ES2783073B2 - DEVICE AND PROCEDURE TO REDUCE THE DROP SIZE IN LIQUID SPRAYS - Google Patents
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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- Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
DISPOSITIVO Y PROCEDIMIENTO PARA DISMINUIR EL TAMAÑO DE GOTA ENDEVICE AND PROCEDURE TO REDUCE THE DROP SIZE BY
PULVERIZACIONES DE LÍQUIDOSLIQUID SPRAYS
Campo de la invenciónField of the invention
La presente invención se refiere a un dispositivo que comprende imanes permanentes que generan campos magnéticos en fluidos acuosos utilizados en pulverización, y el procedimiento requerido para la dispersión o reducción del tamaño de gotas.The present invention relates to a device that comprises permanent magnets that generate magnetic fields in aqueous fluids used in spraying, and the procedure required for the dispersion or reduction of the size of drops.
Los campos magnéticos reducen el tamaño medio de gota pulverizada y modifican el espectro de distribución de las gotas pulverizadas aumentando el número de gotas de menor tamaño y disminuyendo las de mayor tamaño. Por medio de la presente invención se desarrolla una solución con la que se consigue el objetivo de la pulverización, pero consumiendo menos líquido y sin aumentar el consumo energético.Magnetic fields reduce the average sprayed droplet size and modify the distribution spectrum of the sprayed droplets by increasing the number of smaller droplets and decreasing the larger droplets. By means of the present invention, a solution is developed with which the objective of spraying is achieved, but consuming less liquid and without increasing energy consumption.
La presente invención se encuadra dentro del sector técnico de procesos de tratamientos físicos a líquidos acuosos, más concretamente en el relativo a métodos magnéticos que modifican las propiedades de líquidos acuosos en equipos de pulverización.The present invention falls within the technical sector of physical treatment processes for aqueous liquids, more specifically in relation to magnetic methods that modify the properties of aqueous liquids in spraying equipment.
Estado de la técnicaState of the art
Es conocido que los líquidos acuosos, tales como agua destilada, agua corriente y disoluciones acuosas con solutos o con otros líquidos, que fluyen por un circuito o que temporalmente permanecen inmóviles en un depósito, son afectados al aplicarse campos magnéticos sobre ellos, cuyas líneas de fuerza atraviesan el líquido, el cual queda temporalmente magnetizado, modificando algunas de sus propiedades.It is known that aqueous liquids, such as distilled water, tap water and aqueous solutions with solutes or with other liquids, that flow through a circuit or that temporarily remain immobile in a tank, are affected by applying magnetic fields on them, whose lines of force through the liquid, which is temporarily magnetized, modifying some of its properties.
Después de este proceso de magnetización algunas propiedades del agua cambian dando lugar a anomalías en comparación con el mismo líquido sin magnetizar. Diversos efectos de los campos magnéticos sobre las moléculas del agua que fluye, o que está inmóvil, han sido investigados experimentalmente y se ha señalado que dichos campos magnéticos pueden modificar: absorbancia, índice de refracción, conductividad térmica, viscosidad, tensión superficial, evaporación, punto de solidificación y ebullición, pH y solubilidad del agua, además de cambios en la estructura de agrupamiento de sus cadenas moleculares, forma y tamaño de cristalización. Este proceso de magnetización no solo depende de la intensidad del campo magnético, sino también de la duración de la exposición del fluido acuoso al campo magnético.After this magnetization process, some properties of the water change, giving rise to anomalies compared to the same unmagnetized liquid. Various effects of magnetic fields on water molecules that flow, or that are still, have been experimentally investigated and it has been pointed out that these magnetic fields can modify: absorbance, refractive index, thermal conductivity, viscosity, surface tension, evaporation, solidification and boiling point, pH and solubility of water, in addition of changes in the clustering structure of their molecular chains, shape and size of crystallization. This magnetization process depends not only on the intensity of the magnetic field, but also on the duration of the aqueous fluid's exposure to the magnetic field.
