Generador de micro burbujas con presión positiva.

Método de generación de una capa de burbujas (14) en un casco (2) de un buque de desplazamiento que incluye lasetapas de:



- provisión de una cavidad (6) en la superficie inferior (3) del buque (1), con una longitud de al menos 1 m y no mayordel 30 % de la longitud L del buque a lo largo del fondo, preferiblemente no mayor que el 25%, y más preferiblemente sino es mayor al 10% de la longitud L del buque, y con una superficie superior separada al menos 50 cm de la superficieinferior (3), preferiblemente al menos 1 m de la superficie inferior (3),

- provisión de aire en la cavidad a través de un dispositivo de compresor (12) a una presión superior a la presiónatmosférica para al menos vaciar parcialmente la cavidad de agua, caracterizado por

- proveer una superficie de interfase aire-agua en la cavidad que forma una zona de mezcla,

- generar una pluralidad de burbujas de aire en la zona de mezcla, y

- proveer una salida de burbuja (15) en o cerca del lado inferior posterior (17) de la cavidad (6) para permitir que lasburbujas fluyan fuera de la zona de mezcla a lo largo de la superficie inferior (3) hacia la popa del buque

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/NL2009/050734.

Solicitante: DK Group (ACS) B.V.

Nacionalidad solicitante: Países Bajos.

Dirección: Doctor Willem Dreesweg 2, Suite 94 A 1185 VB Amstelveen PAISES BAJOS.

Inventor/es: WINKLER,JØRN PAUL.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B63B1/38 SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B63 BUQUES U OTRAS EMBARCACIONES FLOTANTES; SUS EQUIPOS.B63B BUQUES U OTRAS EMBARCACIONES FLOTANTES; EQUIPAMIENTO PARA EMBARCACIONES (disposiciones relativas a la ventilación, calefacción, refrigeración o acondicionamiento de aire en los buques B63J 2/00; subestructuras flotantes como soportes de las dragas o máquinas par el movimiento de tierras E02F 9/06). › B63B 1/00 Características hidrodinámicas o hidrostáticas de cascos o aletas portantes (cascos para submarinos B63B 3/13; quillas B63B 3/38). › utilizando burbujas de aire o colchones de aire.

PDF original: ES-2437607_T3.pdf

 

Generador de micro burbujas con presión positiva.

Fragmento de la descripción:

Generador de micro burbujas con presión positiva Campo de la invención [0001] La invención se refiere a un método de generar una capa de burbujas a lo largo del casco de un buque para reducir la resistencia friccional en el agua. La invención también se refiere a un buque con un dispositivo generador de burbujas para generar una pluralidad de burbujas en la superficie de casco.

Antecedentes de la invención [0002] Tal método y buque son mencionados en la patente estadounidense n.º 6, 789, 491 que describe cómo se genera una capa de micro burbujas mediante un sistema de tubos de inducción de aire por alas (WAIP) . Se genera una capa de micro burbujas, con un diámetro que puede ser tan pequeño como 10 micrómetros, llevando aire atmosférico a una región de presión baja en una cavidad cerca del fondo del buque. La región de presión baja dirige la corriente de aire atmosférico a través de un tubo sobre un ala que está unida a la cavidad cerca del fondo del casco. El movimiento hacia delante del buque genera una fuerza de succión sobre el ala y atrae aire atmosférico sobre la superficie superior del ala. En la interfase aire-agua sobre el ala, el agua que fluye rápidamente hacia la popa causa la así llamada Inestabilidad de Kelvin Helmholtz que produce una mezcla de aire y agua y en una generación posterior de micro burbujas. El tamaño de estas micro burbujas no cambia, a diferencia de burbujas generadas por aire comprimido, una vez inyectadas en el agua y forman una capa que cubre una superficie grande del casco que se extiende de proa a popa. De esta manera se pueden obtener ahorros de energía en la propulsión de hasta 15%.

Es también conocida la instalación de múltiples toberas generadoras de burbujas de aire en el casco, a las que se suministra aire a través de un compresor. Estas toberas tienen una geometría tipo ranura y hacen de micro generadores de burbujas. La desventaja de compresión activa de aire es un aumento en el consumo de energía en comparación con la generación por baja presión que utiliza un sistema de tubos de inducción de aire por alas (WAIP) .

Es objetivo de la presente invención proporcionar un método para generar burbujas en el casco de un buque, y un buque con un generador de burbujas que proporcione un incremento en la reducción de la resistencia.

Es otro objetivo de la invención proporcionar un método para generar micro burbujas y para reducir la resistencia friccional en los buques de carga oceánica de gran desplazamiento, mientras se mantiene un espacio de carga disponible lo más amplio posible.

Es otro objetivo de la invención proporcionar un método para generar burbujas en el casco del buque, y un buque con un generador de burbujas que se pueda adaptar a los estados predominantes de mar.

