APARATO Y PROCEDIMIENTO PARA GENERAR Y DISTRIBUIR BURBUJAS EN UNA MEZCLA DE GAS Y LÍQUIDO.

Aparato (1) para proporcionar y distribuir unas burbujas (8) en una mezcla de gas y líquido transportada en un recorrido de flujo (6) de un tubo,

estando dispuesto el aparato en línea con el tubo y comprendiendo en orden sucesivo una zona de entrada (2), una unidad de obstáculo (3) y una zona de salida (4), en el que - la zona de entrada (2) está dispuesta para la entrada de la mezcla de gas y liquido que contiene las burbujas de tamaño inicial, estando provista dicha zona de entrada (2) para acelerar y dirigir el flujo a - la unidad de obstáculo (3) provista de elementos estructurales para producir una turbulencia, reduciendo de este modo las burbujas de tamaño inicial a burbujas de menor tamaño y dispersando las burbujas en el flujo, y está dispuesto un obstáculo de flujo (12) en un recorrido de la unidad de obstáculo (3), proporcionando por lo menos una abertura entre el obstáculo de flujo (12) y una pared de recorrido, presentando el obstáculo de flujo una zona de detención de flujo (21) determinada dispuesta esencialmente en el centro del recorrido, proporcionando por lo menos una abertura entre el obstáculo de flujo (12) y la pared del recorrido, - la zona de salida (4) está dispuesta para la entrada de la mezcla de gas y líquido que contiene burbujas de tamaño menor y está concebida para acelerar el flujo y mantener una distribución regular de las burbujas de menor tamaño en el flujo para su posterior transporte en el tubo

La presente invención se refiere a un aparato y a un procedimiento para generar y distribuir burbujas en una mezcla de gas y líquido transportada en un recorrido de flujo de un tubo.

El objetivo de la invención es obtener una disolución y/o distribución eficiente del gas en el líquido durante el transporte en el tubo. Otro objetivo de la invención es reducir el tamaño de las burbujas iniciales en el líquido y distribuir dichas burbujas en el flujo.

Se pueden aplicar procedimientos y aparatos para proporcionar burbujas de un tamaño menor para disolver el gas en líquido en diferentes campos técnicos. La disolución del oxígeno en agua es de especial interés para la presente invención, incluso si la invención es aplicable a otros usos en los que distintos tipos de gases y líquidos pueden formar parte del procedimiento actual. El agua que se va a utilizar para las piscifactorías presenta una necesidad de disolver oxígeno en el agua transportada a través de un tubo en las piscinas o depósitos para que vivan los peces. La producción y distribución de burbujas con un tamaño menor de acuerdo con la invención resulta ventajosa para disolver el oxígeno en agua. Incluso aunque las piscifactorías resulten de especial interés, la invención se puede aplicar en otros campos técnicos, como, por ejemplo, adición de gas (por ejemplo oxígeno o dióxido de carbono) a aguas residuales, agua potable y varios flujos de proceso.

En la técnica anterior, se describen unos dispositivos para generar microburbujas, por ejemplo, en el documento JP 2006326484. El aparato que se da a conocer en dicha publicación presenta una estructura en forma de caja dividida en tres compartimientos. Se introduce una mezcla de gas y líquido a través de una entrada en el primer compartimiento y dicha mezcla fluye desde el primero al segundo y desde el segundo al tercer compartimiento, a través de pequeños orificios realizados en la pared común entre cada dos compartimientos. Los orificios pequeños generan microburbujas en el líquido y el flujo sale de la estructura de caja a través de una salida dispuesta en el tercer compartimiento.

Debido a la configuración del dispositivo del documento JP 2006326484 tiene lugar una pérdida de presión significativa cuando la mezcla pasa a través del dispositivo. La velocidad de dicha mezcla al pasar por la salida es baja y, por lo tanto, el riesgo de unión de las burbujas es sustancial. Si este dispositivo se tuviese que utilizar en la misma aplicación que la invención, dada la condición de que la mezcla que fluye al exterior por la salida necesita un determinado nivel de presión, sería necesaria la instalación de una bomba adicional en el tercer compartimiento, para mantener la presión de trabajo en la disposición de tubo en la que se instala la invención. La instalación de una bomba adicional incrementa el nivel de costes, así como la necesidad de mantenimiento.

