ES2246304T3 - Elemento mezclador para un paso de brida en una tuberia. - Google Patents

Abstract

Elemento mezclador (2) para un paso de brida (10) en una tubería (1), que se puede montar entre dos bridas (11, 12) de la tubería y que comprende una estructura eficaz para la mezcla (25) que está dispuesta en el interior de un anillo (20) que se puede colocar entre las bridas o que se puede pillar entre las bridas, y que está formada por una o dos aletas (25a, 25b), donde se pueden definir dos planos (21, 22) inclinados entre sí, estando dispuesta una de las aletas sobre uno de estos planos o estando las dos aletas dispuestas sobre los dos planos, cortándose los dos planos en un eje de intersección (23), y donde las superficies parciales cerradas (52, 51'') y los trozos de superficie abierta (51, 520, 521, 522) de las aletas forman una muestra de superficie (5), caracterizado porque la muestra de superficie tiene forma asimétrica con respecto al eje de intersección, y porque debido a la forma asimétrica, un fluido (9) que atraviese la tubería se puede desviar de tal manera que los flujos parciales (9b) de una mitad del tubo sean desviados mediante superficies parciales de uno de los planos (21) al otro medio tubo, incidiendo allí sobre otros flujos parciales en gran medida no desviados, siendo esto también aplicable a la inversa con respecto al otro plano (22), si en éste existe una segunda aleta (25b) que presente elementos estructurales.

Description

Elemento mezclador para un paso de brida en una tubería.

La invención se refiere a un elemento mezclador para un paso de brida en una tubería conforme al preámbulo de la reivindicación 1, y a una tubería con un elemento mezclador de esta clase.

Se conocen mezcladores estáticos que están situados en un trozo de tubo de una tubería. Para instalar un trozo de tubo de esta clase en la tubería tiene que haber por lo general dos parejas de bridas, a saber dos bridas en el trozo de tubo y las dos bridas correspondientes en la tubería. Estos mezcladores estáticos causan unas pérdidas de presión reducidas, si no estrechan mucho la sección del trozo de tubo, tal como sucede por regla general, y con ello causan solamente en pequeña medida un desprendimiento turbulento, que tiene como consecuencia una fuerte disipación de la energía del flujo.

Por la patente US-A 5.839.828 se conoce un mezclador de brida para cuya instalación se necesita únicamente una pareja de bridas. Este mezclador de brida está realizado a modo de diafragma. Su estructura eficaz para la mezcla comprende dos zonas de superficie simétricas entre las que se encuentra un orificio de paso, el cual presenta un estrechamiento central y dos zonas que se extienden en dirección transversal al estrechamiento, de forma lenticular. Las zonas de superficie pueden estar situadas en dos planos inclinados entre sí y cuya línea de intersección, proyectada perpendicularmente sobre una sección del tubo, forma un eje geométrico del estrechamiento. En un fluido que atraviese el estrechamiento central se producen turbulencias debido al efecto de diafragma del estrechamiento, que por una parte tienen un efecto mezclador para los aditivos añadidos de forma dosificada, y por otra parte provocan una caída de presión relativamente grande. Debido a la simetría tiene lugar una reducida transferencia de masa entre las mitades de tubo formadas por la línea de intersección y el eje geométrico.

Los mezcladores de brida presentan la ventaja, frente a los mezcladores estáticos dispuestos en trozos de tubo, de que tienen un volumen reducido. De acuerdo con determinadas normas de cálculo no se consideran como recipientes a presión, gracias a su escaso volumen, y por lo tanto no necesitan un procedimiento de ensayo complejo para su homologación. Un inconveniente es que el mezclador de brida se compone de un solo elemento mezclador y que por lo tanto tiene un efecto mezclador limitado.

El objetivo de la invención es el de crear una alternativa al mezclador de brida conocido, que tenga un efecto mezclador mejorado con unas pérdidas de presión reducidas. Este objetivo se resuelve mediante el elemento mezclador definido en la reivindicación 1, que es un mezclador de brida. Al añadir un aditivo con el elemento mezclador objeto de la invención, el aditivo se puede alimentar a través de multitud de puntos de acceso, de manera que puede ser suficiente el efecto mezclador, del mezclador de brida, que consta de un solo elemento mezclador.