La aplicación más común de campos magnéticos al agua y fluidos acuosos ha sido la prevención de formación y eliminación de incrustaciones en tuberías y calderas; la reducción del índice de corrosión; el aumento de la eficiencia de tratamiento de aguas residuales; el incremento del desarrollo y rendimiento de cultivos agrícolas; o la separación de iones en procesos de desalación, como por ejemplo lo divulgado en las invenciones ES1066215U, ES1067217U o WO2010023335. En estos casos el objetivo ha sido magnetizar el agua corriente que circula por conducciones normalizadas de diámetro nominal > 16 mm, en instalaciones de suministro con contador de uso doméstico, industrial o agrícola, utilizando para ello uno o varios imanes permanentes generadores de campos magnéticos. Se conocen otros dispositivos en los que el tratamiento magnético se realiza de tal manera que el agua se hace circular por una tubería serpentín o con diseño de circuito revirado, e incluso se subdivide la tubería principal en varias tuberías de menor diámetro nominal. A modo de ejemplo, estos diseños de tuberías se divulgan en los documentos WO2012/146217, WO03/000596, WO95/14885, ES-2014912, ES-2085824, ES-8201107 y ES2043186. Teniendo en cuenta los diámetros de las conducciones y de las tuberías de los dispositivos mencionados, así como las velocidades admisibles en cualquier punto de las mismas (0,5-2,0 m/s para que no exista deposición de sólidos ni erosión de la conducción), y la densidad (1.000 kg/m3) y viscosidad (10-3 kg/ms) del fluido que transporta (agua corriente), el flujo de agua circulante en ellas se realiza en un régimen turbulento preferentemente comprendido entre 16.000 < R < 25.000, siendo R el Número de Reynolds, y ocasionalmente disminuyendo la turbulencia hasta llegar a régimen de transición (2.000 < R < 4.000) o incluso a régimen laminar (R < 2.000).The most common application of magnetic fields to water and aqueous fluids has been to prevent the formation and removal of scale in pipes and boilers; reduction of the corrosion index; increasing the efficiency of wastewater treatment; increasing the development and yield of agricultural crops; or the separation of ions in desalination processes, as for example disclosed in the inventions ES1066215U, ES1067217U or WO2010023335. In these cases, the objective has been to magnetize the running water that circulates through standardized pipes with a nominal diameter> 16 mm, in supply facilities with meters for domestic, industrial or agricultural use, using one or more permanent magnets that generate magnetic fields. Other devices are known in which the magnetic treatment is carried out in such a way that the water is circulated through a serpentine pipe or with a twisted circuit design, and even the main pipe is subdivided into several pipes of smaller nominal diameter. By way of example, these pipe designs are disclosed in documents WO2012 / 146217, WO03 / 000596, WO95 / 14885, ES-2014912, ES-2085824, ES-8201107 and ES2043186. Taking into account the diameters of the conduits and pipes of the aforementioned devices, as well as the admissible speeds at any point of the same (0.5-2.0 m / s so that there is no deposition of solids or erosion of the conduction), and the density (1,000 kg / m3) and viscosity (10-3 kg / ms) of the fluid it transports (tap water), the flow of water circulating in them is carried out in a turbulent regime preferably between 16,000 <R <25,000, with R being the Reynolds number, and occasionally decreasing the turbulence until reaching a transition regime (2,000 <R <4,000) or even a laminar regime (R <2,000).
En otros casos, se utilizan una pluralidad de imanes fijados en el interior o en el exterior de un depósito de almacenamiento de agua. Alternativamente, también se conoce el empleo de corrientes eléctricas que circulan por bobinas de conductor envueltas alrededor de la tubería de agua circulante o del depósito que almacena el agua, para generar por autoinducción el campo magnético.In other cases, a plurality of magnets attached to the inside or outside of a water storage tank are used. Alternatively, it is also known to use electric currents flowing through conductor coils wrapped around the circulating water pipe or the water storage tank, to generate the magnetic field by self-induction.
En todos los casos anteriores el lugar donde se coloca la fuente que genera el campo magnético permanente es en medio de la conducción y nunca en una zona singular (por ejemplo, extremo de la conducción, codo, cono de reducción, manguito de unión, 'te' de derivación, válvula).In all the previous cases, the place where the source that generates the permanent magnetic field is placed is in the middle of the conduction and never in a singular area (for example, pipe end, elbow, reduction cone, union sleeve, branch tee, valve).
En otro orden de cosas, también es conocido en este campo técnico que la aplicación de determinados fluidos acuosos mediante pulverización, por ejemplo, fitosanitarios, pinturas, productos de limpieza y humificadores, es una técnica de elevada precisión, que exige utilizar suficiente presión de trabajo para generar un determinado régimen turbulento de circulación de líquido en el interior de las boquillas, y precisar el resultado buscado con la pulverización.In another vein, it is also known in this technical field that the application of certain aqueous fluids by spraying, for example, phytosanitary products, paints, cleaning products and humidifiers, is a highly precise technique, which requires the use of sufficient working pressure. to generate a certain turbulent regime of liquid circulation inside the nozzles, and specify the desired result with the spraying.
En este sentido, los aparatos pulverizadores utilizan volúmenes de líquido en relación a la superficie a tratar, siendo estos muy influidos por el tamaño de gota pulverizada. El tamaño de gota viene definido por su diámetro (0) y depende de la constante característica de la boquilla del pulverizador (K), de la superficie del orificio de salida calibrado de la boquilla (S), de la constante de gravitación universal (g) y de la presión de trabajo del pulverizador (P),In this sense, spray devices use volumes of liquid in relation to the surface to be treated, these being highly influenced by the size of the sprayed droplet. The droplet size is defined by its diameter (0) and depends on the characteristic constant of the sprayer nozzle (K), on the surface of the calibrated outlet orifice of the nozzle (S), on the universal gravitation constant (g ) and the working pressure of the sprayer (P),
K-SK-S
mediante la expresión: 0 El tamaño de gota, fijado por el volumen de gota (V), está 4 —& p .by the expression: 0 The droplet size, fixed by the droplet volume (V), is 4 - & p .