El aparato según la presente invención presenta una construcción de coste reducido, relativamente sencilla y sin partes, tales como una bomba adicional con la necesidad de revisión frecuente, ni unos costes de funcionamiento incrementados, ya que la pérdida de presión del aparato es baja y el flujo se desplaza a través del aparato utilizando la presión existente en el recorrido de fluido. Además, el dispositivo del documento JP 2006326484 prevé una entrada y una salida dispuestas en una relación angular, por lo que dicho dispositivo del documento JP 2006326484 no resultaría adecuado para su adaptación en una disposición en línea con una disposición de conducción alargada, tal como está orientada la presente invención. En el dispositivo del documento JP 2006326484, el gas se disuelve en el líquido cuando la mezcla pasa a través del dispositivo debido al tamaño del volumen capturado en el dispositivo y al periodo de retención en que permanezca la mezcla en dicho dispositivo, mientras que el objetivo principal del aparato según la invención es proporcionar burbujas de un tamaño menor y obtener una distribución uniforme de las mismas en el flujo. Cuando se utiliza la presente invención, el proceso de disolución tiene lugar en varias etapas; una parte del proceso de disolución tiene lugar con anterioridad a la entrada del flujo en el aparato según la invención, otra parte del proceso de disolución se produce en el aparato, y se finaliza el proceso después de que el flujo haya salido del aparato, por ejemplo en el estanque de peces. El tamaño de los orificios entre los compartimientos del dispositivo que se da a conocer en el documento JP 2006326484 hace que el dispositivo resulte vulnerable a obstrucciones debidas a hojas, ramas, etc. que entren en el dispositivo.

También se debe hacer referencia a las publicaciones US nº 6.982.968, WO 01/36105 y JP 2003117365.

La patente US nº 6.982.968 muestra un dispositivo de boquilla para el tratamiento de aguas residuales, en el que el objetivo de la invención se refiere a la liberación y elevación de microburbujas del líquido. De este modo, el objetivo de la invención de la patente US nº 6.982.968, es el contrario que el objetivo de la presente invención, ya que un aspecto importante de la invención es evitar la acumulación de burbujas de menor tamaño en la parte superior del flujo y mantener una distribución uniforme de las burbujas

de menor tamaño a través de la sección transversal del flujo.

El documento WO 01/36105 muestra una boquilla provista de unos orificios de tamaños diferentes para la introducción de líquido y gas en un elemento de tubo. La publicación no se refiere a la desintegración de burbujas en burbujas de menor tamaño ni a la obtención de una determinada disposición de las burbujas en el flujo.

El documento JP 2003117365 se refiere a la reducción de burbujas en microburbujas mediante el uso de una bomba que proporciona la agitación y la presurización de una mezcla de gas y líquido. Este procedimiento no se puede aplicar a la presente invención.

En los documentos US 2004/0251566 y US nº 5.810.052 se dan a conocer otros dispositivos según la técnica anterior.

El documento US 2004/0251566 da a conocer un dispositivo para generar microburbujas, comprendiendo dicho dispositivo múltiples generadores de cavitación. El dispositivo, en sus varias formas de realización, prevé una entrada para líquido y un recorrido para la entrada del gas aguas abajo de la entrada de líquido. El recorrido para la entrada de gas está dispuesto de manera que dicho gas se suministre en el primer generador de cavitación, que puede ser un deflector u otras constricciones al recorrido de flujo, y se mezcle con el líquido en este lugar. Aguas abajo del primer generador de cavitación, se genera un primer campo de cavitación. A continuación, el flujo entra en un segundo generador de cavitación y, aguas abajo del segundo generador de cavitación se genera un segundo campo de cavitación. En el canal de flujo del dispositivo generador de burbujas del documento US 2004/025 1566, se puede prever cualquier cantidad de etapas de cavitación hidrodinámica.

La patente US nº 5.810.052 da a conocer un aparato para mezclar dos líquidos, por ejemplo, aceite y agua. Dado que dicho dispositivo está previsto para la mezcla de aceite y agua, se precisan condiciones de alta presión para obtener la mezcla entre ambos líquidos. La caída de presión en el aparato de D2 es bastante importante y el objetivo del aparato es crear las condiciones para utilizar el efecto de cavitación.

El objetivo de la invención se alcanza mediante el aparato según se define en la reivindicación independiente de dicho aparato y en la reivindicación independiente del procedimiento. Otras formas de realización de la invención se definen en las siguientes reivindicaciones subordinadas.

Según la primera reivindicación independiente, está previsto un aparato para

proporcionar y distribuir burbujas en una mezcla de gas y líquido transportada en un recorrido de fluido en un tubo. El aparato se dispone en línea con el tubo y comprende, en orden sucesivo, una zona de entrada, una unidad de obstáculo y una zona de salida. La zona de entrada está dispuesta para la entrada de la mezcla de gas y líquido que contiene las burbujas del tamaño inicial y, además, la zona de entrada se prevé para acelerar y dirigir el flujo en la unidad de obstáculo. Dicha unidad de obstáculo está provista de elementos estructurales para producir una turbulencia con la cual se reduzca el tamaño inicial de las burbujas a unas burbujas con un tamaño...

