llama están configurados para mantener una llama sustancialmente dentro de la pluralidad de aberturas.

La solicitud de patente de invención US2009032012 de fecha 05.02.2009, de VON HERRMANN PIETER y otros, titulada UNIDAD DE QUEMADOR DE GAS RADIANTE, describe una unidad mejorada de quemador de gas radiante que tiene una base poco profunda con paredes largas y paredes más cortas. La base poco profunda soporta una placa o placas de quemador de gas radiante que tienen aberturas que la atraviesan y que forman una superficie externa de la base para emitir radiación de gas a alta temperatura. Se proporcionan al menos tres tubos de mezcla alineados con la pared más corta y que tienen dos extremos abiertos. El primer extremo abierto se coloca dentro de la base y el segundo extremo abierto se coloca adyacente a las aberturas correspondientes formadas a través de la pared larga de la base. Una línea de suministro de gas se extiende a lo largo de la pared larga y tiene salidas de gas para expulsar gas a través de un espacio de aire abierto situado entre la salida de gas y el segundo extremo abierto de los tubos de mezcla. El gas expulsado se mezcla con el aire cuando atraviesa el espacio de aire, y se suministra a las aberturas de la placa del quemador de gas radiante para que la combustión produzca radiación a alta temperatura en la placa del quemador de gas radiante y en la superficie externa de la base.

La patente de invención ES2319151 de fecha 04.05.2009, de OSENDI MIRANDA MARIA ISABEL y otros, titulada quemador RADIANTE POROSO, describe un ensamblaje para quemadores radiantes porosos que comprende una placa base que comprende unas fibras cerámicas compactadas cuya composición comprende una mezcla de S1O2 y AI2O3 en una proporción comprendida entre 70:30 y 30:70 en peso, y una estructura porosa situada sobre la placa base cuya composición comprende entre 65 y 80% en peso de SiC y al menos un segundo componente cerámico.

Ninguno de los documentos citados describe un quemador poroso para hornos como se enseña a continuación.

Resumen de La Invención

Un objetivo de la invención es realizar un quemador poroso para hornos que comprende un quemador de medio poroso con material inerte, una unidad de seguridad y control, un cabezal de combustión que está compuesto por una o más unidades radiantes, las cuales corresponden, cada una, a una estructura metálica de acero inoxidable, de manera preferente, la cual posee una forma cúbica o cilindrica, de preferencia, pero que puede considerar otras formas volumétricas, donde una cara superior está abierta, y en la cara inferior posee una rosca, que no se muestra, que se conecta a un medio colector, en donde por medio de esta conexión ingresa una premezcla de gas combustible y aire al cabezal de combustión; dentro de cada unidad radiante, de forma cúbica preferentemente, desde la parte superior a la inferior, se encuentra primero, una esponja cerámica inerte, luego una trampa de llama, que corresponde a una placa cerámica, con perforaciones de 1 mm por las cuales ingresa la premezcla de gas combustible y aire hacia la esponja cerámica inerte; una pequeña cámara de premezcla que esta ubicada en la parte inferior de la unidad radiante y un difusor, que corresponde a una placa circular sostenida por tornillos y sus respectivas tuercas y golillas, y donde se envuelve tanto la esponja cerámica inerte como la trampa de llama utilizando un material aislante. Breve Descripción de Las Figuras

La figura 1 describe el quemador poroso para hornos de la invención.

La figura 2 describe en una vista lateral isométrica, el detalle de los componentes del quemador poroso para hornos de la invención.

La figura 3 describe una vista frontal de la unidad operativa del quemador poroso para hornos de la invención.

La figura 4 describe una vista en corte de una unidad radiante del quemador poroso para hornos de la invención.

La figura 5 describe una vista en detalle de un corte de la unidad radiante del quemador poroso para hornos de la invención.

La figura 6 describe una vista en isometría del interior de la unidad operativa del quemador poroso para hornos de la invención.

Descripción Detallada de Una Realización Preferida

Se describe un quemador poroso para hornos (100), que consiste en un sistema de generación de calor a partir del proceso de combustión de una premezcla de gas combustible y aire, que comprende un quemador de medio poroso con material inerte, una unidad de seguridad y control (1 1 ), y que puede ser utilizado en hornos para calentar indirectamente el objeto a calentar a través de un intercambiador de calor, incrementando la eficiencia de operación del horno.

La figura 1 muestra el quemador poroso para hornos (100) de la invención, en una vista isométrica general. La figura 2 muestra el quemador poroso para hornos (100) de la invención, en una vista isométrica con el detalle de los medios físicos que componen el quemador poroso para hornos (100), que comprende un cabezal de combustión (1 ) que está compuesto por una o más unidades radiantes (2), las cuales corresponden, cada una, a una estructura metálica de acero inoxidable, de manera preferente, la cual posee una forma cúbica o cilindrica, de preferencia, pero que puede considerar otras formas volumétricas, donde una cara superior está abierta, y en la cara inferior posee una rosca, que no se muestra, que se conecta a un medio colector (6), en donde por medio de esta conexión ingresa una premezcla de gas combustible y aire al cabezal de combustión (1 ). Dentro de una unidad radiante (2), en forma cúbica preferencialmente como se enseña en la figura 5, desde la parte superior a la inferior, se encuentra primero, una esponja cerámica inerte (20), de materiales como SiSiC, u otro material de características similares; luego una trampa de llama (21 ), que corresponde a una placa cerámica, que por lo general, es una mezcla de S1O2 y AI2O3, pero pueden utilizarse otros materiales de características similares, con perforaciones de 1 mm por las cuales ingresa la premezcla de gas combustible y aire hacia la esponja cerámica inerte (20); cabe destacar que entre la esponja cerámica y la trampa de llama (21 ) existe una separación de al menos un milímetro; luego, una pequeña cámara de premezcla (22) que esta ubicada en la parte inferior de la unidad radiante (2), como se muestra en la figura 3, y un difusor (23), que corresponde a una placa circular sostenida por tornillos y sus respectivas tuercas y golillas; finalmente, se envuelve tanto la esponja cerámica inerte (20) como la trampa de llama (21 ) utilizando un material aislante (24), de materiales mezcla de S1O ₂ y AI ₂ O3, u otros similares.