El elemento mezclador está previsto para un paso de brida en una tubería y se puede montar entre dos bridas de la tubería. Comprende una estructura eficaz para la mezcla, formada por una o dos aletas en el interior de un anillo. Se pueden definir dos planos inclinados mutuamente, donde sobre uno de los planos puede estar situada una de las aletas o sobre ambos planos las dos aletas. Los dos planos se cortan en un eje de intersección. Las partes de superficie cerradas y los trozos de superficie abiertos de las aletas forman un dibujo plano que es asimétrico con respecto al eje de intersección. Debido a la forma asimétrica, un fluido que atraviese la tubería se puede desviar de tal manera que unos flujos parciales de una mitad del tubo se desvíen mediante superficies parciales de uno de los planos a la otra mitad del tubo, y tropiecen allí con flujos parciales que en su mayoría no están desviados, siendo esto también aplicable a la inversa con respecto a otro plano, si en éste existe otra segunda aleta que presente elementos estructurales.

Las reivindicaciones dependientes 2 a 9 se refieren a formas de realización ventajosas del elemento mezclador objeto de la invención. Una tubería con un elemento mezclador de esta clase constituye el objeto de la reivindicación 10.

A continuación se describe la invención sirviéndose de los dibujos. Las Figuras muestran:

Fig. 1 detalle de una sección longitudinal a través de una tubería, en un punto de brida con el anillo colocado,

Fig. 2 una representación esquemática del trayecto del flujo en un elemento mezclador objeto de la invención,

Fig. 3 un sistema de referencia para la definición de la estructura eficaz para la mezcla, del elemento mezclador objeto de la invención,

Fig. 4 una muestra de superficie correspondiente al elemento mezclador de la Fig. 3 conforme a un primer ejemplo de realización,

Fig. 5 una muestra de superficie correspondiente a un segundo ejemplo de realización,

Fig. 6 una representación auxiliar para la definición de la estructura eficaz para la mezcla,

Fig. 7 una muestra de superficie correspondiente a un tercer ejemplo de realización,

Fig. 8 un sistema de referencia que se puede asignar a la muestra de superficie de la Fig. 7,

Fig. 9 detalle de una sección longitudinal a través del borde de un elemento mezclador, con puntos de inyección para un aditivo,

Fig. 10 una vista lateral de una tubería con un punto de inyección de un aditivo situado corriente arriba del elemento mezclador,

Fig. 11 detalle de una sección longitudinal a través de un borde de un elemento mezclador con un diafragma adicional,

Fig. 12 otra estructura eficaz para la mezcla, y

Fig. 13 una modificación de la estructura de la Fig. 12 con una sola aleta, que también es parte de un elemento mezclador objeto de la invención.

La Fig. 1 muestra un detalle de una sección longitudinal a través de una tubería 1 en el punto de un paso de brida 10, donde está colocado un anillo 20 entre las bridas 11 y 12. En la zona interior del anillo 20 está dispuesta una estructura 25, para la cual se ha dibujado en la figura únicamente su emplazamiento 25' y que en la Fig. 2 está representada de forma esquemática 25'' como muestra de superficie. La estructura 25 actúa como mezclador estático para un fluido 9 indicado mediante las flechas 90, que atraviesa la tubería 1. La estructura 25 se puede fabricar, por ejemplo, a partir de una chapa, mediante troquelado y plegado. El elemento mezclador 2 compuesto del anillo 20 y de la estructura 25 eficaz para la mezcla se pueden montar en el paso de brida 10; va sujeto mediante los tornillos no representados de las bridas 11 y 12. La estructura 25 está situada con sendas aletas 25a ó 25b respectivamente sobre dos planos inclinados entre sí 21 y 22 que se cortan en un eje de intersección 23. El eje de intersección 23 está situado corriente abajo con respecto al anillo 25. Si la disposición del elemento mezclador fuera inversa se obtendría también un efecto mezclador, pero éste sería menos bueno en cuanto a pérdida de presión y calidad de mezcla. Las aletas 25a y 25b pueden estar realizadas de tal manera que partes de ellas sobresalgan del eje de intersección 23, hacia el lado de la otra aleta 25b ó 25a respectivamente (véase la Fig. 12).