determinado por su diámetro (D), según la expresión: V =
volumen de líquido, teniendo en cuenta ambas expresiones, al disminuir el tamaño de gota pulverizada, aumenta más que proporcionalmente el número de gotas pulverizadas y, en consecuencia, aumenta la superficie mojada por el aparato pulverizador. Es decir, para un volumen de líquido determinado, el nivel de cobertura (superficie tratada cubierta por gotas pulverizadas en relación a la superficie total a pulverizar) aumenta con la disminución del tamaño de gota. Por tanto, para maximizar el nivel de cobertura de una superficie a pulverizar y minimizar el volumen de líquido acuoso utilizado, interesa producir un espectro de gotas donde predominen las gotas de menor tamaño posible, hasta llegar a un límite que evite la deriva y la evaporación de esas gotas pulverizadas. En la práctica, para una determinada boquilla pulverizadora, este objetivo se consigue de manera necesaria aumentando la presión habitual de trabajo del pulverizador, es decir incrementando a su vez el consumo energético.The volume of liquid, taking both expressions into account, as the size of the sprayed drop decreases, the number of sprayed drops increases more than proportionally and, consequently, the surface area wetted by the spray apparatus increases. That is, for a given volume of liquid, the level of coverage (treated surface covered by sprayed droplets in relation to the total surface to be sprayed) increases with decreasing droplet size. Therefore, to maximize the coverage level of a surface to be sprayed and minimize the volume of aqueous liquid used, it is important to produce a spectrum of drops where the smallest possible size drops predominate, until reaching a limit that avoids drift and evaporation. of those powdered drops. In practice, for a given spray nozzle, this objective is necessarily achieved by increasing the usual working pressure of the sprayer, that is to say increasing energy consumption in turn.
Habida cuenta de los antecedentes existentes en este campo de la técnica, existe un problema técnico consistente en modificar las propiedades de líquidos acuosos con el cual se disminuya el volumen de líquido a pulverizar, sin aumentar la presión de trabajo del pulverizador, y que a su vez se consiga el objetivo deseado con la pulverización. La presente invención consigue, frente a las soluciones conocidas y a la problemática existente, aumentar el rango de gotas de menor tamaño sin aumentar el rango de gotas de mayor tamaño, gracias a la influencia del campo magnético generado por imanes permanentes, sin aumentar la presión de trabajo del pulverizador, ni su consumo energético.Taking into account the existing antecedents in this field of the art, there is a technical problem consisting in modifying the properties of aqueous liquids with which the volume of liquid to be sprayed is reduced, without increasing the working pressure of the sprayer, and that in turn once the desired objective is achieved with the spraying. The present invention achieves, in the face of known solutions and the existing problems, to increase the range of drops smaller without increasing the range of larger drops, thanks to the influence of the magnetic field generated by permanent magnets, without increasing the working pressure of the sprayer, nor its energy consumption.
Concretamente, no se conoce ningún documento que divulgue una solución en la que se reduzca el tamaño de gota en pulverizaciones de líquidos acuosos por aplicación de campos magnéticos. De hecho, en los dispositivos magnéticos con imanes permanentes previamente indicados resulta imposible conseguir los efectos obtenidos con nuestra invención, como es reducir el tamaño de gota en el espectro de tamaño gotas pulverizadas, por varios motivos:In particular, no document is known that discloses a solution in which the droplet size is reduced in sprays of aqueous liquids by the application of magnetic fields. In fact, in the previously indicated magnetic devices with permanent magnets it is impossible to achieve the effects obtained with our invention, such as reducing the droplet size in the sprayed droplet size spectrum, for several reasons:
(i) En la presente invención el imán generador del campo magnético se fija a una boquilla pulverizadora localizada en el extremo de una conducción de líquido acuoso, frente a la disposición del campo magnético en medio de la conducción como se describe en los dispositivos conocidos. En el caso de que en dichos dispositivos se hubiese colocado el imán al final de la conducción de diámetro > 16 mm, aun reduciendo el diámetro de salida a uno igual al de una boquilla pulverizadora, a la salida de la conducción no habría pulverización, sino un chorro de agua, por tanto, la función buscada no hubiese tenido resultado.(i) In the present invention the magnet generating the magnetic field is fixed to a spray nozzle located at the end of an aqueous liquid conduit, against the arrangement of the magnetic field in the middle of the conduction as described in known devices. In the event that in said devices the magnet had been placed at the end of the pipe with a diameter> 16 mm, even reducing the outlet diameter to one equal to that of a spray nozzle, at the outlet of the pipe there would be no spraying, but a jet of water, therefore, the desired function would not have been successful.
(ii) El campo magnético utilizado en la presente invención se aplica a un líquido acuoso que circula por el interior de una boquilla pulverizadora en régimen de flujo turbulento (R > 50.000) , muy superior al régimen de flujo turbulento de los demás dispositivos (16.000 < R < 25.000) en los cuales, el régimen de flujo puede llegar a ser ocasionalmente de transición e incluso laminar. Este régimen turbulento con R > 50.000 es un primer paso necesario para conseguir que la magnetización pueda disminuir el tamaño de las gotas pulverizadas. Queda demostrado que un muy alto régimen turbulento rompe la agrupación natural de las moléculas de agua del líquido acuoso y permite que el campo magnético induzca una nueva reordenación molecular dando lugar a un líquido más fluido al pasar por el orificio de salida calibrado de la boquilla del pulverizador. En nuestra invención a esta primera reagrupación molecular se suma una segunda reagrupación producida por el campo magnético sobre el fluido una vez traspasado el orificio de salida calibrado del pulverizador. Esta segunda reordenación ocurre cuando el fluido está fuera de la conducción a presión y durante el estado previo y comienzo de su separación en gotas, y es la que permite conseguir finalmente un espectro de gotas pulverizadas de menor tamaño.(ii) The magnetic field used in the present invention is applied to an aqueous liquid that circulates inside a spray nozzle in a turbulent flow regime (R> 50,000), much higher than the turbulent flow regime of the other devices (16,000 <R <25,000) in which the flow regime can occasionally become transitional and even laminar. This turbulent regime with R> 50,000 is a necessary first step to ensure that magnetization can reduce the size of the sprayed droplets. It has been shown that a very high turbulent regime breaks the natural grouping of the water molecules in the aqueous liquid and allows the magnetic field to induce a new molecular rearrangement resulting in a more fluid liquid as it passes through the calibrated exit orifice of the nozzle of the sprayer. In our invention this first molecular regrouping is added a second regrouping produced by the magnetic field on the fluid once the calibrated outlet orifice of the sprayer has been passed. This second rearrangement occurs when the fluid is out of pressure conduction and during the previous state and the beginning of its separation into drops, and it is the one that finally makes it possible to achieve a spectrum of sprayed drops of smaller size.
