Patente nacional por "Cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios"

Reivindicaciones:
+ ES-2963026_A11- Cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, para medición de varias submuestras a partir de una muestra inicial continua en líneas de transferencia de muestra que alimentan distintos equipos de medida de aerosoles con condiciones de caudal y presión diferentes, caracterizada por que comprende un cuerpo (1) que presenta una abertura de entrada (2) en un extremo, una abertura de salida (3) en un extremo opuesto y un espacio intermedio adecuado para permitir el flujo del aerosol entre ambas y las subdivisiones de la muestra, donde dicho cuerpo (1) comprende - una zona de entrada (1.1) , desde la abertura de entrada (2) hasta una primera sección (4) , que presenta una sección interior troncocónica con diámetro creciente para distribución hacia dicha primera sección (4) ; - una zona de laminarización (1.2) , desde la primera sección (4) hasta una segunda sección (5) , con una sección interior cilíndrica y una longitud mayor o igual que la longitud mínima susceptible de permitir un perfil laminar del flujo, y; - una zona de submuestreo (1.3) desde la segunda sección (5) hasta la abertura de salida (3) , que presenta una primera parte (6.1) con una sección interior cilíndrica desde la segunda sección (5) hasta una tercera sección (7) y una segunda parte (6.2) con una sección interior troncocónica de diámetro decreciente desde dicha tercera sección (7) hasta la abertura de salida (3) y comprende dos o más secciones de submuestreo con dos o más tomas (8) situadas de forma equidistante alrededor del eje, donde las tomas (8) de una misma sección presentan un mismo caudal de salida y las tomas (8) de una sección de submuestreo están dispuestas al tresbolillo respecto a una sección de submuestreo situada aguas arriba; donde las secciones de submuestreo están separadas una distancia mayor o igual que la separación mínima susceptible de producir una perturbación nula en la sección de submuestreo de aguas abajo, y donde cada toma (8) comprende un orificio de acceso (9) con un ángulo de inclinación a respecto al eje de la cámara para inserción de una sonda (10) que presenta una boquilla de muestreo (10.1) susceptible de penetrar una longitud determinada en el interior de la cámara tal que permite salvar la capa límite del flujo. 2- Cámara según la reivindicación 1, donde el cuerpo (1) está formado por cuatro piezas situadas de forma consecutiva y alineada que presentan unos extremos susceptibles de ensamblado, donde una primera pieza (11) se corresponde con la zona de entrada (1.1) el cuerpo (1) , una segunda pieza (12) se corresponde con el conjunto formado por la zona de laminarización (1.2) y la primera parte (6.1) de la zona de submuestreo (1.3) y, una tercera y una cuarta pieza (13, 14) se corresponden respectivamente con una porción inicial y final (15.1, 15.2) de la segunda parte (6.2) de la zona de submuestreo (1.3) . 3- Cámara según la reivindicación 2, que comprende - una primera sección de submuestreo (16) en la segunda pieza (12) , a la altura de la primera parte (6.1) de la zona de submuestreo (1.3) , donde esta primera sección de submuestreo (16) presenta cuatro tomas (8) dispuestas de forma simétrica respecto al eje de la cámara; - una segunda sección de submuestreo (17) situada en la tercera pieza (13) , que presenta dos tomas (8) simétricas respecto del eje de la cámara; - una tercera y una cuarta sección de submuestreo (18, 19) situadas en la cuarta pieza (14) , donde ambas presentan un par de tomas (8) respectivamente y donde las tomas (8) de cada par están situadas simétricas respecto al eje de la cámara; y donde las tomas (8) de cada sección de submuestras están dispuestas al tresbolillo respecto a las tomas de una sección de muestras consecutiva. 4- Cámara según cualquiera de las reivindicaciones 2 y 3, donde las cuatro piezas comprenden medios de ensamblaje mediante bridas (25) y un machihembrado en sus extremos de fijación y presentan un cajeado (27) en dichos extremos de fijación, para junta de estanqueidad. 5- Cámara según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde cada toma (8) comprende un conducto guía (20) fijado al orificio de acceso (9) mediante medios de fijación, susceptible de permitir la entrada de la sonda (10) y un conector de cierre de hermeticidad (21) fijado al extremo libre del conducto guía (20) , donde el diámetro de la boquilla de muestreo (10.1) de la sonda (10) está calculado en función de la velocidad de flujo en la sección de submuestreo correspondiente y del caudal de salida hacia el equipo conectado a la misma. 6- Cámara según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el ángulo de inclinación a de los orificios de acceso (9) respecto del eje de la cámara está comprendido entre 25 y 35°. 7- Cámara según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el ángulo y interior de la sección troncocónica de la tercera y cuarta pieza (13, 14) está comprendido entre 5 y 15°. 8- Cámara según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el ángulo p interior de la sección troncocónica de la primera pieza (11) está comprendido entre 10 y 25°. 9- Cámara según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende uno o más tapones de cierre de una o más tomas (8) . 10- Cámara según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende un conector de entrada (22) y un conector de salida (23) fijados a la abertura de entrada (2) y la abertura de salida (3) respectivamente.