El empleo de un anillo independiente 20 es ventajoso, pero no necesario. Si la estructura eficaz para la mezcla 25 está realizada adecuadamente se puede pillar entre las bridas 11 y 12.

Las superficies parciales cerradas y los trozos de superficie abiertos de la estructura 25 forman una muestra de superficie 25, que en una realización concreta está representada con partes de superficie cerradas 52, 51', 55, 56 y trozos de superficie abiertos 51, 520, 521, 522, en la Fig. 4, donde la muestra de superficie 5 está desplegada en el plano del dibujo. En las Figs. 2 y 3 está representada una muestra de superficie que se introduce como sistema de referencia 4 para la caracterización de la muestra de superficie 5. En la Fig. 3, el sistema de referencia es el despliegue plano de la muestra de superficie 25'' representada en la Fig. 2 como figura inclinada.

Las dos aletas 25a y 25b presentan una forma que es en gran medida antisimétrica complementaria en el sentido siguiente: 1) se puede definir un sistema de referencia 4, formado por las líneas 40, 40', 40'', 43 que limitan con las superficies de referencia 41, 41', 42, 42' y que es simétrico con respecto al eje de intersección 23 o al eje de simetría 43; 2) las superficies parciales 52, 51', 55, 56 y los trozos de superficie 51, 520, 521, 522 de la muestra de superficie 5 y las superficies de referencia 41, 41', 42, 42' del sistema de referencia 4 cubren zonas comunes 52, 51', 51, 520, 521, 522, que son menores o de igual tamaño que las superficies que cubren 41, 41', 42, 42'. Estas zonas, son de acuerdo con la muestra de superficie 5, superficies parciales cerradas 52, 51' o superficies parciales abiertas 51, 520, 521, 522; y 3) las superficies parciales cerradas y abiertas forman con respecto al eje de intersección 23 una disposición antisimétrica, para la que rige que al reflejarse en el eje de intersección 23 o en el eje de simetría 53, las superficies parciales cerradas 52, 51' pasan a quedar encima de las superficies parciales abiertas 51, 520, 521, 522, y que rige igualmente lo recíproco. Mediante esta antisimetría existe una correspondencia entre las superficies abiertas y cerradas de las dos aletas. Las tres superficies parciales abiertas 520, 521, 522 dispuestas sobre la aleta 25b son en conjunto prácticamente congruentes (igual forma y extensión) con la superficie parcial cerrada 52 de la otra aleta 25a. La superficie parcial abierta 51 de la aleta 25a es congruente con la superficie parcial cerrada 51' de la otra aleta 25b.

La antisimetría especial de la estructura 25 eficaz para la mezcla cumple ahora el efecto buscado de acuerdo con la invención y que se explica de acuerdo con la Fig. 2: Con las flechas 9a y 9b se indica esquemáticamente el curso del flujo del fluido que se trata de mezclar. En la realidad aparecen también torbellinos que son esenciales para lograr un buen efecto de mezcla. Estos torbellinos se han ignorado en la presente representación esquemática, porque se trata de explicar otro aspecto del efecto de mezcla. Las flechas 9a están orientadas en la dirección de flujo principal (flecha 90 en la Fig. 1). Las flechas 9b indican flujos parciales del fluido que son desviados por las superficies parciales cerradas de la estructura 25. Gracias a la antisimetría complementaria, las flechas 9b están orientadas respectivamente contra una flecha 9a. Estas condiciones se manifiestan porque tiene lugar un intercambio de fluidos entre las zonas de las dos aletas 25a y 25b, de manera que se obtiene una mezcla en toda la sección de la tubería 1.

El elemento mezclador 12 objeto de la invención se puede caracterizar de forma más general del modo siguiente: La muestra de superficie 5 de la estructura eficaz para la mezcla tiene forma asimétrica con respecto al eje de intersección 23. Debido a la forma asimétrica, un fluido 9 que atraviese la tubería 1 se puede desviar de tal manera que los flujos parciales 9b que son desviados por las superficies parciales de una de las aletas 25a hacia el lado de la otra aleta 25b, inciden allí sobre flujos parciales 9a que en su mayoría no están desviados. Esto también es válido a la inversa con respecto a los flujos parciales desviados 9b de la otra aleta 25b.