(iii) La duración en el tiempo de los cambios producidos en el líquido acuoso tras su magnetización es proporcional a la intensidad y al tiempo de exposición al campo magnético utilizado. En la presente invención, incluso cuando se utiliza una baja intensidad de campo magnético y muy breve exposición a dicho campo, la posible desmagnetización del líquido acuoso nunca ocurriría antes de ser pulverizado. En este sentido, en la presente invención el líquido se magnetiza cuando circula por el interior de la boquilla pulverizadora y también durante el proceso inicial de formación de las gotas que ocurre tras superar el orificio de salida calibrado de la boquilla pulverizadora. En los demás dispositivos magnéticos conocidos, el fluido acuoso una vez magnetizado (generalmente con intensidades de campo bajas y tiempo de exposición reducido), continúa circulando por la conducción o tubería doméstica, industrial o agraria y va perdiendo progresivamente sus propiedades magnéticas.(iii) The duration in time of the changes produced in the aqueous liquid after its magnetization is proportional to the intensity and the time of exposure to the magnetic field used. In the present invention, even when using a low magnetic field intensity and very short exposure to said field, the possible demagnetization of the liquid watery would never occur before being sprayed. In this sense, in the present invention the liquid is magnetized when it circulates inside the spray nozzle and also during the initial droplet formation process that occurs after passing the calibrated outlet orifice of the spray nozzle. In the other known magnetic devices, the aqueous fluid once magnetized (generally with low field strengths and reduced exposure time), continues to circulate through the domestic, industrial or agricultural conduction or pipeline and progressively loses its magnetic properties.
(iv) El efecto del campo magnético disminuye con la distancia al fluido acuoso. En nuestra invención esa distancia es muy pequeña, normalmente < 2,5 mm (grosor del material de la boquilla), por lo que el efecto del campo magnético es completo en el fluido acuoso, logrando además una gran uniformidad en el tratamiento magnético al fluido. En otras invenciones el efecto del campo magnético se reduce drásticamente con el incremento del diámetro de la conducción (generalmente > 16 mm), siendo este efecto mucho menor en el centro de la conducción en comparación a la periferia, por lo que la magnetización no es uniforme en todo el fluido, pudiendo no afectar a parte del fluido cuando se utilizan diámetros de conducción superiores a 20 mm.(iv) The effect of the magnetic field decreases with distance to the aqueous fluid. In our invention, this distance is very small, normally <2.5 mm (thickness of the nozzle material), so the effect of the magnetic field is complete in the aqueous fluid, also achieving great uniformity in the magnetic treatment of the fluid. . In other inventions, the effect of the magnetic field is drastically reduced with the increase in the diameter of the conduction (generally> 16 mm), this effect being much less in the center of the conduction compared to the periphery, so the magnetization is not uniform throughout the fluid, being able to not affect part of the fluid when using conduction diameters greater than 20 mm.
Teniendo en cuenta estos aspectos se puede determinar que mediante la presente invención se soluciona el problema de reducir el tamaño de gota en pulverizaciones de líquidos acuosos por aplicación de campos magnéticos en conducciones y tuberías con diámetro muy inferior al diámetro comercial (> 16 mm) y en régimen de flujo muy turbulento (R > 50.000), algo que no es ni divulgado ni sugerido en los documentos conocidos en este campo técnico.Taking these aspects into account, it can be determined that the present invention solves the problem of reducing the droplet size in sprays of aqueous liquids by applying magnetic fields in conduits and pipes with a diameter much smaller than the commercial diameter (> 16 mm) and in a very turbulent flow regime (R> 50,000), something that is neither disclosed nor suggested in the documents known in this technical field.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
De acuerdo con una realización experimental de la presente invención, el proceso magnético se aplica a agua corriente que fluye en un circuito presurizado de un pulverizador que trabaja 1,7 atm (atmósfera) de presión en una primera realización. En dicha realización el campo magnético tiene una intensidad de 5,1 mT (mili Tesla), presenta líneas de fuerza perpendiculares a la dirección del flujo de agua corriente que circula por el interior de la boquilla del pulverizador, y es generado por dos imanes de ferrita permanentes colocados en posición coaxial y opuestas en el exterior de la boquilla pulverizadora (material cerámico; diámetro orificio de salida calibrado de 1,0 mm; patrón de pulverización de cono lleno) la cual está colocada al final de lanza del pulverizador, tal como se indica en la Fig. 1. According to an experimental embodiment of the present invention, the magnetic process is applied to tap water flowing in a pressurized circuit of a sprayer operating 1.7 atm (atmosphere) of pressure in a first embodiment. In this embodiment, the magnetic field has an intensity of 5.1 mT (milli Tesla), has lines of force perpendicular to the direction of the flow of running water that circulates inside the nozzle of the sprayer, and is generated by two magnets of permanent ferrite positioned coaxially and opposite on the outside of the spray nozzle (ceramic material; 1.0mm calibrated outlet diameter; full cone spray pattern) which is positioned at the end of the sprayer lance, such as is indicated in Fig. 1.