Los productos y servicios protegidos por este registro son:
G01N 1/22 - G01F 3/24 - G01N 1/16

Descripciones:
+ ES-2963026_A1 Cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios Campo técnico de la invención La presente invención corresponde al campo técnico del medio ambiente y la contaminación atmosférica, en concreto al estudio y caracterización de las inmisiones y emisiones de las partículas de aerosoles, y más en concreto al ámbito de los sistemas y dispositivos que permiten el muestreo de partículas antes de que pueda realizarse su caracterización físicoquímica. Antecedentes de la Invención En la actualidad, la metodología de caracterización in situ de partículas de aerosol se realiza, en términos generales, mediante la aplicación de sistemas de muestreo y medida de partículas, basados en la disposición acoplada de varios equipos e instrumentos de medida o de captación cuya utilización simultánea permite obtener una caracterización integral del aerosol, que implica todas las propiedades fisicoquímicas que pueden determinar su comportamiento y efectos medioambientales. El proceso utilizado normalmente consiste en dividir la muestra principal de flujo confinado (línea de muestreo) mediante una serie de elementos divisores de flujo (splitters y manifolds) , que son acoplados a la línea de muestreo principal de forma que se pueden obtener las muestras secundarias, entendidas como fracciones de la muestra principal o submuestras, que se precisen para abastecer a los equipos de medida que se encuentren conectados. La división de la muestra con esos divisores de flujo no altera las características de la fase gaseosa del mismo, pero sí puede afectar de manera muy negativa a la fase particulada del aerosol, cambiando las características originales, especialmente en las situaciones en las que los caudales de operación de los equipos de medida son muy distintos. Para paliar esta situación se suelen utilizar las cámaras de muestreo o submuestreo que disponen de una entrada y una o varias salidas. Las cámaras de muestreo en continuo, tanto si disponen de una única toma de muestra como de varias, pueden requerir de sistemas de succión aguas abajo de dichas tomas. En estos casos, el caudal de entrada no se corresponde con la suma de los flujos submuestreados, sino que es superior a estos, siendo el caudal de exceso evacuado por el sistema de extracción general. El problema que presentan estas cámaras es que en el caso en el que existen varias salidas no existe capacidad para controlar de manera eficaz la influencia ejercida por unas tomas sobre otras, cuestión determinante para evitar alterar las características del aerosol muestreado a través de cada salida, pues los flujos de cada submuestra individual suelen provocar interacciones y perturbaciones entre sí, e incluso con el flujo principal que atraviesa la cámara, repercutiendo sobre la calidad y representatividad del muestreo de aerosol. Como ejemplo del estado de la técnica pueden mencionarse los documentos de referencia CN110186723, CN204214685 y CN109632398. El documento CN110186723, define un dispositivo para introducir muestras de partículas finas procedentes del aire del ambiente en altura recogido en vuelo por aeronaves que distribuye la muestra entre varios instrumentos de análisis físico/químico de partículas a través de tubos de silicona conductora, para partículas por debajo de 2, 5 ^m. Dispone de una pieza de muestreo de acero inoxidable doblada con una boquilla de entrada de aire en un lado de la pieza, siendo la dimensión de la entrada menor que la del lado de salida, de manera que se puede reducir la velocidad de flujo del gas. Una pluralidad de salidas está dispuesta en la parte posterior del cabezal de corte, con dichas salidas conectadas con diferentes instrumentos de análisis de partículas finas a través de tubos de silicona conductora. En este caso es necesario un ajuste preciso de caudal para cada instrumento a través de un caudalímetro. Además, en este dispositivo la muestra se distribuye a los equipos a través de conexiones perpendiculares y ajustando el caudal antes de la medida con instrumentos, lo que implica mucha pérdida de partículas por impactación en los ángulos de 90° que forma las conexiones perpendiculares y partículas que quedan en el interior del caudalímetro. El documento de referencia CN204214685 se refiere a un sistema de muestreo de partículas de polvo suspendidas por el tráfico rodado, que comprende un tubo de muestreo, un tubo mezclador, una primera bomba de vacío, un cabezal de corte, un soporte de membrana, un rotámetro, una válvula de mariposa, una segunda bomba de vacío y una pluralidad de tubos de muestreo. Está orientado al muestreo de material particulado generado por vehículos que circulan por carretera, siendo el polvo que se levanta normalmente partículas finas (PM2, 5) y gruesas (PM10) . Un extremo del tubo de mezcla está en comunicación con el tubo de introducción de muestra, y el otro extremo está en comunicación con un puerto de succión de aire de la primera bomba de vacío. El tubo de mezcla está provisto de una pluralidad de aberturas, y la pluralidad de tubos de muestreo se insertan respectivamente desde la abertura dentro del tubo de mezcla para lograr la comunicación con el mismo. Cada uno de los tubos de muestreo dispone de un cabezal de corte, un soporte de película, un rotámetro, bombas de vacío, membrana, dispositivo de corte para eliminar partículas por encima de un diámetro y una válvula de mariposa, dispuestos secuencialmente a lo largo de una dirección de flujo del gas en el tubo de muestreo. También puede comprender un caudalímetro en cada