Con respecto a la estructura 25 representada en la Fig. 4 hay que hacer además las siguientes observaciones: La estructura 25 situada en el interior de la tubería 1 está unida a dos trozos anulares 6 y 6', que se colocan entre el anillo 20 y la brida 11, véase la Fig. 1. La estructura 25 se pliega por el eje de simetría 53, de manera que se forma el ángulo dibujado a la derecha de la Fig. 4 con línea de trazos y puntos. También entre las piezas anulares 6, 6' y las dos aletas 25a, 25b se efectúa un plegado de tal manera que las piezas anulares 6, 6' queden situadas en un mismo plano. Después del plegado, las piezas anulares 6 y 6' forman puntos de unión a tope en sus extremos 61 y 62 ó 61' y 62' respectivamente.

En las Figuras 5 a 8 están representados otros dos ejemplos de realización de la invención. Mientras que en uno de los ejemplos el número de trozos de superficie abierta en una de las aletas 25a es de uno, y en la otra aleta 25b de dos, en el otro ejemplo este número es de dos o tres respectivamente. En estos ejemplos, las muestras de superficie 5 se diferencian relativamente bastante de la muestra del sistema de referencia 4.

A la muestra de superficie 5 según la Fig. 5 (con las correspondientes superficies 51, 52, 521, 522 y 51' como en el primer ejemplo, Fig. 4) se le puede asignar el mismo sistema de referencia que en el primer ejemplo de la Fig. 3. La Fig. 6 muestra una superposición de la muestra de superficie 5 y del sistema de referencia 4. Las zonas comunes de esta superposición, que es como máximo un 30% menor que los trozos de superficie 51, 52, 521, 522 o superficies parciales 51', 52 respectivamente de la muestra de superficie 5 que se trata de cubrir, son la superficie parcial cerrada 72 y la superficie parcial abierta 71 en la aleta 25a y las superficies parciales cerradas 71' y las superficies parciales abiertas 721, 722 en la aleta 25a. En cuanto a estas superficies parciales existe antisimetría complementaria de acuerdo con la definición de la muestra de superficie 5, que de acuerdo con la invención presenta la estructura 25. En esta definición se desprecian las superficies parciales pequeñas 75 que se han dejado en blanco en la Fig. 6.

La otra estructura eficaz para la mezcla 5 con la muestra de superficie 5 algo más complicada, está representada en la Fig. 7. En este ejemplo de realización es preciso tomar como base un sistema de referencia 4 correspondientemente más complicado, concretamente el de la Fig. 8. La superposición de la muestra 5 de la Fig. 7 con el sistema de referencia de la Fig. 8 da lugar, de forma análoga a la superposición de la Fig. 6, a zonas comunes para las cuales vuelve a existir una antisimetría complementaria. Se renuncia a realizar explícitamente esta superposición.

El elemento mezclador 2 objeto de la invención debe conducir a un resultado de mezcla que entrañe una pérdida de presión lo más reducida posible. Por este motivo, los trozos de superficie abierta de las aletas 25a y 25b no deben ser en su conjunto esencialmente menores que la sección libre de la tubería 1. Esta condición se cumple si los trozos de superficie abierta citados presentan en conjunto por lo menos el mismo contenido de superficie que las superficies parciales cerradas, y si la inclinación de los planos 21 y 22 es relativamente grande, de manera que el ángulo encerrado por ellos en el eje de intersección 23 es de 120º o menor.

Con una configuración adecuada, el mezclador de brida se puede instalar y desmontar en la tubería 1, sin que para ello sea necesario proceder al desmontaje de una parte de la tubería 1. Para ello es preciso que las aletas 25a y 25b estén situadas en la mayor medida posible en la zona entre las dos secciones extremas 13, 14 del anillo 20 (véase la Fig. 1).

Para la muestra de superficie 5 de la estructura 25 eficaz para la mezcla se puede prever una simetría especular con respecto a un eje 44 (véase la Fig. 3 o la Fig. 8), que sea perpendicular al eje de intersección 23.