Según otras realizaciones experimentales de la invención se han utilizado presiones de trabajo de entre 2,0 y 7,4 atm, y campos magnéticos de intensidades de entre 8,7 y 11,0 mT. Para la realización de estas pruebas de laboratorio se podría haber elegido cualquier boquilla pulverizadora existente en el mercado con diferente diámetro de orificio de salida calibrado u otro tipo de patrón de pulverización. De la misma manera, se ha utilizado este dispositivo, pero sin colocar imanes de ferrita, para pulverizar agua corriente sin magnetizar.According to other experimental embodiments of the invention, working pressures of between 2.0 and 7.4 atm have been used, and magnetic fields with intensities between 8.7 and 11.0 mT. To carry out these laboratory tests, any spray nozzle on the market with a different diameter of calibrated outlet or other type of spray pattern could have been chosen. In the same way, this device has been used, but without placing ferrite magnets, to spray tap water without magnetizing.
De forma general, para comparar las gotas pulverizadas de ambos tratamientos primero se realizan fotografías digitales de las superficies pulverizadas, localizadas a 1 m de la boquilla pulverizadora, y después se analiza digitalmente cada imagen con la ayuda del programa ImageJ 1.51K®, desarrollado por National Institutes of Health (US), y por el programa Gotas v2.2®, disponible por el EMBRAPA (Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento do Brasil). Con estos programas se obtienen el tamaño (mm2), perímetro (mm) y circularidad (valores 0-1; un círculo perfecto tiene una circularidad de 1 mientras que un objeto irregular o muy 'puntiagudo' tiene un valor de circularidad más cercano a 0) de cada gota pulverizada. La comparación estadística entre gotas magnetizadas y no magnetizadas se realiza con el programa estadístico IBM SPSS Statistics v22.0. Con este programa se obtiene: media, error estándar, intervalo de confianza (95 %), mediana, valores máximo y mínimo y desviación estándar (Tabla 1), e histograma de frecuencias relativas de la distribución de las gotas tabulando los datos en diferentes rangos por tamaños (Fig. 3).In general, to compare the sprayed droplets of both treatments, first digital photographs of the sprayed surfaces are taken, located 1 m from the spray nozzle, and then each image is digitally analyzed with the help of the ImageJ 1.51K® program, developed by National Institutes of Health (US), and by the Gotas v2.2® program, available by EMBRAPA (Ministério da Agricultura, Pecuária e Abastecimento do Brasil). With these programs the size (mm2), perimeter (mm) and circularity are obtained (values 0-1; a perfect circle has a circularity of 1 while an irregular or very 'pointed' object has a circularity value closer to 0 ) of each sprayed drop. The statistical comparison between magnetized and non-magnetized drops is carried out with the statistical program IBM SPSS Statistics v22.0. With this program the following are obtained: mean, standard error, confidence interval (95%), median, maximum and minimum values and standard deviation (Table 1), and histogram of relative frequencies of the distribution of the drops tabulating the data in different ranges by size (Fig. 3).
Tabla 1.- Resumen estadísticos descriptivos.Table 1.- Summary descriptive statistics.
Los resultados medios obtenidos con las diferentes intensidades de campo magnético y presiones de trabajo indican que el tratamiento magnético reduce el tamaño medio de las gotas pulverizadas entre 4,12-23,15 %, el perímetro medio entre 3,21-10,46 % y la circularidad media entre 0,98-3,02 %, en comparación a la pulverización con agua sin magnetizar. Los valores más pequeños y los más grandes de cada intervalo se ha obtenido utilizando la menor intensidad de campo magnético (5,1 mT) y presión de trabajo (1,7 atm) del pulverizador, y con la mayor intensidad de campo magnético (11,0 mT) y presión de trabajo (7,4 atm) del pulverizador, respectivamente de las varias realizaciones experimentales realizadas.The average results obtained with the different magnetic field intensities and working pressures indicate that the magnetic treatment reduces the average size of the sprayed droplets between 4.12-23.15%, the mean perimeter between 3.21-10.46% and the mean circularity between 0.98-3.02%, compared to spraying with non-magnetized water. The smallest and largest values in each interval have been obtained using the lowest magnetic field intensity (5.1 mT) and working pressure (1.7 atm) of the sprayer, and with the highest magnetic field intensity (11 , 0 mT) and working pressure (7.4 atm) of the sprayer, respectively of the various experimental embodiments carried out.