tubo de muestreo y un controlador. El problema es que todos estos elementos incorporan muchas pérdidas de material particulado. Además, no resulta adecuado para las emisiones directas e inmisiones producidas por un motor de combustión interna y menos por una turbina de una aeronave. En el caso del documento CN109632398 se describe un sistema de muestreo atmosférico con un cabezal de muestreo de velocidad constante PM2, 5 ensamblado en múltiples etapas de flujo. El cabezal comprende una pluralidad de tuberías principales, que se pueden conectar de forma desmontable con las tuberías principales adyacentes, cada sección de la tubería principal está provista de un puerto de desviación que se utiliza para conectarse externamente con un instrumento de monitoreo. En este caso, los tubos guía de las sondas son perpendiculares a la cámara de muestreo lo que produce muchas pérdidas de partículas por impactación y los caudales de salida dependen de las especificaciones de los cabezales de muestreo, siendo a flujo constante. Este sistema realiza un muestreo coaxial de velocidad constante que según se indica puede reducir al máximo la pérdida de muestras de aerosoles en dicho muestreo, no obstante, pueden existir pérdidas de partículas de valores significativos. Resulta un sistema adecuado para instrumentos de diferentes caudales, pero no se indica para el caso en el que los equipos presenten distinto grado de succión o presión de vacío para captar la muestra. Por tanto, existen dos tipos de sistemas de división de una muestra de aerosoles, cada uno con sus ventajas e inconvenientes, pero ninguno de los prototipos evita las pérdidas o transformaciones de la muestra, por lo que se precisa encontrar un dispositivo que incorpore las características de ambos sistemas y permita la división de la muestra de partículas de aerosol en submuestras de una manera continua y simultánea y su redirección a diferentes equipos de muestreo y medida, evitando los cambios en la muestra original debidos a las perturbaciones de flujos y deposiciones en las tomas, durante el proceso de división de la muestra, hacia los distintos instrumentos de medida. Además, este dispositivo debe permitir el muestreo de aerosoles con tamaños de partícula muy reducidos, incluidos tamaños de partículas ultrafinas. Por ello, las pérdidas por difusión y/o aglomeración para tamaños de partícula submicrométricos, deben ser evitadas igual que las influencias generadas por cada una de las tomas sobre las siguientes situadas aguas abajo. Descripción de la invención La cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, que aquí se presenta, está indicado para medición de varias submuestras a partir de una muestra inicial continua en líneas de transferencia de muestra que alimentan distintos equipos de medida de aerosoles con condiciones de operación (caudal y presión) diferentes. Esta cámara permite la obtención simultánea de varias submuestras de una muestra original y su envío a diferentes equipos de captación y medida. La muestra original proviene tanto de flujos canalizados (conductos, chimeneas, etc.) como no canalizados (aire ambiente) y las submuestras constituyen fracciones de la original. Esta cámara comprende un cuerpo que presenta una abertura de entrada en un extremo, una abertura de salida en un extremo opuesto y un espacio intermedio con la geometría apropiada para permitir el flujo del aerosol y las adecuadas subdivisiones de la muestra. Este cuerpo comprende, además, una zona de entrada desde la abertura de entrada hasta una primera sección, que presenta una sección interior troncocónica con diámetro creciente que facilita la distribución homogénea hacia dicha primera sección. Presenta a su vez, una zona de laminarización, desde dicha primera sección hasta una segunda sección. Esta zona de laminarización tiene una sección interior cilíndrica cuya longitud es mayor o igual que la longitud mínima susceptible de permitir un perfil laminar completamente desarrollado del flujo en dicha zona. A continuación, comprende una zona de submuestreo desde la segunda sección hasta la abertura de salida. Esta zona de submuestreo presenta una primera parte con una sección interior cilíndrica desde la segunda sección hasta una tercera sección y una segunda parte con una sección interior troncocónica de diámetro decreciente desde dicha tercera sección hasta la abertura de salida. La zona de submuestreo cuenta con dos o más secciones de submuestreo, que a su vez comprenden dos o más tomas situadas de forma equidistante alrededor del eje, donde las tomas de una misma sección de submuestreo presentan un mismo caudal de salida. Por otra parte, las tomas de una sección de submuestreo están dispuestas al tresbolillo respecto a una sección de submuestreo situada aguas arriba. Además, las secciones de submuestreo están separadas una distancia mayor o igual que la separación mínima susceptible de producir una perturbación nula en la sección de submuestreo de aguas abajo. Cada toma comprende un orificio de acceso susceptible de permitir el paso de una sonda que presenta una boquilla de muestreo susceptible de penetrar una longitud determinada en el interior de la cámara tal que permite salvar la capa límite del flujo. Dicho orificio de acceso presenta un ángulo de inclinación respecto al eje de la cámara. Con la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios que aquí se propone se obtiene una mejora significativa del estado de la técnica. Esto es así pues se consigue un diseño para una cámara de submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles basado en la unión de piezas de distinta sección, troncocónica y