1. Aparato (1) para proporcionar y distribuir unas burbujas (8) en una mezcla de gas y líquido transportada en un recorrido de flujo (6) de un tubo, estando dispuesto el aparato en línea con el tubo y comprendiendo en orden sucesivo una zona de entrada (2), una unidad de obstáculo (3) y una zona de salida (4), en el que

- la zona de entrada (2) está dispuesta para la entrada de la mezcla de gas y liquido que contiene las burbujas de tamaño inicial, estando provista dicha zona de entrada (2) para acelerar y dirigir el flujo a

- la unidad de obstáculo (3) provista de elementos estructurales para producir una turbulencia, reduciendo de este modo las burbujas de tamaño inicial a burbujas de menor tamaño y dispersando las burbujas en el flujo, y está dispuesto un obstáculo de flujo (12) en un recorrido de la unidad de obstáculo (3), proporcionando por lo menos una abertura entre el obstáculo de flujo (12) y una pared de recorrido, presentando el obstáculo de flujo una zona de detención de flujo (21) determinada dispuesta esencialmente en el centro del recorrido, proporcionando por lo menos una abertura entre el obstáculo de flujo

(12) y la pared del recorrido,

- la zona de salida (4) está dispuesta para la entrada de la mezcla de gas y líquido que contiene burbujas de tamaño menor y está concebida para acelerar el flujo y mantener una distribución regular de las burbujas de menor tamaño en el flujo para su posterior transporte en el tubo.

2. Aparato según al reivindicación 1, caracterizado porque las burbujas de tamaño inicial comprenden unas burbujas de tamaño menor y/o las burbujas de tamaño menor comprenden burbujas de microtamaño.

3. Aparato según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el obstáculo de flujo (12) comprende una estructura en forma de disco dispuesta con una o más aberturas, preferentemente unos orificios pasantes, estando dicho/s orificio/s dispuestos preferentemente en la proximidad del perímetro del disco.

4. Aparato según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el obstáculo de flujo (12) presenta una sección transversal en forma de cruz con unos brazos que generalmente presentan la misma longitud y una intersección generalmente en forma circular.

5. Aparato según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque el obstáculo de flujo comprende un elemento alargado, en particular un elemento de tubo (31).

6. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tamaño de la zona de detención de flujo y/o la cantidad de aberturas se realizan dependiendo de la caída de presión disponible en el obstáculo de flujo.

7. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la zona de entrada y/o la zona de salida presentan cada una de las mismas un recorrido provisto para reducir el tamaño de la sección transversal del flujo para pasar a través del recorrido.

8. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la zona de entrada y/o la zona de salida se forman como un elemento del tipo venturi.

9. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque está prevista una entrada de gas aguas arriba del acceso de la zona de entrada.

10. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la zona de entrada y/o la unidad de obstrucción y/o la zona de salida están provistas mediante elementos prefabricados.

11. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el tubo transporta una mezcla de líquido y gas a un depósito, tal como un estanque de peces

(18) previsto en una piscifactoría.

12. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una parte del gas insertado en el líquido se disuelva aguas arriba de la zona de entrada, otra parte del gas se disuelve durante el transporte a través del aparato y la parte restante del gas se disuelve aguas abajo de la zona de salida.

13. Aparato según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el líquido comprende agua y/o el gas comprende oxígeno.

14. Procedimiento para proporcionar y distribuir burbujas en una mezcla de gas y líquido transportada en un tubo, mediante la utilización de un aparato (1) según una de las reivindicaciones 1 a 13, en el que el aparato está dispuesto en línea con el tubo y comprende, en orden sucesivo, una zona de entrada (2), una unidad de obstáculo (3) y una zona de salida (4), que comprende las etapas siguientes: - la mezcla de gas y liquido que contiene las burbujas de tamaño inicial accede a la zona de entrada (2), en la que las disposiciones de dicha zona de entrada (2) aceleran y dirigen el flujo hacia - la unidad de obstáculo (3), provista de elementos estructurales que produce una turbulencia, reduciendo de este modo las burbujas de tamaño inicial a burbujas de menor tamaño y dispersando dichas burbujas en el flujo, a continuación - la mezcla de gas y líquido que contiene burbujas de menor tamaño accede a la zona de salida (4), acelerando las disposiciones de dicha zona de salida (4) el flujo y manteniendo una distribución regular de las burbujas de menor tamaño en el flujo para su posterior transporte en el tubo.