Procedimiento para el control electrónico de reacciones químicas a partir de reacciones gaseosas.

Se trata de un procedimiento de regulación de la composición de los productos de combustión,

basado en la catálisis controlada de las reacciones iónicas del núcleo de ignición. Es de aplicación en motores de combustión interna y en procesos químicos en fase gaseosa.

PROCEDIMIENTO PARA EL CONTROL ELECTRÓNICO DE REACCIONES QUÍMICAS A PARTIR DE MEZCLAS GASEOSAS

La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento de control de inicio de las reacciones de combustión, basado en que la extracción controlada de electricidad en los primeros momentos de la ignición modifica la composición de los productos de combustión, alterando en consecuencia la cantidad de energía liberada así como la composición de gases emitidos o de productos fabricados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La presente invención contempla aspectos eléctricos, fisicoquímicos y de reacciones químicas en el espacio fisico conocido como núcleo de ignición aplicable tanto a motores de combustión, como a procesos industriales, motivo por el cual los antecedentes que se citan a continuación se han ordenado con relación a dichas áreas de conocimiento.

Cuando se provoca una explosión, normalmente mediante una chispa, en un recipiente que contiene una mezcla gaseosa en reposo, unos instantes después, milisegundos, aparece una masa gaseosa, fuertemente ionizada, de forma esférica, con centro en el punto de ignición. Esa masa ionizada recibe el nombre de núcleo de ignición y la superficie que lo limita se denomina frente de llama. La forma del núcleo de ignición puede verse afectada si existen turbulencias y/o paredes próximas.

El término núcleo de ignición, quedó establecido en los años 80, cuando varias universidades e institutos de todo el mundo, entre los que cabe nombrar el MIT o la Universidad de Ben Gurion, desarrollaron modelos termodinámicos relativos a la energía intercambiada en el frente de llama para mezclas gaseosas en reposo. Estos modelos fueron precursores de los desarrollados en régimen turbulento para el estudio de motores.

El desarrollo de la electrónica ha permitido que el núcleo de ignición pueda ser fotografiado con medios habituales en la universidad. Debiendo considerarse por ello de cara a este escrito que el núcleo de ignición es una realidad fisica, medible, con la que es posible interactuar y que ha sido a su vez formulada matemáticamente. A modo de ejemplo, puede servir como referencia, el número 157 de la revista "Combustion and Flame" publicada por el instituto americano "The Combustión Institute", que recoge fotografias del núcleo de explosión en un artículo de los autores Kian Eisazadeh-Far y otros.

El antecedente que mejor explica la invención en relación con la electricidad es la válvula termoiónica. Edison y otros, añadieron a una bombilla, un recinto con vacío, por cuyo filamento circulaba la electricidad, uno o varios electrodos. Esta aportación permitió que circuitos eléctricos se relacionasen y dio comienzo la era de las comunicaciones y la electrónica.

La presente invención, se refiere a la colocación de electrodos en la proximidad de la bujía, dentro del espacio que conforma el núcleo de ignición en un determinado momento. De modo que pueda extraerse parte de la electricidad existente en el núcleo de ignición.

Los antecedentes de la invención en relación con la fisicoquímica se enmarcan dentro del estudio del plasma, entendido como conjunto de manifestaciones de masa que acumulan mucha energía. Su investigación continúa vigente en relación con la astronomía y la energía.

Al nivel de lo que interesa en este documento, se sabe que en fracciones de milisegundo, una descarga eléctrica aplicada sobre una mezcla explosiva produce una fuerte ionización de átomos y moléculas colindantes y aparece una cantidad de electricidad muy superior a la aportada por la chispa. Puede servir como referencia la formulación del denominado rendimiento cuántico por Einstein, que relaciona la emisión de fotones con la liberación de electrones. Asimismo son válidos los estudios relativos a reacciones en cadena.

En los años sesenta se encontró que en reacciones de oxidación reducción aparecía un estado de energía superior al del equilibrio termodinámico, que presentaba cierta estabilidad y se cuantificó en una rama de la fisicoquímica denominada termodinámica de los iones.