cilíndrica, que configuran una sección interior en la que, aunque se produce una variación de la velocidad media del flujo en su interior, se logra mantener el perfil de velocidad, permitiendo de este modo un muestreo cuasi-isocinético, a diferentes velocidades. Esto permite que la utilización de distintos equipos de medida de aerosoles, operando a diferentes caudales de trabajo, resulte viable para este diseño de cámara. Las dimensiones de la cámara y la ubicación de las secciones de submuestreo resultan adecuadas para conseguir las condiciones de flujo laminar completamente desarrollado, previo al muestreo. Además, las distintas secciones de submuestreo se definen según los caudales de operación de los instrumentos de medida que se van a utilizar lo que permite minimizar la longitud de la cámara. Estas secciones de submuestreo están situadas a una distancia suficiente para evitar perturbaciones en los puntos de muestreo aguas abajo y el efecto entre tomas adyacentes es prácticamente nulo. Por otra parte, la configuración diseñada de las tomas de submuestreo evita el muestreo en la capa limite, y el ángulo de inclinación respecto al eje de la cámara que presentan estas sondas permite realizar un muestreo próximo al muestreo isoaxial y, con la adecuada configuración de las sondas que se empleen en el muestreo se logra que éste se lleve a cabo de manera cuasi-isocinética. El perfil de las sondas que se introduce en el interior de la cámara, cuando están en la adecuada posición, minimiza las perturbaciones del flujo que sigue aguas abajo hacia la salida de la cámara. Esta cámara es versátil y puede presentar diferentes configuraciones en función de los equipos de medida que se pretenda conectar a la misma y resulta muy eficaz pues logra integrar las funciones de una cámara clásica de muestreo de aerosoles y de los divisores de flujo o splitter. La cámara es versátil y está diseñada para ser situada preferiblemente en algún punto de la línea de muestreo, después de la sonda de muestreo y antes de los equipos de medida de la muestra. Está pensada para dividir la muestra principal de flujo de aerosoles que entra de manera continua, en diferentes submuestras secundarias (fracciones de la muestra principal) , haciéndolo de manera simultánea y continua a través de sondas con una geometría apropiada. Las submuestras en cada instante mantienen las mismas características físico-químicas que la muestra original, siendo plenamente representativas de ella. Breve descripción de los dibujos Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se aporta como parte integrante de dicha descripción, una serie de dibujos donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: La Figura 1.- Muestra una vista en perspectiva de la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, para una realización preferida de la invención. La Figura 2.- Muestra una vista en sección de la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, para una realización preferida de la invención. La Figura 3.- Muestra el despiece de una toma de muestras de la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, para una realización preferida de la invención. La Figura 4.- Muestra una vista en sección de la primera pieza de la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, para una realización preferida de la invención. La Figura 5.- Muestra una vista en sección de la segunda pieza de la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, para una realización preferida de la invención. La Figura 6.- Muestra una vista en sección de la tercera pieza de la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, para una realización preferida de la invención. Las Figuras 7.1 y 7.2.- Muestran sendas vistas en sección según planos de corte perpendiculares, de la cuarta pieza de la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, para una realización preferida de la invención. La Figura 8.- Muestra un diagrama del banco de ensayo utilizado para el análisis de la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, en una primera configuración. La Figura 9.- Muestra un diagrama del banco de ensayo utilizado para el análisis de la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, en una segunda configuración. Descripción detallada de un modo de realización preferente de la invención A la vista de las figuras aportadas, puede observarse cómo en un modo de realización preferente de la invención, la cámara para submuestreo continuo y simultáneo de aerosoles desde flujos confinados estacionarios o transitorios, para medición de varias submuestras a partir de una muestra inicial continua en líneas de transferencia de muestra que alimentan distintos equipos de medida, que aquí se propone, comprende un cuerpo (1) que presenta una abertura de entrada (2) en un extremo, una abertura de salida (3) en un extremo opuesto y un espacio intermedio adecuado para permitir el flujo del aerosol entre ambas, así como las subdivisiones de la muestra. Como se muestra en la Figura 2, este cuerpo (1) comprende una zona de entrada (1.1) , una zona de laminarización (1.2) y una zona de muestreo (1.3) . La zona de entrada (1.1) es la que abarca desde la abertura de entrada (2) hasta una primera sección (4) , y presenta una sección interior troncocónica con diámetro creciente para la distribución del flujo hacia dicha primera sección (4) . La zona de laminarización (1.2) presenta una sección interior cilindrica y comprende desde dicha primera sección (4) hasta una segunda sección (5) . La longitud de esta zona es mayor o igual que la longitud mínima susceptible de permitir un perfil laminar del flujo completamente desarrollado