El elemento mezclador 2 objeto de la invención es muy adecuado para alimentar un aditivo en la tubería 1 en el punto de la brida 10. En la Fig. 9 se han representado puntos de inyección para un aditivo 95, que están integrados en el anillo 20. Están formados por una multitud de orificios de salida 31 dispuestos uniformemente y de igual tamaño. El aditivo 95 se introduce a través de un tubo de alimentación 30 a una ranura anular 3', desde la cual llega a través de los orificios de salida 31 a la zona activa de la estructura del mezclador 25 indicado por las líneas de trazos y puntos 25'. Naturalmente se pueden prever también tubos de inyección 30 para varios aditivos u otros fluidos que se tengan que añadir. En lugar de los numerosos orificios de salida 31 puede haber también un intersticio anular o unas ranuras que abran radialmente hacia el interior, que vayan fresadas en las piezas anulares 6 y 6', en el anillo 20 o en una junta que esté allí colocada (que no está representada).

Los puntos de inyección 30' para el fluido que se trata de añadir también se pueden situar corriente arriba antes del elemento mezclador, tal como se ilustra en la Fig. 10. A través de una tobera 31 se inyecta un fluido antes del elemento mezclador 2.

Para producir un torbellino más intenso en el chorro de fluido de la tubería 1, en la zona del mezclador de brida 2, se pueden generar en el flujo 91 unos torbellinos adicionales 92 detrás del orificio del diafragma 80, empleando, tal como se puede ver en la Fig. 11, un diafragma 8 que se coloca junto con la estructura del mezclador 25 en el punto de la brida 10. El diafragma 8 también puede ser parte de la estructura 25 eficaz para la mezcla; la estructura 25 puede estar realizada en la periferia de tal manera que actúe como diafragma anular.

La Fig. 12 muestra otra estructura 25 eficaz para la mezcla. Esta se compone de un anillo cerrado 6 que se puede colocar entre la brida del tubo 11, 12 (Fig. 1), de una primera aleta 25a, formada por un puente central y de una segunda aleta 25b, que se compone de dos brazos laterales 25b' y 25b''. Las aletas 25a y 25b están configuradas de tal manera que parte de ellas sobresalen más allá del eje de intersección 23 hacia el lado de la otra aleta 25b ó 25a respectivamente. El puente central o los dos puentes laterales pueden faltar de manera que la estructura 25 eficaz para la mezcla presente una sola aleta 25a. Un elemento mezclador que presente una estructura 25 reducida de este modo también es un elemento mezclador conforme a la invención. Un ejemplo de una estructura 25 de este tipo, que tiene una sola aleta, está representado en la Fig. 13; en comparación con la forma de realización de la Fig. 12, falta la aleta con los brazos laterales 25b' y 25b''.

La estructura 25 eficaz para la mezcla puede estar fabricada en un material flexible, por ejemplo, una chapa elástica delgada o material plástico. Con caudales diferentes, los puentes flexionan de manera diferente; la resistencia al flujo crece por lo tanto menos rápidamente al aumentar el caudal que si los puentes fueran rígidos.

Los elementos mezcladores antes descritos se pueden modificar de tal manera que partes de una o de ambas aletas 25a, 25b de la estructura 25 eficaz para la mezcla estén dobladas fuera del plano 21, 22 correspondiente a la aleta. Así, en el ejemplo de la Fig. 12, los dos brazos laterales 25b' y 25b'' pueden estar doblados fuera del plano 22 formando ángulos distintos.

Claims (10)