Dentro del campo de la fisicoquímica y en relación con la aplicación del procedimiento al motor de explosión, se encontró que la reacción conocida como picado de biela, aparecía al inicio de la explosión en determinadas ocasiones, producía subidas repentinas de presión y podía dañar los motore&, sin que sirviese para aumentar el rendimiento mecánico del motor. Para controlar el fenómeno de ignición, en una época en la cual la calidad de las gasolinas era limitada, se optó por añadir un metal que absorbiese las radiaciones ionizantes en forma de plomo tetra etilo. El presente desarrollo, tiene relación con el hecho de que eliminando electricidad del núcleo de ignición se provoca el mismo resultado que aportando plomo a la gasolina.

En la actualidad, se ha evitado el uso de plomo tetra etilo, debido a su toxicidad, gracias a la mejora de las gasolinas y a la modificación de los motores. Los actuales motores tratan de destruir el núcleo de ignición empleando fuertes turbulencias en la cámara de combustión, de este modo se provoca una dispersión de las cargas eléctricas, que son medidas a la salida de la cámara de combustión mediante la sonda lambda, y eliminadas en el catalizador. En caso de que la ionización sea excesiva, se provoca una modificación puntual del salto de chispa.

La sonda lambda actúa después de la combustión, y emplea electrodos para medir la combustión que está ocurriendo dentro del motor. El modelo propuesto en este procedimiento emplea los electrodos para controlar la ionización antes de la combustión, modificando el modo en que ésta se produce.

Dentro del campo de la fisicoquímica, un antecedente de referencia en relación con la aplicación del procedimiento a procesos de fabricación, es el método Cabot para fabricación de negro de humo para neumáticos. Este método consistía en apagar la combustión, mediante agua arrojada sobre la llama, aproximadamente a un metro de la ignición. El procedimiento que se propone permite apagar la llama mediante electricidad a aproximadamente un milímetro de la ignición y tener consecuentemente una precisión mil veces mayor en cuanto a morfología de las partículas de carbono resultantes. Precisión que permite fabricación de productos de mayor valor añadido que el negro de humo, como por ejemplo, la fabricación de nano materiales.

Los antecedentes de la presente invención en relación con la química, están fuertemente condicionados por la evolución de la electrónica y son los que mejor permiten indicar la oportunidad de la presente invención.

Un motor de combustión interna debe realizar la combustión, dentro del ciclo termodinámico en la parte conocida como tiempo de explosión o combustión. Se dispone en esta parte del ciclo de tres milisegundos para extraer la energía del combustible. En este tiempo, el proceso de combustión no finaliza completamente y no se llega a alcanzar el equilibrio termodinámico. Por este motivo, en los años 80 se realizaron modelos del núcleo de ignición, que tarda en extenderse a la cámara dos milisegundos, quedando disponible de un milisegundo para fmalizar la combustión.

En los años 90, los laboratorios especializados en plasma, entre los que cabe citar el MIT por su elevado número de publicaciones y el Kurtchatov por su implicación en el estudio del plasma, dedicaron recursos a modificar el tiempo de ignición. Las patentes del MIT relativas al empleo del plasmatrón entre las cuales cabe resaltar la US5425332 (euroF02B43/10; F02M25/12) , responden a este tipo de desarrollos, en los cuales se trataba de aportar energía eléctrica al momento de ignición para acortar tiempo de ignición y disponer de más tiempo de combustión.

En ese mismo periodo, las investigaciones precursoras de la presente invención, se llevaron a cabo tratando de buscar comportamientos eléctricos dentro de la cámara de combustión. Fue necesario modificar los conductos de admisión y escape del motor para eliminar turbulencias, el sistema de encendido, así como las camisas y pistones para conseguir aislamiento eléctrico. Hubo de diseñarse un banco de ensayos aislado eléctricamente y redefinir el combustible. De este modo era posible actuar sobre el núcleo de ignición a pesar de disponer de una electrónica lenta.