en su paso por la misma. Finalmente, la zona de submuestreo (1.3) abarca desde la segunda sección (5) hasta la abertura de salida (3) . Esta zona de submuestreo (1.3) se subdivide en una primera parte (6.1) que presenta una sección interior cilíndrica y comprende desde la segunda sección (5) hasta una tercera sección (7) , y una segunda parte (6.2) con una sección interior troncocónica de diámetro decreciente desde dicha tercera sección (7) hasta la abertura de salida (3) . Esta zona de submuestreo (1.3) , como se muestra en las Figuras 1 y 2, comprende dos o más secciones de submuestreo con dos o más tomas (8) situadas de forma equidistante alrededor del eje, donde las tomas (8) de una misma sección presentan un mismo caudal de salida. Como puede observarse en la Figura 1, las tomas (8) de una sección de submuestreo están dispuestas al tresbolillo respecto a una sección de submuestreo situada aguas arriba y las secciones de submuestreo están separadas una distancia mayor o igual que la separación mínima susceptible de producir una perturbación nula en la sección de submuestreo de aguas abajo. Así mismo, como se muestra en la Figura 3, cada toma (8) comprende un orificio de acceso (9) de una sonda (10) que presenta una boquilla de muestreo (10.1) susceptible de penetrar en el interior de la cámara una longitud determinada tal que permite salvar la capa límite del flujo. Dicho orificio de acceso (9) presenta un ángulo de inclinación a respecto al eje de la cámara. En este modo de realización preferente de la invención, el cuerpo (1) está formado por cuatro piezas situadas de forma consecutiva y alineada, que presentan unos extremos susceptibles de ensamblado. Todas estas piezas están formadas partiendo de un macizo redondo del material seleccionado, que en este modo de realización es acero inoxidable austenítico con un acabado 2R del interior de las piezas, evitando de este modo uniones o soldaduras entre partes. Es fundamental realizar una fabricación de calidad y una unión adecuada de estas cuatro piezas, para evitar deposiciones, turbulencias en su interior y fugas que puedan influir en su funcionamiento. Una primera pieza (11) se corresponde con la zona de entrada (1.1) del cuerpo (1) , una segunda pieza (12) se corresponde con el conjunto formado por la zona de laminarización (1.2) y la primera parte (6.1) de la zona de submuestreo (1.3) , es decir, las zonas con sección interior cilíndrica y, una tercera y una cuarta pieza (13, 14) se corresponden respectivamente con una porción inicial y final (15.1, 15.2) de la segunda parte (6.2) de la zona de submuestreo (1.3) . Así mismo, en este modo de realización preferente de la invención, la cámara comprende una primera sección de submuestreo (16) en la segunda pieza (12) , a la altura de la primera parte (6.1) de la zona de submuestreo (1.3) . Esta primera sección de submuestreo (16) presenta cuatro tomas (8) dispuestas de forma simétrica respecto al eje de la cámara. Una segunda sección de submuestreo (17) se encuentra situada en la tercera pieza (13) , y presenta dos tomas (8) simétricas respecto del eje de la cámara, que están colocadas al tresbolillo, o más concretamente en este caso, intercaladas con la posición de las tomas (8) de la primera sección de submuestreo (16) . Finalmente, una tercera y una cuarta sección de submuestreo (18, 19) están situadas en la cuarta pieza (14) , y ambas presentan un par de tomas (8) respectivamente. Las tomas (8) de cada par están situadas simétricas respecto al eje de la cámara y, entre ellas y respecto a las de la segunda sección de submuestreo (17) , están situadas al tresbolillo. En este diseño, la velocidad aumenta a lo largo de la longitud de la cámara, y los equipos que trabajan a menores caudales se conectan en la primera sección de submuestreo (16) , más próxima a la abertura de entrada (2) a la cámara, mientras que los de mayores caudales se conectan en la segunda, tercera y cuarta sección de submuestreo (17, 18, 19) . En este modo de realización preferente de la invención, como se muestra en las Figuras 4 a 7.2, las cuatro piezas comprenden medios de ensamblaje mediante bridas (25) y un machihembrado en sus extremos de fijación. Además, cuentan con un cajeado (27) en dichos extremos de fijación, para disponer en él una junta de estanqueidad. Es muy importante que las piezas estén herméticamente unidas unas con otras y evitar escalones o cambios de sección en la superficie interna, eliminando de este modo las posibles perturbaciones del flujo. Además, la fabricación en cuatro partes embridadas facilita las tareas de limpieza de la cámara, pues las cuatro piezas se pueden desmontar, realizando de este modo una limpieza adecuada y de un modo cómodo y sencillo, preferiblemente mediante ultrasonidos. Como puede observarse en las Figuras 4 a 6, en este modo de realización preferente de la invención, cada toma (8) comprende un conducto guía (20) fijado al orificio de acceso (9) mediante medios de fijación, que en este caso es mediante soldado. Este conducto guía (20) es susceptible de permitir la entrada de la sonda (10) por su interior. Comprende, además, un conector de cierre de hermeticidad (21) fijado al extremo libre del conducto guía (20) . Por su parte, el diámetro de la boquilla de muestreo (10.1) de la sonda (10) está calculado en función de la velocidad de flujo en la sección de submuestreo correspondiente y del caudal de salida hacia el equipo conectado a la misma. Como se muestra en las Figuras 5 y 6, dado que la primera sección de submuestreo (16) está ubicada en la segunda pieza (12) , con sección interior cilíndrica y el resto de secciones de