Reducción del roce de un casco de un barco.

Un aparato (102) para la generación de burbujas de un fluido para la reducción del roce de un casco

(101) de un barco (100), en donde el aparato (102) de generación de burbujas se puede fijar a una superficie exterior del casco (101), y en donde el aparato comprende uno o más dispositivos microfluídicos (215) para la generación de dichas burbujas, en donde el aparato comprende una estructura en capas que comprende dos o más capas (211; 212; 213), en donde al menos una de las capas (212) comprende una microestructura que forma al menos una parte de uno o más dispositivos microfluídicos (215), y en donde al menos una de las capas comprende un canal de suministro (206) que conecta a los uno o más dispositivos microfluídicos (215) para la alimentación de aire comprimido al interior de los dispositivos microfluídicos (215).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/EP2011/060497.

Solicitante: Kapteijn, Pieter Karel Anton.

Nacionalidad solicitante: Dinamarca.

Dirección: Niels Andersensvej 53 2900 Hellerup DINAMARCA.

Inventor/es: KAPTEIJN,PIETER KAREL ANTON.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > MEZCLA, p. ej. DISOLUCION, EMULSION, DISPERSION (mezcla... > Mezcla, p. ej. dispersión, emulsión, según las... > B01F3/04 (de gases o de vapores con líquidos (mezclando bebidas no alcohólicas con gases A23L 2/54))
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > BUQUES U OTRAS EMBARCACIONES FLOTANTES; SUS EQUIPOS > BUQUES U OTRAS EMBARCACIONES FLOTANTES; EQUIPAMIENTO... > Características hidrodinámicas o hidrostáticas... > B63B1/38 (utilizando burbujas de aire o colchones de aire)

PDF original: ES-2492692_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Reducción del roce de un casco de un barco Campo de la invención

Esta invención se refiere en general a la generación de burbujas, en particular microburbujas, para la reducción del roce de un casco de un barco.

Antecedentes de la invención

En general es deseable reducir la resistencia por fricción, también denominada como roce, del casco de un barco, dado que esto puede incrementar la velocidad de operación del barco y/o reducir el consumo de combustible.

El documento JP1119875A describe un sistema para la reducción de la resistencia por fricción de un barco mediante la formación de una boquilla de salida en una cámara instalada sobre una superficie de un arco esférico de un cuerpo de barco, y mediante la eyección de aire a presión suministrado a la cámara por un medio de suministro de aire a presión, desde la boquilla de salida, de modo que se interpongan las burbujas y una capa de aire sobre una capa límite mantenida en contacto con una superficie sumergida. La boquilla de salida se forma mediante una placa frontal de una cámara cuya placa frontal tiene un cierto número de poros. La presión de aire se inyecta en el agua desde los poros de modo que se generen un cierto número de burbujas en el exterior de la boquilla de salida de tal manera que se extiendan a lo largo de las líneas de flujo y cubran la superficie sumergida, mediante lo que se reduce la fricción.

El documento GB2429435A describe un casco de navio que tiene un aparato de lubricación por aire que comprende una bomba de aire para el suministro de aire presurizado a una membrana porosa fijada al exterior del casco y quilla, o un sistema de conductos de aire fijados a la quilla y casco del navio, o montados dentro del casco del navio.

El documento JP1175587A describe un método en el que se suministran pequeñas burbujas de aire en una capa límite de modo que reduzca la generación de resistencia por fricción de un casco. Las burbujas se soplan al exterior de la placa porosa en la que se forman un cierto número de pequeños orificios en separaciones dadas.

El documento CN2652812Y describe un generador de microburbujas usado para la reducción del roce que comprende una cavidad, una tubería de conexión, una máquina motriz de aire a presión y una placa de silicio porosa.

El documento US 29/26561 describe un aparato para la generación de burbujas de un fluido para la reducción del roce de un casco de un barco, en el que el dispositivo de generación de burbujas se fija a una superficie exterior del casco, y en el que el aparato comprende uno o más dispositivos microfluídicos para la generación de dichas burbujas.

El documento WO 28/53174 describe un difusor de vidrio construido a partir de dos láminas de vidrio adheridas cara con cara, en el que, se han grabado canales sobre una lámina.