A finales de los 90, se produce un cambio en relación con las posibilidades de gestión de la combustión en motores de combustión interna. Los ordenadores alcanzan los 100 hertzios, es decir son capaces de procesar señales en diez milisegundos. No llegan a permitir actuar sobre el tiempo de combustión, pero si permiten recoger...

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PROCEDIMIENTO PARA CATALIZACIÓN CONTROLADA DE REACIONES GASEOSAS DE OXIDACIÓN REDUCCIÓN, que se caracteriza esencialmente por comprender: Un sistema de ignición de la mezcla explosiva, contenida en un recipiente, por ejemplo una bujía o un emisor de microondas con su circuito eléctrico y un conjunto de electrodos situados en la proximidad, acoplados a un circuito de descarga destinado a extraer parte de la electricidad del núcleo de ignición.

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PROCEDIMIENTO PARA CAT ALIZACIÓN CONTROLADA DE REACIONES GASEOSAS DE OXIDACIÓN REDUCCIÓN, según reivindicación primera caracterizado porque el circuito de ignición y el circuito de extracción de electricidad del núcleo de ignición esté sincronizada con el momento de ignición mediante un circuito electrónico externo, que gestiona la diferencia de tiempo conveniente entre el inicio de ignición y la descarga de electricidad.

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PROCEDIMIENTO PARA CATALlZACIÓN CONTROLADA DE REACIONES GASEOSAS DE OXIDACIÓN REDUCCIÓN, según reivindicaciones primera y segunda, que se caracteriza porque los gases obtenidos puedan ser empleados en reacciones posteriores , como por ejemplo una segunda catálisis o una combustión espontánea.

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PROCEDIMIENTO PARA CATALIZACIÓN CONTROLADA DE REACIONES GASEOSAS DE OXIDACIÓN REDUCCIÓN, según reivindicaciones primera, segunda y tercera, que se caracteriza porque las sustancias contenidas en el recipiente no configuren mezclas explosivas, pero sí reactivas según reacciones que impliquen intercambio electrónico.

PROCEDIMIENTO PARA CATALIZACIÓN CONTROLADA DE REACIONES GASEOSAS DE OXIDACIÓN REDUCCIÓN, según reivindicaciones primera, segunda, tercera y cuarta, caracterizado porque alguna de las paredes del recipiente presente características físicas que condicionen la catálisis debido a su permeabilidad al paso de electrones, fotones o determinados radicales.

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PROCEDIMIENTO PARA CATALlZACIÓN CONTROLADA DE REACIONES GASEOSAS DE OXIDACIÓN REDUCCIÓN, según reivindicaciones primera, segunda, tercera, cuarta y quinta, caracterizado porque el sistema pueda ser incorporado en reactores, turbinas y motores de combustión interna.

7a PROCEDIMIENTO PARA CATALIZACIÓN CONTROLADA DE REACIONES GASEOSAS DE OXIDACIÓN REDUCCIÓN, según reivindicaciones primera, segunda, tercera, cuarta, quinta y sexta, caracterizado porque el proceso en fase gaseosa pueda ser utilizado para producir precipitados sólidos o líquidos.

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PROCEDIMIENTO PARA CATALIZACIÓN CONTROLADA DE REACIONES GASEOSAS DE OXIDACIÓN REDUCCIÓN, según reivindicaciones primera, segunda, tercera, cuarta, quinta, sexta y séptima, caracterizado porque la electricidad extraída pueda ser aprovechada, por ejemplo para ser aportada al circuito de ignición.

<) Il PROCEDIMIENTO PARA CATALIZACIÓN CONTROLADA DE REACIONES

GASEOSAS DE OXIDACIÓN REDUCCIÓN, según reivindicaciones primera, segunda, tercera, cuarta, quinta, sexta, séptima y octava caracterizado porque en el proceso intervengan componentes en fases no gaseosas o se produzca en espacios abiertos, por ejemplo, para precipitación de contaminantes.