Es también otro objetivo de la invención proporcionar un método para generar burbujas en el casco del buque, y un buque con un generador de burbujas, que tenga una mayor eficiencia.

Resumen de la invención [0008] Para cumplir con estos objetivos, la presente invención proporciona un método para generar una capa de burbujas en un casco de un buque que incluye las etapas de:

-provisión de una cavidad en el fondo del buque, con una longitud de al menos 1 m y no más del 30% de la longitud L del buque a lo largo del fondo, y preferentemente no más del 25%, y más preferiblemente no más del 10% de la longitud L del buque, y con una superficie superior separada al menos 50 cm del plano inferior, preferiblemente al menos 1 m del plano inferior, -provisión de aire en la cavidad a través de un dispositivo compresor a una presión superior a la presión atmosférica para al menos vaciar parcialmente la cavidad de agua, -provisión de una interfase aire-agua ondulante en la cavidad para la formación de una zona de mezcla, -generación de una pluralidad de burbujas de aire en la zona de mezcla, y -provisión de una salida de burbuja en o cerca de la parte posterior de la cavidad para permitir que las burbujas fluyan por fuera a lo largo del casco hacia la popa del buque.

La cavidad cerca del fondo es al menos parcialmente vaciada de agua mediante el aire presurizado inyectado en la cavidad. Tales cavidades de aire han sido desarrolladas por el solicitante y son descritas por ejemplo en los documentos EP1501719 y WO 2007/136269 para proporcionar una mayor eficiencia en la propulsión para buques de carga bajo condiciones de navegación marítima. Los inventores han notado que las cavidades de aire desarrolladas para la reducción de la superficie de obra viva, funcionan de manera inesperada y sorprendente como un generador para burbujas de dimensiones relativamente pequeñas y micro burbujas.

Ha resultado que al inyectar aire a una presión correspondiente al calado de la cavidad (aproximadamente 1 bar

por 10 m de nivel de calado) , se forma una interfase aire-agua turbulenta que funciona como una zona de mezcla en la que el agua se satura con aire. Tras el ingreso de la mezcla de aire y agua desde la cavidad posterior, la mezcla de aire de agua es expulsada por una salida situada cerca del lado trasero inferior de la cavidad. Ha resultado que desde el punto de salida, las burbujas se extienden a lo largo de una extensa área de la superficie del casco de aproximadamente un 20%-40% de la superficie de la obra viva y se mantienen en un tamaño sustancialmente constante de entre 0, 1 μm y 100 μm. De esta manera se puede conseguir una reducción en la resistencia friccional de una manera rentable y relativamente simple.

La cavidad para generar las burbujas según la invención es de unas dimensiones más grandes que las cavidades más pequeñas que son descritas en la patente estadounidense n.º 6, 789, 491 pero es de tamaño más pequeño que las cavidades usadas en los buques de cavidad de aire según los documentos EP1501719 y WO2007/136269. Por lo tanto, el espacio de carga disponible en los buques según la presente invención es mayor.

El diseño simple del generador de burbujas según la invención permite la instalación sencilla en buques existentes mediante el agregado de una cavidad de dimensiones relativamente pequeñas en el fondo del casco.

Usando una cavidad de aire según la presente invención, la cavidad se llena con aire que reduce la obra viva del casco para una reducción en la resistencia friccional reducida mientras al mismo tiempo genera pequeñas burbujas de un tamaño de entre 10 μm y 1 mm.

Las burbujas pequeñas salen de la cavidad a través de la salida de burbujas cerca de la parte posterior y se distribuyen sobre una extensa área de la superficie de casco para reducir aún más la resistencia friccional. De esta manera se pueden conseguir ahorros de energía de propulsión de hasta el 15%.

Según la presente invención es posible usar el aire presurizado que se introduce en la cavidad de aire para expulsión del agua de la cavidad como el suministro de aire para generar las micro burbujas. En una forma de realización preferida, este aire se introduce en el extremo delantero de la cavidad. Alternativamente, además del suministro de aire presurizado para la expulsión de agua de la cavidad, se pueden emplear otros dispositivos generadores de burbujas por separado en la cavidad con un suministro de aire individual para cada uno de estos dispositivos. Los dispositivos generadores de burbujas pueden comprender tuberías de aire o toberas, dispositivos en forma de ala (WAIP) , placas perforadas o cualquier otro medio generador de burbujas.