El documento US 5.524.66 describe una boquilla de tipo placa con una placa de boquilla, con una cámara de atomización y una placa de cubierta dispuesta sobre una cámara de atomización.

Sin embargo, aunque los sistemas de la técnica anterior describen la generación de burbujas por medio de generadores de burbujas que se pueden integrar en un casco de barco, subsiste un problema en proporcionar un método para la generación de microburbujas para la reducción de modo eficiente del roce o resistencia por fricción de un casco de barco durante diferentes condiciones de operación, por ejemplo diferentes velocidades, temperatura de agua, corrientes y/u otras similares.

Sumario

Se describe en el presente documento un aparato para la generación de burbujas para la reducción del roce de un casco de un barco, en el que el dispositivo de generación de burbujas se puede fijar a una superficie exterior del casco, y en el que el aparto comprende un dispositivo microfluídico para la generación de burbujas de un tamaño de burbuja bien definido en las burbujas generadas, en el que el aparato comprende una estructura en capas que comprende dos o más capas, en el que al menos una de las capas comprende una microestructura que forma al menos una parte de uno o más dispositivos microfluídicos, y en el que al menos una de las capas comprende un canal de suministro que conecta a los uno o más dispositivos microfluídicos para la alimentación de aire comprimido al interior de los dispositivos microfluídicos. Las burbujas se forman en una capa límite del agua que rodea el casco, es decir en la interfaz entre el casco y el agua que lo rodea.

El tamaño de burbuja de las burbujas generadas puede ser controlable por medio de un dispositivo microfluídico, por ejemplo mediante el control de un flujo del fluido que forma burbujas, mediante lo que se proporciona un control eficiente del tamaño de burbuja, lo que a su vez permite una reducción eficiente y controlable del roce incluso en diferentes condiciones de operación.

Generalmente, los dispositivos microfluídicos permiten un control y manipulación precisa de los fluidos que están restringidos geométricamente a una escala pequeña, normalmente submilimétrica. Generalmente un dispositivo microfluídico puede comprender un dispositivo que proporciona al menos un recorrido de fluido que tiene una dimensión lateral de menos de 3 mm, por ejemplo menor de 1 mm, por ejemplo menor de 5 micrómetros, por ejemplo entre 1 nm y 5 micrómetros. El comportamiento de los fluidos a microescala puede diferir del comportamiento `macrofluídico en factores tales como la tensión superficial, disipación de energía, y resistencia al fluido que dominan el sistema. A escalas pequeñas, donde los diámetros del canal son de aproximadamente 1 nanómetros a varios centenares de micrómetros, el número de Reynolds, que compara el efecto del momento de un fluido con el efecto de la viscosidad, puede llegar a ser muy bajo. Esto da como resultado que los fluidos no se pueden mezclar en el sentido tradicional; y el transporte molecular entre los fluidos puede realizarse a través de difusión.

El término dispositivo microfluídico se refiere a cualquier estructura microfluídica para la manipulación de un flujo de fluido continuo a través de canales microfabricados. La actuación del flujo de fluido puede ser implementada o bien mediante fuentes de presión externa, bombas mecánicas externas, microbombas mecánicas integradas, o mediante combinaciones de fuerzas capilares y mecanismos electrocinéticos.

Las burbujas generadas pueden ser microburbujas, es decir burbujas que tienen un diámetro de menos de 1 mm, por ejemplo menos de 2 pm, por ejemplo menos de 15 pm, por ejemplo menos de 1 pm, tal como menos de 5 pm, proporcionando de ese modo una reducción del roce eficiente mientras se mantiene una flotabilidad suficiente. Al adaptar el tamaño de las burbujas generadas, puede mejorarse la reducción del roce y adaptarse a diferentes condiciones de operación. Las microburbujas se pueden generar mediante el control de un flujo o suministro de un fluido de formación de burbujas tal como aire u otro gas o mezcla de gases adecuados, o incluso líquido. El término fluido de formación de burbujas se pretende referir a cualquier fluido adecuado, tal como un líquido, un gas o una mezcla de gases, por ejemplo aire, que forma burbujas cuando se libera en el interior del agua que rodea al casco del barco. En algunas realizaciones, el aparato comprende una pluralidad de conjuntos de dispositivos microfluídicos, en el que los dispositivos microfluídicos de cada conjunto están adaptados para generar burbujas a una frecuencia predeterminada respectiva, y en el que el aparato comprende un selector de flujo para dirigir selectivamente un flujo de suministro del fluido de formación de burbujas a uno o a un subconjunto del conjunto de dispositivos microfluídicos diferentes en su frecuencia.