1. Elemento mezclador (2) para un paso de brida (10) en una tubería (1), que se puede montar entre dos bridas (11, 12) de la tubería y que comprende una estructura eficaz para la mezcla (25) que está dispuesta en el interior de un anillo (20) que se puede colocar entre las bridas o que se puede pillar entre las bridas, y que está formada por una o dos aletas (25a, 25b), donde se pueden definir dos planos (21, 22) inclinados entre sí, estando dispuesta una de las aletas sobre uno de estos planos o estando las dos aletas dispuestas sobre los dos planos, cortándose los dos planos en un eje de intersección (23), y donde las superficies parciales cerradas (52, 51') y los trozos de superficie abierta (51, 520, 521, 522) de las aletas forman una muestra de superficie (5), caracterizado porque la muestra de superficie tiene forma asimétrica con respecto al eje de intersección, y porque debido a la forma asimétrica, un fluido (9) que atraviese la tubería se puede desviar de tal manera que los flujos parciales (9b) de una mitad del tubo sean desviados mediante superficies parciales de uno de los planos (21) al otro medio tubo, incidiendo allí sobre otros flujos parciales en gran medida no desviados, siendo esto también aplicable a la inversa con respecto al otro plano (22), si en éste existe una segunda aleta (25b) que presente elementos estructurales.

2. Elemento mezclador según la reivindicación 1, caracterizado porque la estructura eficaz para la mezcla (25) está formada por dos aletas (25a, 25b) que con el conjunto de las superficies parciales cerradas (52, 51') están situadas sobre una superficie coherente, y las dos aletas presentan aproximadamente una forma antisimétrica complementaria en el sentido siguiente: 1. se puede definir un sistema de referencia (4), formado por líneas límite cerradas (40, 40', 40'') de superficies de referencia (41, 42, 41', 42') y que con respecto al eje de intersección (23) tiene simetría espejo; 2. los trozos de superficie (51, 521, 522) y las superficies parciales (51', 52) de las aletas y las superficies de referencia del sistema de referencia cubren zonas comunes (71, 72, 71', 721, 722), que son como máximo un 30% menor que los trozos de superficie (51, 521, 522) o las superficies parciales (51', 52) de la muestra de superficie que se trata de recubrir, siendo estas zonas superficies parciales cerradas o abiertas de acuerdo con la muestra de superficie; y 3. estas superficies parciales cerradas o abiertas forman con respecto al eje de intersección una disposición sensiblemente antisimétrica, para la cual es aplicable que, en el caso de una simetría refleja, las superficies parciales cerradas (72, 71') lleguen a quedar situadas en gran medida sobre las superficies parciales abiertas (721, 722, 71), siendo igualmente aplicable la
inversa.

3. Elemento mezclador según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque los trozos de superficie abierta (51, 521, 522) de la estructura eficaz para la mezcla (25) presentan en conjunto por lo menos el mismo contenido de superficie que las superficies parciales cerradas (52, 51').

4. Elemento mezclador según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el eje de intersección (23) está dispuesto corriente abajo con respecto al anillo (20).

5. Elemento mezclador según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las aletas (25a, 25b) están dispuestas en su mayor parte en la zona entre las dos secciones transversales finales (13, 14) del anillo (20).

6. Elemento mezclador según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la muestra de superficie (5) y el sistema de referencia (4) tienen simetría espejo con respecto a un eje (44) perpendicular al eje de intersección (23, 43).

7. Elemento mezclador según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las aletas (25a, 25b) están unidas de forma plegable a una pieza anular (6) o a dos piezas anulares (6, 6'), que se pueden colocar en una ranura anular (3) entre la brida (11) de la tubería (1) y el anillo (20), o entre las dos bridas (11, 12), y porque adicionalmente puede estar previsto un diafragma anular (8) que se puede colocar sobre las piezas anulares, o que la estructura (25) eficaz para la mezcla esté configurada en la periferia de tal manera que actúe como diafragma anular.

8. Elemento mezclador según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque en el anillo (10) están integrados puntos de inyección (30) para por lo menos un fluido (95) que se puede añadir, en particular un aditivo, y porque los puntos de inyección están formados preferentemente en una de las secciones transversales extremas (11, 13) del anillo (2) mediante un intersticio anular (3) o una multitud de orificios de salida (31) dispuestos uniformemente y de iguales dimensiones.

9. Elemento mezclador según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por una modificación en la que una o ambas aletas (25a, 25b) de la estructura (25) eficaz para la mezcla están dobladas fuera del plano (21, 22) correspondiente a la aleta.

10. Tubería con un paso de brida y un elemento mezclador conforme a una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque corriente arriba antes del anillo (20) está dispuesto por lo menos un punto de inyección (30') para un fluido que se ha de añadir, en particular un aditivo.