El medio colector (6) corresponde a una estructura metálica alargada, de acero inoxidable preferentemente, por medio de la cual se conecta un ventilador de premezcla (16) con el cabezal de combustión (1 ), como se muestra en la figura 3. La geometría del medio colector (6) permite transportar desde el ventilador de premezcla (16) y distribuir de manera homogénea la premezcla de gas combustible y aire hacia el cabezal de combustión (1 ). El medio colector (6) se conecta con el ventilador de premezcla (16) por medio de una entrada que se adapta a la salida de dicho ventilador de premezcla (16), y está conectado por medio de fijación mecánica, como se muestra en la figura 6, y una empaquetadura que cumple el rol de sello entre uno y otro para evitar fugas, y en donde se conecta por medio de salidas roscadas con el cabezal de combustión (1 ). El medio colector (6) se diseña para que se adapte a una cámara de combustión de un horno con intercambiador de calor y calentar indirectamente a través de un intercambiador lo que se requiera calentar, con el quemador poroso para hornos (100). El ventilador de premezcla (16), corresponde a un aparato de uso común, que cumple con la función de mezclar el combustible, mezclas de propano/butano o metano, entre otros gases combustibles, con el aire. Este ventilador de premezcla (16) posee dos entradas, por las cuales ingresan cada uno de los fluidos antes mencionados, para luego salir premezclados hacia el medio colector (6). El ventilador de premezcla (16) está instalado en la unidad de seguridad y control (1 1 ), que se muestra en las figuras 3 y 6, que regula los tiempos, velocidad, y prendido/apagado del mismo. La unidad de seguridad y control (11 ) es una unidad reguladora, de una unidad de interacción con el usuario, conectadas a un controlador electrónico (14) que permite regular el funcionamiento del quemador poroso para hornos (100). La unidad de seguridad y control (1 1 ) consiste en una válvula monobloque (9), un presostato de aire (17), y un controlador de aire-combustible (15), donde la válvula monobloque (9) detecta y regula el paso de gas combustible controlado por el controlador electrónico (14); el presostato de aire (17) detecta el caudal de aire, conectado al controlador electrónico (14); y el controlador de aire-combustible (15) controla la velocidad del motor del ventilador de premezcla (16). La unidad de interacción con el usuario, en el ejemplo de la figura 2, corresponde a un botón (25), que pertenece al controlador electrónico (14), como se muestra en las figuras 3 y 6; esta unidad de interacción puede, además, integrarse con una pantalla táctil u otro sistema que permita al usuario enviar una señal hacia el controlador electrónico (14). El controlador electrónico (14) corresponde a un controlador electrónico común, al cual se conectan los elementos mencionados previamente. Además, el controlador electrónico (14) permite controlar una unidad piloto, que comprende una unidad que utilizando gas combustible, genera una llama piloto para iniciar la combustión en el cabezal de combustión (1 ), el cual consiste en partes que van desde una válvula (8), pasando por una tobera (7), hasta la salida de la unidad piloto, la cual corresponde a un cilindro metálico perforado (4), que se dispone en el lugar donde se produce la llama piloto y además, se incluyen electrodos (3, 5). El controlador electrónico (14) está conectado tanto al ventilador de premezcla (16) como a la unidad piloto y controla el caudal de aire y gas combustible que ingresa tanto al ventilador de premezcla (16) como a la unidad piloto, los tiempos de funcionamiento, y el prendido/apagado del quemador poroso para hornos (100). A su vez, la unidad de seguridad y control (11) provee de alimentación eléctrica al quemador poroso para hornos (100), mediante una conexión (12) a la red eléctrica, como se muestra en la figura 2.

La unidad piloto corresponde a la unidad que provee de una llama al cabezal de combustión (1 ) para que comience la combustión sobre la esponja cerámica inerte (20), a la cual llega gas combustible por medio de la válvula (8), donde electrodos de ignición (3) producen combustión en el cilindro metálico perforado (4), y por medio de esto, un electrodo de ionización (5) envía una señal a la unidad de seguridad y control (11 ). La unidad piloto está compuesta por la válvula (8) por donde ingresa el gas combustible, pasando por la tobera (7), hasta el cilindro metálico perforado (4), donde se producen las llamas de la unidad piloto; los electrodos de ignición (3) están conectados a la unidad de seguridad y control (11 ), y que encienden el cilindro metálico perforado (4), mediante un arco eléctrico accionado por la unidad de seguridad y control (11 ); y un electrodo de ionización (5), el cual va desde la unidad de seguridad y control (11 ) hasta el cilindro metálico perforado (4), el cual cumple la función de detectar si es que existe o no una llama en el cilindro metálico perforado (4), enviando una señal de control a la unidad de seguridad y control (11 ).