En algunas... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato (12) para la generación de burbujas de un fluido para la reducción del roce de un casco (11) de un barco (1), en donde el aparato (12) de generación de burbujas se puede fijar a una superficie exterior del casco (11), y en donde el aparato comprende uno o más dispositivos microfluídicos (215) para la generación de dichas burbujas, en donde el aparato comprende una estructura en capas que comprende dos o más capas (211; 212; 213), en donde al menos una de las capas (212) comprende una microestructura que forma al menos una parte de uno o más dispositivos microfluídicos (215), y en donde al menos una de las capas comprende un canal de suministro (26) que conecta a los uno o más dispositivos microfluídicos (215) para la alimentación de aire comprimido al interior de los dispositivos microfluídicos (215).

2. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el dispositivo microfluídico (215) está adaptado para controlar un tamaño de burbuja de las burbujas generadas.

3. Un aparato de acuerdo con las reivindicaciones 1 o 2, en el que el al menos un dispositivo microfluídico (9) comprende:

- un orificio de entrada (314) para el suministro de un flujo del fluido;

- un primer canal (92) que comprende una primera boquilla (33; 34) para la generación de burbujas del fluido para reducción del roce sobre un casco de un barco, estando dicho primer canal (92) en comunicación fluídica con dicho orificio de entrada a través de una cámara central (96); y

- un primer canal de control (97) que comprende una primera entrada de control (98) configurada para controlar el flujo a través de dicha primera boquilla (33; 34), estando dicha primera entrada de control (98) en comunicación fluídica con dicho orificio de entrada y dicho primer canal a través de dicha cámara central (96).

4. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1 a 3, en el que el al menos un dispositivo microfluídico (9) comprende adicionalmente

- un segundo canal (94) que comprende una segunda boquilla (95) para la generación de burbujas del fluido para la reducción del roce de un casco de un barco, estando dicho segundo canal en comunicación fluídica con dicho orificio de entrada y dicha entrada de control a través de dicha cámara central (96), y en donde dicha primera entrada de control (98) se configura adicionalmente para controlar el flujo a través de dicha segunda boquilla (95).

5. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4, en el que el al menos un dispositivo microfluídico (9) se configura para incrementar la resistencia de flujo total desde dicho orificio de entrada a dicha primera boquilla al proporcionar un primer flujo de control a través de dicha primera entrada de control (98) al interior de dicha cámara central (96).

6. El aparato de acuerdo con las reivindicaciones 4 o 5, en el que el al menos un dispositivo microfluídico (9) se configura para desplazar un flujo que circula a través de dicho primer canal (92) a dicho segundo canal (94) proporcionando un primer flujo de control que circula a través de dicha primera entrada de control (98) al interior de dicha cámara central (96), mediante lo que al menos el 5 % del flujo que habría circulado a través de dicho primer canal se redirige para circular a través de dicho segundo canal (94).

7. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 6, en el que dicho al menos un dispositivo microfluídico (9) comprende adicionalmente

- un segundo canal de control (99) que comprende una segunda entrada de control (91) para el control del flujo a través de dicha primera boquilla (93) y dicha segunda boquilla (95), estando dicha segunda entrada de control (91) en comunicación fluídica con dicho orificio de entrada, dicha primera boquilla, dicha segunda boquilla y dicha primera entrada de control a través de dicha cámara central (96).

8. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 4 a 7, en el que el al menos un dispositivo microfluídico (9) se configura para desplazar un flujo que circula a través de dicho segundo canal (94) a dicho primer canal (92) proporcionando un segundo flujo de control que circula a través de dicha segunda entrada de control (91) al interior de dicha cámara central (96), por lo que al menos el 5 % del flujo que habría circulado a través de dicho segundo canal se redirige para circular a través de dicho primer canal (92).

9. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 8, en el que el al menos un dispositivo microfluídico (9) comprende adicionalmente un canal de realimentación que conecta dicho primer canal de control y dicho segundo canal de control, por lo que dicha primera salida de control y dicha segunda salida de control están en comunicación para fluidos directa.

1. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 9, en el que el primer canal de control y/o el segundo canal de control están en comunicación para fluidos con un sistema de control configurado para generar

flujos de control a través del primer canal de control y/o del segundo canal de control.

11. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1, en el que el dispositivo comprende una pluralidad de dispositivos microfluídicos (9) tal como se ha especificado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 1.

12. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, adaptado para generar burbujas de un tamaño de burbuja controlable proporcionando un flujo de un fluido de formación de burbujas cuyo flujo varía a lo largo del tiempo.

13. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que el dispositivo microfluídico comprende un oscilador microfluídico (815a; 815b y 815c) y/o un oscilador microfluídico biestable y/o un amplificador microfluídico y/o un conmutador microfluídico.

14. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en donde el aparato es un dispositivo apto para modernizaciones que puede fijarse a un barco existente.

15. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, que comprende una pluralidad de boquillas de salida (93; 95) para la salida de un fluido en forma de burbujas.

16. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de conjuntos de dispositivos microfluídicos (9), en el que los dispositivos microfluídicos de cada conjunto están adaptados para generar burbujas que tienen un tamaño de burbuja respectivo, y en donde el aparato comprende un selector de flujo para dirigir selectivamente el flujo de suministro del fluido de formación de burbujas a uno o a un subconjunto de los conjuntos de dispositivos microfluídicos diferentes en su frecuencia.

17. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 16, en el que los dispositivos microfluídicos de cada conjunto están adaptados para generar burbujas a una frecuencia predeterminada respectiva.

18. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el fluido es un gas tal como aire.

19. Un aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la al menos una de las capas comprende una superficie microestructurada que forma al menos una parte de uno o más dispositivos microfluídicos.

2. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el aparato comprende una superficie de unión para la unión del aparato al casco de un barco y una superficie exterior convexa opuesta a la superficie de unión.

21. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una pluralidad de boquillas de salida (93; 95) para la salida del fluido; en donde un área superficial que rodea a cada boquilla de salida esta provista de una superficie hidrofílica.

22. Un aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada uno del uno o más dispositivos microfluídicos está conformado como un sistema plano de canales y/o cámaras.

23. Un casco (11) para un barco (1) que comprende un dispositivo que comprende medios microfluídicos, en donde el dispositivo tiene una pluralidad de aberturas conectadas a una fuente de un fluido, estando dispuesta dicha pluralidad de aberturas de modo que el fluido se pueda expulsar a través de dichas aberturas (93; 95) de modo que formen burbujas en la capa límite del agua hacia el casco cuando el fluido fluye a lo largo de dicho casco, en donde se conectan un oscilador fluídico o un amplificador fluídico separado entre dicha fuente de aire bajo presión y cada una de dicha pluralidad de aberturas, siendo controlable cada uno de dichos osciladores fluídicos o amplificadores fluídicos de modo que el tamaño de las burbujas expulsadas desde la abertura se pueda variar, en donde el aparato comprende una estructura en capas que comprende dos o más capas (211; 212; 213), en donde al menos una de las capas (212) comprende una microestructura que forma al menos una parte del uno o más dispositivos microfluídicos (215), y en donde al menos una de las capas comprende un canal de suministro (26) que conecta a uno o más dispositivos microfluídicos para la alimentación de aire comprimido al interior de los dispositivos microfluídicos (215).

24. Uso de un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22 que comprende medios microfluídicos, adaptado para fijarse al exterior de un barco para la generación de microburbujas para la reducción del roce de un casco de barco.

25. Un método para la reducción del roce sobre un casco (11) de un barco (1), comprendiendo el método

- la fijación de un aparato tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 22 a una superficie exterior del casco;

- la generación de burbujas de un fluido de generación de burbujas en un límite entre el casco y el agua que

rodea al casco mediante la descarga de dicho fluido de generación de burbujas a través de las boquillas de salida (93; 95) del aparato al interior del agua;

- el control de un tamaño de las burbujas generadas proporcionando un flujo de un fluido de formación de burbujas cuyo flujo varía a lo largo del tiempo.