Tanque de flujo continuo.

La presente invención se enmarca dentro del campo de los dispositivos empleados en la acuicultura y en la depuración de aguas residuales

, como los reactores biológicos.

El objeto de la presente invención es un tanque de flujo continuo para el cultivo de microalgas, peces, moluscos, crustáceos o bacterias que está dotado de un álabe o álabes directrices que permiten conseguir un mayor rendimiento en comparación con los tanques actualmente utilizados.

Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P201301146.

Solicitante: UNIVERSIDAD DE SEVILLA.

Nacionalidad solicitante: España.

Inventor/es: DAVILA MARTIN,JAVIER.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION C — QUIMICA; METALURGIA > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > TRATAMIENTO DEL AGUA, AGUA RESIDUAL, DE ALCANTARILLA... > C02F3/00 (Tratamiento biológico del agua, agua residual o de alcantarilla)
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Tanque de flujo continuo.

Fragmento de la descripción:

TANQUE DE FLUJO CONTINUO OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se enmarca dentro del campo de los dispositivos

empleados en la acuicultura y en la depuración de aguas residuales, como los reactores biológicos.

El objeto de la presente invención es un tanque de flujo continuo para 10 el cultivo de microalgas, peces, moluscos, crustáceos o bacterias que está dotado de un álabe o álabes directrices que permiten conseguir un mayor rendimiento en comparación con los tanques actualmente utilizados.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

El cultivo de diferentes seres vivos, como microalgas peces, crustáceos o bacterias, requiere el uso de tanques o depósitos por los que el agua circula de manera continua. Aunque existen tanques de diferentes formas y características, destacan entre ellos los tanques de flujo continuo 20 denominados "de carrusel" como el representado en la Fig. 1. Estos tanques (100) están formados esencialmente por una cubeta (102) de forma esencialmente rectangular cuyos lados largos están delimitados por unas paredes laterales (103) rectas y cuyos lados cortos están delimitados por unas paredes curvas (104), normalmente semicirculares, para mantener en la 25 medida de lo posible un flujo uniforme del fluido. Un tabique central (105) separa las corrientes en sentidos opuestos. El tanque (100) tiene además una o varias entradas y salidas del líquido de cultivo (no mostradas en esta figura) y un medio de impulsión (no mostrado en esta figura) que provoca el movimiento del fluido en el tanque (100). Algunos ejemplos de este tipo de 30 tanques (100) se describen en las solicitudes JP2012023979 ó KR100679989.

Estos tanques (100) presentan el inconveniente de provocar pérdidas en la zona de los extremos de la cubeta (102), ya que en esta zona donde el flujo de la corriente cambia de dirección aparecen recirculaciones. Como consecuencia, aumenta la disipación de energía hidráulica, y por tanto la energía que debe aplicar el medio de impulsión para mover la corriente es mayor, lo que resulta en un mayor consumo eléctrico de dicho medio de impulsión. Para solucionar este problema, la Fig. 1 muestra una solución conocida consistente en disponer uno o varios álabes (106) en los extremos de la cubeta (102).

Los álabes (106) dispuestos en los sectores de extremo (SE) de la cubeta (102) guían la corriente de tal modo que se mantiene en la medida de lo posible el flujo uniforme durante el cambio de dirección. Los álabes (106) consisten aquí simplemente en unas placas paralelas a las paredes curvas (104) que delimitan los extremos del tanque (102), estando los extremos de estos álabes (106) ubicados aproximadamente en la línea imaginaria (L2) que delimita los sectores de extremo (SE) de la cubeta (102) o entrando sustancialmente en la zona exterior al sector extremo. Es decir, en el tanque (100) con paredes de extremo (104) semicirculares como el mostrado en la Fig. 1, los álabes (106) tienen también una forma semicircular paralela a la de la pared de extremo (104) correspondiente. La función de estos álabes (106) es guiar el líquido de cultivo paralelamente a las paredes de extremo (104) de la cubeta (102) en todo momento durante el cambio de dirección, dificultando así la aparición de recirculaciones y mejorando el rendimiento global del tanque (100).

Sin embargo, los resultados obtenidos utilizando álabes (106) de este tipo son manifiestamente mejorables, ya que no se evita completamente la aparición de recirculaciones y las pérdidas hidráulicas son notables (K. Sompech, Y. Chisti and T. Srinophakun 2012, Biofuels, 3, 387-397). Además, el uso de unos álabes (106) de gran longitud provoca un aumento de

la fricción, lo cual también se refleja en un aumento de la energía eléctrica requerida para desplazar la corriente.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Los inventores de la presente solicitud, conscientes de los inconvenientes y del potencial de mejora de rendimiento de los tanques actuales, han aplicado técnicas avanzadas de cálculo de superficies habitualmente utilizadas en el campo de la aeronáutica para determinar la configuración óptima de los álabes. Por medio de un proceso iterativo de cálculo basado en la discretización de las ecuaciones de Reynolds se obtienen unos álabes cuyo mejor diseño hidrodinámico permite conseguir un mayor rendimiento global del tanque, ya que se eliminan más eficientemente las zonas de recirculación del fluido y se minimiza la fricción en la zona de los álabes.

El resultado del cálculo son unos álabes que no abarcan completamente el sector de extremo correspondiente, sino que sólo lo abarcan parcialmente. Sorprendentemente, estos álabes más cortos consiguen guiar más eficientemente el fluido en la zona del cambio de dirección del tanque, evitando pérdidas por recirculaciones de fluido. Además, al ser los álabes más cortos que los de la técnica anterior, disminuye su superficie, y por lo tanto también las pérdidas por fricción.

A continuación, se definen algunos términos que se emplean en esta memoria para definir con mayor claridad la forma y posición de los álabes directrices de la invención.