Estos ejemplos preferidos, en lo esencial, se pueden llevar se a cabo en otras formas de realización. Por ejemplo, pueden diferir el tipo, número e intensidad de los imanes permanentes que generan el campo magnético, su localización (exterior o interior de la boquilla pulverizadora), o incluso fabricar boquillas con imanes incluidos en su estructura (Fig. 2). Este ejemplo también es aplicable a boquillas pulverizadoras de diferente tipo de material (cerámico, polímero, latón, acero inoxidable, acero inoxidable endurecido, etc.), con otros patrones de dispersión de gotas (chorro plano o hendidura, de turbulencia o cono, de impacto o espejo, de chorro de compacto o de varias salidas, etc.), o con mayores presiones de trabajo (7,5-20 atm).These preferred examples can essentially be carried out in other embodiments. For example, they may differ in the type, number and intensity of the permanent magnets that generate the magnetic field, their location (outside or inside the spray nozzle), or even make nozzles with magnets included in their structure (Fig. 2). This example is also applicable to spray nozzles of different types of material (ceramic, polymer, brass, stainless steel, hardened stainless steel, etc.), with other droplet dispersion patterns (flat or slit, turbulent or cone, of impact or mirror, compact jet or multi-outlet, etc.), or with higher working pressures (7.5-20 atm).
Este procedimiento permite disminuir el espectro de tamaño de las gotas pulverizadas y consigue, con el mismo volumen de líquido acuoso y sin aumentar la presión de trabajo, aumentar la superficie pulverizada sin aumentar los requerimientos energéticos del pulverizador. Las aplicaciones industriales de este procedimiento son variadas dependiendo del objetivo y la superficie a pulverizar. Por ejemplo, se puede emplear para mejorar-optimizar pulverizaciones de fitosanitarios y de herbicidas en agricultura, de inhaladores en aplicaciones médicas, de difusores para control de la humedad ambiental (p. ej. nebulizadores), etc.This procedure makes it possible to reduce the size spectrum of the sprayed drops and achieves, with the same volume of aqueous liquid and without increasing the working pressure, to increase the sprayed surface without increasing the energy requirements of the sprayer. The industrial applications of this procedure are varied depending on the objective and the surface to be sprayed. For example, it can be used to improve-optimize sprays of phytosanitary and herbicides in agriculture, inhalers in medical applications, diffusers for environmental humidity control (eg nebulizers), etc.
Teniendo en cuenta los anteriores aspectos, se puede definir que el procedimiento para disminuir el tamaño de gota en pulverizaciones de líquidos comprende las siguientes etapas:Taking into account the above aspects, it can be defined that the procedure for reducing the droplet size in liquid sprays comprises the following steps:
i) una circulación del fluido acuoso por una conducción o por una lanza a una presión comprendida entre 1-20 atm;i) a circulation of the aqueous fluid through a pipeline or through a lance at a pressure comprised between 1-20 atm;
ii) paso del fluido acuoso por una boquilla pulverizadora localizada en el extremo de la conducción o lanza, que fuerza al fluido a circular en régimen turbulento de R > 50.000 y que dispone de un cabezal con al menos 2 imanes según lo definido en los anteriores ejemplos;ii) passage of the aqueous fluid through a spray nozzle located at the end of the conduit or lance, which forces the fluid to circulate in a turbulent regime of R> 50,000 and which has a head with at least 2 magnets as defined in the previous examples;
iii) una generación de unos campos magnéticos perpendiculares a la dirección del flujo del líquido acuoso de intensidad de campo magnético comprendida entre 1-25 mT, preferentemente entre 5,1 y 11 mT; iii) a generation of magnetic fields perpendicular to the flow direction of the aqueous liquid with a magnetic field intensity comprised between 1-25 mT, preferably between 5.1 and 11 mT;
iv) una primera magnetización del fluido acuoso cuando este circula por el interior de la boquilla pulverizadora antes de atravesar el orificio de salida calibrado de la misma;iv) a first magnetization of the aqueous fluid when it circulates inside the spray nozzle before passing through the calibrated outlet orifice thereof;
v) una segunda magnetización cuando este fluido ha atravesado el orificio de salida calibrado de la boquilla pulverizadora y comienza a dividirse en gotas;v) a second magnetization when this fluid has passed through the calibrated outlet orifice of the spray nozzle and begins to divide into drops;
vi) una disminución del tamaño medio de gota de entre el 4,12 y el 23,15 %, en comparación con agua sin magnetizar; consiguiéndose también reducción del perímetro medio entre 3,21-10,46 % y la circularidad media entre 0,98-3,02 %, en comparación a la pulverización con agua sin magnetizar; yvi) a decrease in the mean droplet size of between 4.12 and 23.15%, compared to non-magnetized water; Also achieving a reduction of the average perimeter between 3.21-10.46% and the average circularity between 0.98-3.02%, compared to spraying with non-magnetized water; Y
vii) proyección del fluido según el patrón de salida del cabezal de pulverización.vii) fluid projection according to the spray head outlet pattern.
Se ha de tener en cuenta que, a lo largo de la descripción y las reivindicaciones, el término “comprende” y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas o elementos adicionales.It should be noted that, throughout the description and the claims, the term "comprises" and its variants are not intended to exclude other technical characteristics or additional elements.