submuestreo están en la tercera y cuarta pieza (13, 14) , con sección interior troncocónica, tanto la longitud de la sonda (10) como el ángulo de inclinación a, de ésta respecto de la pared interior de la cámara, va a ser distinto entre las tomas (8) de muestra de la primera sección de submuestreo (16) , como se representa en la Figura 5, y las tomas (8) del resto de piezas, mostradas en la Figura 6. El ángulo a formado por la sonda (10) o los orificios de acceso (9) , con el eje de la cámara sí es el mismo en todas las tomas (8) sea cual sea la sección de submuestreo. Como ya se ha visto, debido al gran número de tomas (8) a definir y una longitud de cámara limitada, resulta inviable el muestreo isoaxial, pero en este caso, se considera el menor ángulo a posible para aproximar el submuestreo a las condiciones de isoaxialidad. En este modo de realización preferida, la cámara comprende uno o más tapones de cierre (no representados en las Figuras) de una o más tomas (8) . De este modo, las sondas (10) que no se utilicen en una operación de submuestreo, se cierran preferiblemente mediante estos tapones que se colocan en el conector de cierre de hermeticidad (21) de la toma, uando la sonda no está instalada, o bien se cierra el extremo exterior de la sonda (10) , si ésta ya está instalada. Como se muestra en las Figuras 4, 7.1 y 7.2, esta cámara comprende un conector de entrada (22) y un conector de salida (23) fijados a la abertura de entrada (2) y la abertura de salida (3) respectivamente. En este modo de realización preferente de la invención, el ángulo de inclinación a, de los orificios de acceso (9) respecto del eje de la cámara está comprendido entre 25 y 35°. Así mismo, en este caso, el ángulo y de la sección troncocónica de la tercera y cuarta pieza (13, 14) está comprendido entre 5 y 15°. Por otra parte, en este modo de realización preferida, el ángulo p de la sección troncocónica de la primera pieza (11) está comprendido entre 10 y 25°. En este modo de realización preferente de la invención, se ha procedido a realizar un doble proceso de validación teórica y experimental. En los experimentos se ha llevado a cabo un submuestreo continuo y simultáneo de flujos de aerosoles, propio de emisiones canalizadas de cualquier escape a la atmósfera, tanto de fuentes móviles como estacionarias. Para determinar la versatilidad de la cámara, en la validación experimental se han implementado dos cámaras idénticas, diseñadas y fabricadas siguiendo los conceptos anteriormente descritos para el modo de realización preferente de la invención y con las siguientes características concretas: La primera cámara se ha implementado un banco de calibración con la configuración de una serie de equipos denominada "Configuración 1" y la segunda cámara se ha implementado otro banco de calibración con la configuración de otra serie de equipos denominada "Configuración 2", siendo el objetivo de ambas el de conseguir una distribución de la muestra primaria procedente de flujos de aerosoles hacia cada serie de equipos de medida de manera simultánea. En ambos casos se plantea una configuración de equipos cuyos caudales/presiones de trabajo difieren entre sí, conectados a diferentes salidas de la cámara a través de la sonda de muestreo con la geometría adecuada. En este modo de realización preferida de la invención, la primera pieza presenta un ángulo de la sección troncocónica de valor p=18°. La longitud de esta pieza es de 102mm y en la abertura de entrada (2) presenta un conector de entrada (22) de vacío DN25 con una longitud de 20, 1mm. Este conector de entrada (22) se suelda alrededor de la abertura de entrada (2) , que presenta un entrante hembra (24) para el ajuste del conector de entrada (22) . Como se muestra en la Figura 4, el extremo opuesto de esta primera pieza (11) , que se corresponde con la primera sección (4) del cuerpo (1) , comprende una brida (25) con seis agujeros (26) pasantes de diámetro interno 0, que en este caso tiene un valor de 11mm. También presenta el cajeado (27) para una junta de estanqueidad y un saliente (28) para realizar una unión machihembrada con la segunda pieza (12) del cuerpo (1) . En este modo de realización preferida, como puede observarse en la Figura 5, la segunda pieza (12) presenta una brida (25) en ambos extremos de la misma. La brida (25) dispuesta en el extremo correspondiente a la primera sección (4) del cuerpo (1) , adecuada para conectar con la brida (25) de la primera pieza (11) , presenta también seis agujeros (26) del mismo diámetro que los de la brida (25) de la primera pieza (11) , así como un entrante hembra (24) . Por otra parte, la brida (25) del extremo opuesto está mecanizada con cuatro agujeros (26) de métrica M10 para roscar tornillos para su unión con la tercera pieza (13) y presenta igualmente un cajeado (27) para una junta de estanqueidad y un saliente (28) macho para su unión machihembrada con la tercera pieza (13) . La longitud de esta segunda pieza (12) , en este modo de realización preferida es de 207mm. Esta segunda pieza (12) presenta cuatro orificios de acceso (9) con cuatro conductos guía (20) soldados respectivamente en cada uno de ellos. Estos conductos guía (20) presentan un ángulo a=30° con el eje de la cámara y un ángulo de inclinación a=30° del orificio de acceso (9) o de la sonda (10) respecto de la pared interior de la cámara. Como se muestra en la Figura 6, en este modo de realización preferente de la invención, la tercera pieza (13) presenta también sendas bridas (25) para su unión con la segunda y cuarta pieza (12, 14) respectivamente. La brida (25) para unión con la segunda pieza (12) presenta cuatro agujeros (26) pasantes de diámetro 11mm y comprende cuatro cajeados (27.1) que se disponen en correspondencia con los orificios de acceso (9) de la segunda pieza (12) , para no interferir en la colocación de los cuatro conductos guía (20) . Además, presenta un entrante hembra (24) para la unión machihembrada con la segunda pieza (12) . La brida (25) para unión con la cuarta pieza (14) presenta seis agujeros (26) pasantes de diámetro 11mm en este caso, un cajeado (27) para la junta de estanqueidad y un saliente (28) macho para la unión machihembrada entre ambos. Comprende así mismo, un ángulo interior de la sección troncocónica y=8° y una longitud de 172mm. En este caso, presenta dos conductos guía (20) en dos respectivos orificios de acceso (9) , y estos conductos guía (20) forman un ángulo a=30° con el eje de la cámara y el orificio de acceso (9) o la sonda (10) forman un ángulo de inclinación a=34° respecto de la pared interior de la cámara. Finalmente, la cuarta pieza (14) presenta el mismo ángulo interior, y=8°, de la sección troncocónica, una longitud de 167, 5mm y cuatro conductos guía (20) en cuatro orificios de acceso (9) que están dispuestos dos de ellos en la tercera sección de submuestreo (18) y los otros dos en la cuarta sección de submuestreo (19) . La distancia entre orificios de acceso de ambas tercera y cuarta secciones de submuestreo (18, 19) es en este caso de 61mm. Los conductos guía (20) de esta cuarta pieza (14) también forman un ángulo a=30° con el eje de la cámara y un ángulo de inclinación a=34° del orificio de acceso (9) o de la sonda (10) con la pared interior de la cámara. Además, esta cuarta pieza (14) comprende un conector de salida (23) , DN25, con una longitud de 20, 21mm, y en el extremo de unión a la tercera pieza (13) presenta la correspondiente brida (25) con seis agujeros (26) . En primer lugar, se realizó una validación teórica de la cámara de muestreo a través de una simulación fluido-dinámica computacional (CFD) . Ésta consistió en tres etapas: un pre­ procesado donde se definieron los dominios de fluido y se realizó el mallado; un procesado que consistió en la discretización y resolución de las ecuaciones que intervienen en el fluido y finalmente un post-procesado para el tratamiento de los datos obtenidos. El diseño de la geometría del volumen interno se realizó con el software AutoCAD y el mallado se ha realizado con el software ICEM CFD incluido en ANSYS. Para el cálculo fluido-dinámico, se utilizó el software ANSYS FLUENT, usando el modelo de turbulencia k-épsilon, ampliamente usado en cálculos de ingeniería. Se trata de un modelo semi-empírico basado en dos ecuaciones de transporte separadas, una para la energía cinética turbulenta (k) y otra para la disipación de la energía cinética turbulenta (e) , cuya solución permite determinar de forma independiente las escalas de velocidad y longitud turbulentas. Aunque existen varios modelos, en este caso se utilizó el modelo k-e estándar realizable, que satisface ciertas restricciones matemáticas sobre las tensiones de Reynolds, consistentes en la física de los flujos turbulentos e incomprensibles. La simulación de la cámara para la "Configuración 1" de medida de flujo de aerosoles permite realizar las siguientes verificaciones: - Se comprueba que la velocidad, para un caudal de entrada de 30 l/min, aumenta a lo largo de la cámara, desde 0, 25 m/s en la primera sección de muestreo (16) , hasta 2, 5 m/s en la cuarta sección de muestreo (19) , consiguiéndose un flujo laminar completamente desarrollado previo al submuestreo. - Se comprueba que con la configuración elegida, las perturbaciones en las tomas (8) a lo largo de la cámara son despreciables, manteniendo el régimen laminar. También se comprueba que si los flujos de submuestreo son superiores a 0, 1 l/min se evitan totalmente los flujos inversos que impedirían el correcto desarrollo del submuestreo. - Se verifica que en cada punto de submuestreo, se consiguen velocidades de flujo interno en la cámara y de submuestreo muy próximas entre sí. - Se comprueba que la inserción de las sondas a una cierta distancia del seno del fluido permite evitar la capa límite, incluso en las primeras secciones donde el submuestreo es más difícil. - Se comprueba que la inserción de las sondas de muestreo para evitar la capa limite, genera un punto de estancamiento aguas abajo, sin embargo, la distancia considerada entre las tomas (8) es adecuada para evitar que exista influencia entre ellas. La simulación de la cámara con la "Configuración 2" de medida de flujo de aerosoles permitió realizar las siguientes verificaciones: - Se comprueba que la velocidad, para un caudal de entrada de 30 l/min, aumenta a lo largo de la cámara, desde 0, 25 m/s en la primera sección de muestreo (16) , hasta 1, 3 m/s en la cuarta sección de muestreo (19) , consiguiéndose un flujo laminar completamente desarrollado previo al submuestreo. - Se comprueba que no existen perturbaciones en los puntos de submuestreo a lo largo de la cámara, manteniendo el régimen laminar. - Se comprueba que en cada punto de submuestreo se consiguen velocidades de flujo interno en la cámara y de submuestreo muy próximas entre sí. - Se comprueba que la inserción de sondas a una distancia del seno del fluido permite evitar la capa límite, sobre todo en las primeras secciones de submuestreo. - Se comprueba que la inserción de las sondas de muestreo para evitar la capa límite, genera un punto de estancamiento aguas abajo, sin embargo, la suficiente distancia considerada entre las tomas evita que existan influencia entre ellas, y por tanto del punto de estancamiento. Para la validación experimental de