Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite.

Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite que comprende una consola dotada de uno o varios cabezales de microinyección,

medios de suministro de aceite presurizado, el propio aceite, medios de suministro de aire comprimido, unas conducciones neumáticas de la niebla de aceite, varios dispositivos de condensación y aplicación sobre el punto de demanda, unos colectores de recogida y unos conductos de retorno hasta la consola, comprendiendo cada cabezal de microinyección una cámara presurizada de aceite y una cámara presurizada de aire comunicadas entre sí por uno o varios orificios de descarga, y disponiendo la cámara presurizada de aire de uno o varios orificios de salida.

La invención presentada aporta la principal ventaja de conseguir la nebulización de aceites de lubricación con un ahorro energético mediante la notable reducción del aire requerido frente a sistemas convencionales.

Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite

La presente memoria descriptiva se refiere, como su título indica, a un sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite, de alta eficiencia energética, que comprende una consola dotada de uno o varios cabezales de microinyección, medios de suministro de aceite presurizado, el propio aceite, medios de suministro de aire comprimido, unas conducciones neumáticas de la niebla de aceite, varios dispositivos de condensación y aplicación sobre el punto de demanda, unos colectores de recogida y unos conductos de retorno hasta la consola, comprendiendo cada cabezal de microinyección una cámara presurizada de aceite y una cámara presurizada de aire comunicadas entre sí por uno o varios orificios de descarga, y disponiendo la cámara presurizada de aire de uno o varios orificios de salida.

Campo de la invención

El campo de la presente invención es el de los sistemas y equipos destinados a la lubricación distribuida para la industria en general, y especialmente para la industria pesada, como por ejemplo industria siderúrgica (hornos, trenes de laminación, coladas continuas, laminación de aluminio), procesado de petróleo y sus derivados, minería, centrales hidráulicas (turbinas y compuertas) o maquinaria pesada (grúas, pórticos, transporte móvil, etc).

Estado de la Técnica

La lubricación se aplica convencionalmente por deposición directa, pudiendo ser esta, por ejemplo, por inyección o espray. Estos sistemas presentan problemas de sobrecalentamiento por exceso de lubricación, la frecuente presencia de fugas, que origina graves daños medioambientales, y altos costes de instalación y mantenimiento. Los sistemas actuales de lubricación por niebla de aceite surgieron de la necesidad de conseguir una lubricación adecuada para rodamientos y cojinetes que trabajan a alta velocidad.

Para intentar solventar estos problemas se conocen y se utilizan en la actualidad sistemas de transporte neumático de pequeñas cantidades de aceite en suspensión, denominada niebla de aceite, siendo esta la fracción del espray, con gotas menores de 5 micrómetros. El proceso de generar la niebla de aceite se conoce como nebulización.

Dentro del estado de la técnica, la nebulización del aceite para su transporte neumático, puede llevarse a cabo mediante dos tipos de cabezales, los que hacen uso del efecto Venturi y aquéllos que emplean el efecto Vortex. Los inconvenientes que presentan estos cabezales son el consumo de grandes cantidades de aire comprimido (con el consecuente consumo de energía) y el arrastre de partículas de aceite demasiado grandes, provocando que el aceite condense en las tuberías de transporte, originando perdidas y requiriendo de un frecuente mantenimiento. Estos sistemas tienen la limitación de que únicamente pueden utilizar aceites de viscosidad baja/media para producir niebla, restringiendo el número de aplicaciones posibles, ya que para un gran número de aplicaciones se requiere, o es aconsejable, la lubricación con aceites de alta viscosidad.

Antecedentes de la invención

Existen varias patentes y documentos científicos publicados y relacionados con este tipo de sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite. Algunos ejemplos de sistemas convencionales siguiendo alguna de estas técnicas ya conocidas (Venturi o Vortex) los podemos encontrar descritos en las siguientes patentes: US6167318A - "Oil mist generating system and method" (1997), US2006060425A1 - "Air/oil mist lubrication system and method of use" (2004), CN201232654Y - " Self-feedback oil fog lubrication system for large machine pump group" (2008), US3939944A - "Oil-mist lubrication system" (1974), US5318152A - Lubricating system (1993), CN2622537Y - "Lubricant fog generator for thin oiT (2003), US5806630A - "Modular mist lubrication system" (1996), JPH06129594A - "Lubricating oil atomization supply system and valve device for it" (1993) y CN101216144A - "Energy-saving environment-friendly type oil fog system and oil fog producing method (2008). Todas estas realizaciones, con una tecnología con principio de operación completamente diferente de la propuesta, comparten los problemas y limitaciones indicados anteriormente, como son el elevado consumo de aire comprimido y el elevado gasto energético, el gran tamaño de gota generado, y especialmente la Imposibilidad de uso de aceites de alta viscosidad, que limita el campo de aplicación.