Para finalizar, con el objeto de completar la descripción y de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se presenta un juego de figuras y dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo se representa lo siguiente:Finally, in order to complete the description and help a better understanding of the characteristics of the invention, a set of figures and drawings is presented in which the following is represented by way of illustration and not limitation:
Figura 1.- Representación de una sección del dispositivo, donde se observa la conducción (1) o lanza, los imanes (2) y la boquilla (3) del pulverizador con liquido fluyendo en su interior, orificio (4) de salida calibrado y donde también se observa las líneas de fuerzas de los campos magnéticos (5) entre imanes.Figure 1.- Representation of a section of the device, where the conduction (1) or lance, the magnets (2) and the nozzle (3) of the sprayer with liquid flowing inside, calibrated outlet hole (4) and where the lines of forces of the magnetic fields (5) between magnets are also observed.
Figura 2.- Representación de una sección de un dispositivo donde se observa los imanes que se ubican en el interior de la boquilla formando parte de su estructura.Figure 2.- Representation of a section of a device where the magnets that are located inside the nozzle are observed, forming part of its structure.
Figura 3.- Representación de los histogramas de frecuencias relativas de distribución de gotas pulverizadas.Figure 3.- Representation of the histograms of relative frequencies of the distribution of sprayed drops.
Figura 4.- Diagrama representativo de las diferentes etapas del procedimiento para disminuir el tamaño de gota en pulverizaciones de líquidos.Figure 4.- Representative diagram of the different stages of the procedure to reduce the droplet size in liquid sprays.
Descripción detallada de las figuras de la invención.Detailed description of the figures of the invention.
En la Fig.1 se puede observar el dispositivo para disminuir el tamaño de gota en pulverizaciones de líquidos objeto de la presente invención, que tiene la particularidad de que es un cabezal que se fija a una boquilla (3) de pulverización que se ubica al final de una conducción (1) o lanza, comprendiendo dicho cabezal al menos un juego de imanes (2) de material ferromagnético ubicados en su perímetro exterior; y donde tiene al menos un orificio (4) de salida de la boquilla de pulverización, siendo de forma preferente un orificio que está calibrado y con una salida de diámetro muy inferior a 16 mm. En este sentido, la boquilla (3) de pulverización puede ser de un material seleccionado de entre polímeros plásticos, latón, acero inoxidable, acero inoxidable endurecido y material cerámico; mientras que los imanes (2) son de un material seleccionado de entre ferrita, neodimio, samario y álnico. Entrando en más detalle, dichos imanes (2) pueden ser de una geometría seleccionada de entre bloque, botón, disco, aro, varilla, laminar, cinta y geometría espacial.In Fig. 1 you can see the device to decrease the droplet size in sprays of liquids object of the present invention, which has the particularity that it is a head that is fixed to a spray nozzle (3) that is located at the end of a conduit (1) or lance, said head comprising at least one set magnets (2) of ferromagnetic material located on its outer perimeter; and where it has at least one outlet hole (4) for the spray nozzle, preferably being an orifice that is calibrated and with an outlet with a diameter much less than 16 mm. In this sense, the spray nozzle (3) can be made of a material selected from among plastic polymers, brass, stainless steel, hardened stainless steel and ceramic material; while the magnets (2) are made of a material selected from ferrite, neodymium, samarium and alnico. Going into more detail, said magnets (2) can be of a geometry selected from among block, button, disk, ring, rod, laminar, tape and spatial geometry.
El objetivo que se busca en la invención, y que también se observa en la Fig.2 que es otra realización de la invención, es que los imanes generen campos magnéticos de intensidad comprendida entre 1-25 mT, principalmente perpendiculares a la dirección del flujo del líquido acuoso, ya que cualquier otro ángulo inferior a 90° reduce la eficacia.The objective sought in the invention, and which is also observed in Fig. 2, which is another embodiment of the invention, is that the magnets generate magnetic fields of intensity between 1-25 mT, mainly perpendicular to the direction of the flow. of the aqueous liquid, since any other angle less than 90 ° reduces the efficiency.
En todo caso, tal como se puede observar en la Fig.1, una realización de la invención se caracteriza por que el cabezal queda fijado externamente a la boquilla (3) de pulverización; mientras que en la Fig.2, el cabezal queda fijado internamente en la boquilla (3) de pulverización.In any case, as can be seen in Fig. 1, an embodiment of the invention is characterized in that the head is externally fixed to the spray nozzle (3); while in Fig. 2, the head is internally fixed in the spray nozzle (3).
También cabe destacarse que la disposición del juego de imanes (2) es de forma coaxial respecto de la boquilla (3) de pulverización (Fig.1 y Fig.2); no obstante, en otra realización de la invención, los imanes (2) se pueden ubicar de forma paralela respecto de la boquilla de pulverización.It should also be noted that the arrangement of the set of magnets (2) is coaxial with respect to the spray nozzle (3) (Fig.1 and Fig.2); however, in another embodiment of the invention, the magnets (2) can be located parallel to the spray nozzle.