El término "sector de extremo" hace referencia a la zona de los extremos de la cubeta, normalmente semicircular, que está delimitada por una línea imaginaria que une los extremos de las paredes laterales rectas y

por la pared de extremo curva correspondiente. En otras palabras, el sector de extremo es la zona de la cubeta donde se produce el cambio de dirección de la corriente del fluido.

Se considera que cada sector de extremo se divide a su vez en dos zonas, una "zona de salida de la comente del sector de extremo" que hace referencia a la mitad del sector de extremo que está situada en el lado por el que sale la corriente, y que normalmente tiene una forma aproximada de cuarto de circunferencia, y una "zona de entrada de la corriente del sector de extremo" que hace referencia a la mitad del sector de extremo que está situada en el lado por el que entra la corriente, y que también suele tener forma de cuarto de circunferencia.

Por tanto, un primer aspecto de la invención describe un tanque de flujo continuo para el cultivo de microalgas, peces, moluscos, crustáceos o bacterias que comprende fundamentalmente los siguientes elementos:

a) Una cubeta alargada que tiene dos paredes laterales rectas y dos paredes de extremo curvas que forman sendos sectores de extremo.

b) Un tabique longitudinal central situado a lo largo del centro de la cubeta.

c) Al menos un álabe directriz dispuesto en un sector de extremo del tanque esencialmente en paralelo a la pared curva correspondiente, donde dicho álabe no abarca completamente el sector de extremo correspondiente.

Al decir que el álabe directriz es "esencialmente paralelo a la pared curva", se hace referencia a que éste es a simple vista aproximadamente

paralelo a la pared curva correspondiente, aunque puede no ser exactamente paralelo. Por ejemplo, el álabe puede estar definido por ecuaciones que no correspondan exactamente a la forma de la pared curva, normalmente semicircular.

Similarmente, al decir que el álabe directriz "no abarca completamente" el sector de extremo se refiere a que el álabe de la invención no se extiende esencialmente en paralelo a la pared curva a lo largo de los 180° del sector de extremo, sino que tiene una longitud angular sustancialmente menor.

En efecto, los inventores de la presente solicitud han descubierto que no es necesario que el álabe o álabes directrices abarquen la totalidad del sector de extremo para guiar eficientemente la corriente de fluido que recorre el tanque durante el cambio de dirección, sino que es suficiente utilizar un álabe o álabes que abarquen...

 


Reivindicaciones:

1. Tanque (1) de flujo continuo para el cultivo de microalgas, peces, crustáceos o bacterias, que comprende

- una cubeta (2) alargada que tiene dos paredes (3) laterales rectas y dos paredes (4) de extremo curvas que forman sendos sectores (SE) de extremo;

- un tabique (5) longitudinal central dispuesto a lo largo de la cubeta

(2); y

- un álabe (6) directriz dispuesto en un sector de extremo (SE) de la cubeta (2) esencialmente en paralelo a la pared curva (4) correspondiente, caracterizado porque

dicho álabe (6) directriz no abarca completamente el sector de extremo (SE).

2. Tanque (1) de acuerdo con la reivindicación 1, donde el álabe directriz (6) abarca una mayor longitud angular en una zona de salida de la corriente (SEs) que en una zona de entrada (SEe) de la corriente en dicho sector de extremo (SE).

3. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, donde un borde de entrada (6a) del álabe (6) directriz está más adelantado angularmente según el sentido de la corriente cuanto más lejos se encuentra dicho álabe (6) directriz de la pared de extremo curva (4).

4. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, donde un extremo del tabique (5) longitudinal central presenta un abultamiento de forma curvada sin ángulos vivos esencialmente paralelo al álabe (6) directriz más cercano para mejorar el guiado de la corriente.

5. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, donde el borde de entrada (6a) del álabe (6) directriz es redondeado y tiene un grosor mayor que un borde de salida (6b) de dicho álabe (6) directriz.

6. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, donde el borde de entrada (6a) está orientado ligeramente hacia el interior de la cubeta (3) tomando como referencia la dirección de la corriente

7. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, donde el borde de salida (6b) del álabe (6) directriz está orientado esencialmente en paralelo a una pared (3) lateral del tanque en ese punto.

8. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones

anteriores 1-6, donde el borde de salida (6b) del álabe (6) directriz está orientado hacia dentro con relación a la pared (3) lateral de de la cubeta (2) en ese punto, deflectando así la corriente oblicuamente en dirección al tabique (5) longitudinal central, y donde el extremo del tabique (5)

longitudinal central más cercano al sector de extremo (SE) tiene forma similar a un gancho abierto hacia la zona de salida de la corriente (SEs), de tal modo que, en combinación con la corriente deflectada por el álabe (6) directriz orientado hacia dentro, en el interior del gancho se crea una zona de muy baja velocidad de corriente que favorece la acumulación de impurezas.

9. Tanque (1) de acuerdo con la reivindicación 8, donde el borde de salida (6b) del álabe (6) directriz está orientado hacia dentro un ángulo de entre 2o y 30°.

10. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-9,

donde el borde de salida (6b) del álabe (6) directriz está más orientado hacia dentro cuanto más cerca está dicho álabe (6) del tabique (5) longitudinal central.

11. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8-10,

que además comprende un orificio de desagüe situado en el fondo de la cuba (2) en el interior del gancho que permite evacuar las impurezas sólidas decantadas.

12. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, donde los álabes (6) directrices y el tabique (5) longitudinal central constituyen una única estructura que tiene unos medios de fijación a la cubeta (3) de tipo desmontable.

13. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones

anteriores, que además comprende un medio de impulsión (10) formado por un motor de palas.

14. Tanque (1) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1-12,

que además comprende un medio de impulsión formado por una pluralidad de chorros de fluido distribuidos por el fondo de la cubeta (2).