las cámaras se diseñan dos bancos de calibración. El objetivo con ambas cámaras era: • Obtener distintas submuestras a partir de flujos de aerosoles primarios y conseguir su caracterización mediante diferentes equipos de medida, con caudales/presiones de trabajo distintos, y todos conectados simultáneamente a las distintas salidas de las cámaras de submuestreo. • Comparar la concentración de partículas existente en cada una de las tomas de muestra de la cámara donde se realiza el submuestreo con la concentración de entrada a la cámara. Un comportamiento óptimo implicaría una concentración de partículas en cada toma igual a la de la entrada Todos los ensayos fueron realizados utilizando como aerosol de entrada, el aire ambiente, manteniendo una concentración constante en cada uno de los ensayos. El equipo de medida de la concentración numérica de partículas era un CPC modelo 3775 de TSI. En el caso de la "Configuración 1" de medida de flujo de aerosoles, la validación de la cámara se realizó introduciendo un caudal de aerosol de 30 l/min por la entrada. Esta configuración dispone de cuatro puntos de submuestreo denominados OPC (31) , OFFLINE (32) , DMS500 (33) y PAM (34) , que se corresponde con la denominación de los uatro equipos de medida conectados, localizados en diferentes secciones de muestreo de la cámara (2, 3 y 4) , que trabajan a distintos caudales de operación, como se muestra en la Figura 8. En función del caudal que debe salir por cada toma (8) , se ajusta la válvula de aislamiento en la salida de la cámara, que está localizada en una línea que la conecta a una bomba de succión (35) , de manera que siempre se mantiene un caudal de entrada de 30 l/min. Todas las tomas (8) están conectadas a una pequeña cámara de submuestreo (36) convencional, empleada para esta validación y de donde es extraída una submuestra hacia el equipo de medida de la concentración numérica de partículas (CPC) (37) para medir la concentración de partículas. Cada una de las tomas (8) tiene conectada una válvula de aislamiento (38) , de manera que cuando una de ellas trabaje, el resto de tomas (8) permanece cerrada. De este modo, se compara directamente la concentración de partículas en el aerosol de entrada con la concentración medida en cada toma (8) de cada uno de los puntos de submuestreo. Una vez realizada la simulación, se observa la desviación que presenta cada toma (8) de submuestreo, calculada como la concentración numérica de partículas en esa toma, respecto a la concentración numérica medida en la entrada. En ningún caso, el valor medio de esta desviación es superior al 10%. En algunas medidas puntuales, como el caso de la toma OPC (31) , debido a la variabilidad de aerosol de muestra, los valores máximos alcanzan el 20%, mientras que, en el resto de tomas (8) presentan valores inferiores al 20%. En el caso de la "Configuración 2" de medida de flujo de aerosoles, la validación de la cámara se realiza introduciendo un caudal de aerosol de 30 l/min de aerosol por la entrada. Esta configuración dispone también de cuatro tomas (8) de submuestreo. Una de ellas se encuentra conectada a un sistema de dilución axial (41) , DAD (30) , mientras que el resto no presentan ninguna dilución, y son denominadas LICOR (39) , ELPI+ (40) y LII (29) , que de nuevo se corresponde con la denominación de los equipos de medida correspondientes. También están localizadas en diferentes secciones de submuestreo de la cámara (2, 3 y 4) , y trabajan a diferentes caudales de operación, como se muestra en la Figura 9. Al igual que en el caso anterior, en función del caudal que deba salir por cada toma (8) , se ajusta la válvula de aislamiento en la salida localizada en la línea que la conecta a una omba de succión (35) , de manera que siempre se mantiene un caudal de entrada de 30 l/min. Todas las tomas (8) están conectadas a una pequeña cámara de muestreo (36) convencional de donde el CPC (37) mide la concentración de partículas. Cada una de ellas tiene conectada una válvula de aislamiento (38) , de manera que cuando una de ellas trabaja, el resto de tomas (8) permanecen cerradas. De este modo, se compara directamente la concentración de partículas en el aerosol de entrada con la concentración medida en cada toma (8) . La medida de la concentración numérica de la toma (8) diluida permite calcular el factor de dilución experimental en base a los parámetros utilizados en el DAD (30) . Los parámetros medidos en el dilutor axial DAD son: Caudal aerosol = 0, 100 l/min. Caudal salida= 1, 034 l/min Presión= 3, 450 bar. Con estos valores, se espera un factor de dilución teórico de 10:1, en esta toma. Los datos obtenidos en las tomas (8) sin diluir presentan un valor medio de desviación inferior al 10%. Los datos obtenidos en la toma DAD (30) , indican un factor de dilución, determinado en base a la concentración numérica de partículas de 10, 2:1.

Publicaciones:
ES2963026 (22/03/2024) - A1 Solicitud de patente con informe sobre el estado de la técnica
Eventos:
En fecha 30/06/2023 se realizó Registro Instancia de Solicitud
En fecha 03/07/2023 se realizó Admisión a Trámite
En fecha 03/07/2023 se realizó Aceptación Tramitación CAP
En fecha 03/07/2023 se realizó 1001P_Comunicación Admisión a Trámite
En fecha 07/07/2023 se realizó Superado examen de oficio
En fecha 12/03/2024 se realizó Realizado IET
En fecha 14/03/2024 se realizó 1109P_Comunicación Traslado del IET
En fecha 22/03/2024 se realizó Publicación Solicitud
En fecha 22/03/2024 se realizó Publicación Folleto Solicitud con IET (A1)
En fecha 10/04/2024 se realizó PETEX_Petición de examen sustantivo
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