La Fig.3 muestra los histogramas de frecuencias relativas de distribución de gotas pulverizadas, debiendo tenerse en cuenta los datos del resumen de la Tabla 1. En este sentido, se puede observar la distribución porcentual del tamaño de gota magnetizada (F.3A) en comparación con la no magnetizada (F.3B). Se observa que en el intervalo de gotas de menor tamaño (0-0,1 mm2) hay mayor proporción de gotas magnetizadas (78,6 %) que de gotas no magnetizadas (73,4 %). También se observa que las gotas magnetizadas de mayor tamaño están en el intervalo 3,2-3,3 mm2, mientras que en las gotas no magnetizadas están en el intervalo 5,4-5,6 mm2. Esto demuestra que el campo magnético aumenta el número de gotas de menor tamaño y disminuye el número de gotas de mayor tamaño, en comparación a al agua sin magnetizar. En los gráficos se representa el tamaño (T) de las gotas en mm2 respecto del porcentaje (%).Fig. 3 shows the histograms of the relative frequencies of the distribution of sprayed droplets, taking into account the data from the summary of Table 1. In this sense, the percentage distribution of the size of the magnetized droplet (F.3A) in comparison with the non-magnetized one (F.3B). It is observed that in the range of smaller drops (0-0.1 mm2) there is a higher proportion of magnetized drops (78.6%) than non-magnetized drops (73.4%). It is also observed that the largest magnetized drops are in the range 3.2-3.3 mm2, while in the non-magnetized drops they are in the range 5.4-5.6 mm2. This shows that the magnetic field increases the number of smaller droplets and decreases the number of larger droplets, compared to unmagnetized water. The graphs represent the size (T) of the drops in mm2 with respect to the percentage (%).
Por otro lado, también se puede observar la distribución porcentual del perímetro de gota magnetizada (F.3C) en comparación con la no magnetizada (F.3D). Se observa que el intervalo de gotas de menor perímetro (0-0,285 mm) tiene mayor proporción de gotas magnetizadas (32,0 %) que no magnetizadas (31,6 %). En los gráficos se representa el perímetro (P) de las gotas en mm2 respecto del porcentaje (%).On the other hand, it is also possible to observe the percentage distribution of the perimeter of the magnetized drop (F.3C) in comparison with the non-magnetized one (F.3D). It is observed that the range of drops with the smallest perimeter (0-0.285 mm) has a higher proportion of magnetized drops (32.0%) than non-magnetized (31.6%). The graphs represent the perimeter (P) of the drops in mm2 with respect to the percentage (%).
Finalmente, se puede observar la distribución porcentual de la circularidad de gota magnetizada (F.3E) en comparación con la no magnetizada (F.3F). Se observa que en el intervalo de mayor circularidad (0,983-1) hay mayor proporción de gotas no magnetizadas (68,2 %) que de gotas magnetizadas (66,2 %). Por tanto, los resultados obtenidos indican que este procedimiento reduce el tamaño medio de las gotas pulverizadas hasta un 23,15 %, el perímetro medio hasta un 10,46 % y la circularidad media hasta un 3,02 %, en comparación a la pulverización con agua sin magnetizar. En los gráficos se representa la circularidad (C) de las gotas respecto del porcentaje (%).Finally, it is possible to observe the percentage distribution of the circularity of the magnetized drop (F.3E) in comparison with the non-magnetized one (F.3F). It is observed that in the interval of greater circularity (0.983-1) there is a greater proportion of non-magnetized drops (68.2%) than of magnetized drops (66.2%). Therefore, the results obtained indicate that this procedure reduces the mean size of the sprayed droplets up to 23.15%, the mean perimeter up to 10.46% and the mean circularity up to 3.02%, compared to spraying. with unmagnetized water. The graphs represent the circularity (C) of the drops with respect to the percentage (%).
La Fig.4 muestra un diagrama con las diferentes etapas de las que consta el procedimiento de dispersión o reducción del tamaño de gotas, las cuales son:Fig. 4 shows a diagram with the different stages of the droplet dispersion or reduction procedure, which are:
i) una circulación del fluido acuoso por una conducción a una presión comprendida entre 1 -20 atm, donde el diámetro de la conducción es inferior al diámetro comercial (< 16mm);i) a circulation of the aqueous fluid through a conduit at a pressure comprised between 1 -20 atm, where the diameter of the conduit is less than the commercial diameter (<16mm);
ii) paso del fluido acuoso por una boquilla pulverizadora que consigue un régimen de flujo a turbulento (R > 50.000), y que dispone de un cabezal con un juego de imanes;ii) passage of the aqueous fluid through a spray nozzle that achieves a turbulent flow regime (R> 50,000), and that has a head with a set of magnets;
iii) una generación de unos campos magnéticos perpendiculares a la dirección del flujo del líquido acuoso de intensidad de campo magnético comprendida entre 1 -25 mT;iii) a generation of magnetic fields perpendicular to the flow direction of the aqueous liquid with a magnetic field intensity comprised between 1 -25 mT;
iv) una primera magnetización del fluido acuoso cuando este circula por el interior de la boquilla pulverizadora antes de atravesar el orificio de salida calibrado de la misma.iv) a first magnetization of the aqueous fluid when it circulates inside the spray nozzle before passing through the calibrated outlet orifice thereof.
v) una segunda magnetización cuando este fluido atraviesa el orificio de salida calibrado de la boquilla pulverizadora y comienza a dividirse en gotas.v) a second magnetization when this fluid passes through the calibrated outlet orifice of the spray nozzle and begins to divide into droplets.
vi) disminución del tamaño medio de gota y una dispersión de gotas, donde la disminución del tamaño es de hasta un 23,15% en comparación con el fluido sin magnetizar;vi) decrease in the average droplet size and a dispersion of droplets, where the decrease in size is up to 23.15% compared to the unmagnetized fluid;
vii) proyección del fluido según el patrón de salida del cabezal de pulverización. vii) fluid projection according to the spray head outlet pattern.
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