También podemos encontrar realizaciones como la descrita en la patente US2006231341 - "Lubrication svstem" (2003), que divulga un sistema de lubricación para engrasar elementos mecánicos que utiliza espray directo para crear las gotas de aceite, de gran tamaño, in situ en el punto a lubricar, pero estas gotas de gran tamaño no son capaces de permanecer en suspensión en el aire y por tanto no pueden ser transportadas desde un punto de generación hasta los puntos de lubricación.

Otros dispositivos, como el descrito US2003000773 - "Additive nebulisina device" (2003), presenta un sistema de nebulización dotado de un cabezal con una tecnología y configuración completamente diferente a nuestra invención, y utiliza para la generación de las partículas de aceite un sistema que tiene partes móviles accionadas con picos de presión o mediante accionamientos que pueden ser piezoeléctricos o de otro tipo. Estos accionamientos son una fuente de averías, tienen una vida limitada y necesitan de un frecuente y costoso mantenimiento, a diferencia de nuestra invención.

También son conocidas técnicas en otras áreas industriales en las que se necesita nebulizar líquidos, típicamente de baja viscosidad, que se basan en dispositivos de microinyección. La microinyección comprende aquellos sistemas de inyección en los que los procesos físicos que permiten la correcta mezcla o generación del espray del fluido sólo tienen lugar si las dimensiones características de los mismos están en el entorno de micrómetros o milímetros. Así, en el sector farmacéutico o el de técnicas de caracterización física, son conocidas las técnicas de microinyección de alta eficiencia energética en el proceso de nebulización que generan patrones de flujo tipo flow blurring o tipo flow focusing. En esta línea de microinyección de alta eficiencia energética se ha identificado un nuevo patrón de flujo, en el que se basa la invención presentada, que denominamos oil misting.

Un ejemplo de este tipo de técnica de microinyección, que genera el patrón de flujo flow blurring, lo encontramos en la patente US2012/0292406 A1 - "Procedure and Device For The Micro-Mixing Of Fluids Through Reflux Celi (2012). En ella se describe la formación de una celda de recirculación ("reflux cell") generada por la aparición de un punto de remanso ("stagnation point") que invade y colapsa la entrada del fluido a nebulizar ("collapse of the inlet of the fluid"). A diferencia de esto, en el patrón de flujo oil misting, tal y como se utiliza en la invención presentada, no aparece tal punto de remanso y no se colapsa la entrada del fluido a nebulizar. Además, en la celda de recirculación del flujo flow blurring se produce la interacción de ambas fases. Sin embargo, en la invención presentada, que utiliza oil misting, la zona de recirculación es exclusivamente de aire, no interaccionan las fases en esa burbuja.

Asimismo, en las técnicas de microinyección de tipo flow blurring se indica que el número de Reynolds de los flujos debe ser al menos 20 y preferiblemente mayor que 100. El número de Reynolds es un número adimensional que relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo. Con los aceites muy viscosos utilizados en la invención, el patrón de flujo oil misting aparece con un número de Reynolds inferior a 20.

Por otro lado, un ejemplo de técnica de microinyección de tipo flow focusing se encuentra descrito en la patente US6116516A - "Stabilized capillarv microiet and devices and methods for producina same" (2000). En ella, y a diferencia de la invención presentada con oil misting, no se forma una celda de recirculación ("reflux cell") que invade la entrada del fluido a nebulizar.

Asimismo, la formulación derivada, en las técnicas de microinyección de tipo flow focusing, implican el uso de un flujo no viscoso, ya que indican un número de Ohnesorge muy inferior a 1 (Oh « 1). El Número de Ohnesorge (Oh) es un número adimensional que relaciona las fuerzas viscosas y las fuerzas de tensión superficial. Para los aceites de lubricación utilizados en la invención el número de Ohnesorge puede superar la unidad (Oh >1).

Descripción de la invención

Para solventar la problemática existente en la actualidad en la distribución de...

1 - Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite que comprende una consola (1), medios de suministro (3) de aceite (13), el propio aceite (13), medios de suministro (4) de aire (14) comprimido, una o varias conducciones neumáticas (5) de la niebla de aceite (15) mediante un flujo de aire, una pluralidad de dispositivos (6) de condensación y aplicación sobre el punto de demanda, unos colectores de recogida (8) y uno o varios conductos de retorno (7) hasta la consola (1), comprendiendo ésta uno o varios cabezales de nebulización de aceite (2) con gotas de diámetro menor a 5 micrómetros, susceptibles de ser transportadas por un flujo de aire, caracterizado porque el o los cabezales de nebulización de aceite (2) son cabezales de microinyección que coinyectan aceite (13) y aire (14), que comprenden al menos una cámara presurizada de aceite (9) y una cámara presurizada de aire (10) comunicadas entre sí por uno o varios orificios de descarga (11), y disponiendo la cámara presurizada de aire (10) de uno o varios orificios de salida (12), en posición coincidente con los antedichos orificios de descarga (11).

2 - Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite, según la reivindicación 1, caracterizado porque el caudal de aceite que atraviesa los orificios de descarga (11) es tal que el producto de su velocidad a la salida de la cámara de aceite (11) por su densidad y por la apertura dividido entre la viscosidad del aceite (13) resulta en un número de Reynolds (Re) menor de 20.

3 - Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite, según la reivindicación 1, caracterizado porque la apertura de los orificios de descarga (11) y de los orificios de salida (12) del cabezal de nebulización de aceite (2) por microinyección, y la separación entre ellos, están comprendidas entre 0.01 y 5 milímetros.

4 - Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la apertura de los orificios de descarga (11) y de los orificios de salida (12) del cabezal de nebulización de aceite (2) por microinyección, y la separación entre ellos, están comprendidas entre 0.1 y 1 milímetros.

- Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite, según cualquiera de la reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los aceites (13) empleados tienen una viscosidad comprendida entre 5 y 5000 mm2/s. a la temperatura de operación, y una tensión superficial comprendida entre 0.001 y 1 N/m en condiciones estándar.

6 - Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite, según la reivindicación 5, caracterizado porque los aceites (13) empleados tienen una viscosidad comprendida entre 20 y 500 mm2/s.

7 - Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite, según cualquiera de la reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el flujo másico de aire empleado en las conducciones neumáticas (5) de la niebla de aceite está comprendido entre 1 y 500 veces el flujo másico de niebla de aceite.

8 - Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite, según la reivindicación 7, caracterizado porque el flujo másico de aire empleado en las conducciones neumáticas (5) de la niebla de aceite (15) está comprendido entre 24 y 300 veces el flujo másico de niebla de aceite.

9 - Sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite, según la reivindicación 1, caracterizado porque el diámetro de las conducciones neumáticas (5) de la niebla de aceite (15) es tal que la velocidad de transporte dividida por la raíz cuadrada del producto de la gravedad por el diámetro de la conducción neumática (5) de transporte resulta en un número de Fraude (Fr) mayor que 5.

- Procedimiento de lubricación mediante un sistema de lubricación industrial distribuido por niebla de aceite según las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque comprende:

una fase de generación de niebla de aceite (15), con gotas de aceite con diámetro menor a 5 micrómetros, realizada en uno o varios cabezales de nebulización de aceite (2) por microinyección comprendiendo al menos una cámara presurizada de aceite (9) y una cámara presurizada de aire (10) comunicadas entre sí por uno o varios orificios de descarga (11), y disponiendo la cámara presurizada de aire (10) de uno o varios orificios de salida (12), en posición coincidente con los antedichos orificios de descarga (11).

una fase de distribución neumática de la niebla de aceite (15) a los puntos de demanda, una fase de condensación de la niebla de aceite (15) en los dispositivos (6) de condensación y aplicación sobre el punto de demanda de cada máquina, donde la niebla de aceite (15) se recondensa y se aplica en los elementos a lubricar,

- una fase de recolección del aceite sobrante que no ha alcanzado los elementos a lubricar y los restos provenientes de la nebulización, mediante unos colectores de recogida (8) y de transporte, a través de conductos de retorno (7), hasta la consola (1) para su reutilización.