El dispositivo compresor de la presente invención se puede conectar a una unidad de control para proporcionar selectivamente aire en la cavidad a una presión más alta que la presión de aire dentro de la cavidad para mantener un nivel de agua predeterminado dentro de la cavidad. La cavidad contiene sensores para el control del nivel de agua y la provisión de señales de entrada a la unidad de control. Cuando las ondas expulsan el aire de la cavidad, el dispositivo compresor se activa para aumentar la corriente de aire en la cavidad para expeler el agua y para mantener un entorno suficientemente seco. Una segunda vía de suministro de aire se extiende hacia la cavidad para suministrar aire a la cavidad para los medios generadores de burbujas a una velocidad continua de manera que se genera una corriente constante de burbujas para cubrir el casco.

Preferiblemente las condiciones generadoras de burbujas según la invención son tales que las burbujas que se forman en la zona de mezcla de la cavidad tienen un tamaño de entre 10 μm y 1 mm. Preferiblemente la presión del aire introducida en la cavidad se mantiene controlada ligeramente por encima de la presión de aire dentro de la cavidad. En su configuración real, la velocidad... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Método de generación de una capa de burbujas (14) en un casco (2) de un buque de desplazamiento que incluye las etapas de:

- provisión de una cavidad (6) en la superficie inferior (3) del buque (1) , con una longitud de al menos 1 m y no mayor del 30 % de la longitud L del buque a lo largo del fondo, preferiblemente no mayor que el 25%, y más preferiblemente si no es mayor al 10% de la longitud L del buque, y con una superficie superior separada al menos 50 cm de la superficie inferior (3) , preferiblemente al menos 1 m de la superficie inferior (3) , -provisión de aire en la cavidad a través de un dispositivo de compresor (12) a una presión superior a la presión atmosférica para al menos vaciar parcialmente la cavidad de agua, caracterizado por -proveer una superficie de interfase aire-agua en la cavidad que forma una zona de mezcla, -generar una pluralidad de burbujas de aire en la zona de mezcla, y -proveer una salida de burbuja (15) en o cerca del lado inferior posterior (17) de la cavidad (6) para permitir que las burbujas fluyan fuera de la zona de mezcla a lo largo de la superficie inferior (3) hacia la popa del buque.

2. Método según la reivindicación 1, donde las burbujas tienen un tamaño de entre 10 micrómetros y 1 mm.

3. Método según la reivindicación 1 o 2, donde la salida de burbuja (15) se forma en el extremo posterior de una superficie superior inclinada (16) de la cavidad (6) con pendiente hacia abajo de una altura desde una superficie máxima hacia el plano inferior en una dirección hacia atrás vista a lo largo del plano inferior.

4. Método según la reivindicación 1, 2 o 3, donde la presión del aire introducido en la cavidad se controle para estar a una presión al menos tan alta como la presión de aire dentro de la cavidad.

5. Método según la reivindicación 1, 2, 3 o 4, donde la velocidad del agua dentro de la cavidad es aproximadamente tan alta como la velocidad de avance del buque.

6. Buque de desplazamiento (1) con un casco (2) con una superficie inferior (3) y una cavidad (6, 40, 401) que se extiende en forma ascendente de la superficie inferior (3) a una superficie superior distanciada al menos 50 cm de la superficie superior y extendiéndose hasta una altura no superior al 10% de una altura He del buque, y con una longitud superior a 1 m y no superior al 30% de la longitud L del buque a lo largo del fondo, preferiblemente no superior al 25%, y más preferiblemente no superior al 10% de la longitud L del buque, un dispositivo compresor (12) para suministrar aire en la cavidad (16) a un índice sustancialmente constante y a una presión más alta que la presión de aire en la cavidad para vaciar al menos parcialmente la cavidad de agua, para formar una superficie de interfase aire-agua en la cavidad que forma una zona L de mezcla para generar una pluralidad de pequeñas burbujas en la zona de mezcla, y con una salida de burbuja (15) en o cerca de un extremo posterior inferior (17) de la cavidad para permitir que las burbujas fluyan a lo largo de la superficie inferior (3) hacia la popa del buque.

7. Buque según la reivindicación 6, donde la superficie superior (16) se inclina hacia abajo desde una altura de superficie superior hacia el plano inferior en dirección hacia atrás vista a lo largo del plano inferior, a una región de flujo de salida de burbujas.

8. Buque (1) , según la reivindicación 6 o 7, una unidad de control (28) conectada al dispositivo compresor (12) para proporcionar selectivamente aire en la cavidad a una presión más alta que la presión de aire en la cavidad para mantener un nivel de agua predeterminado dentro de la cavidad, un segundo medio de suministro de aire (20, 21, 22, 25, 26) que se extiende hasta la zona de mezcla de la cavidad para suministrar aire en la zona de mezcla a un nivel sustancialmente continuo.

9. Buque (1) según la reivindicación 6, 7 o 8, dos cavidades situadas una al lado de la otra y separadas por una región de partición (46') , un dispositivo generador de burbujas (43, 44) situado en la región de partición (46') , un suministro de aire (26) conectado al dispositivo generador de burbujas para suministrar aire al dispositivo generador (43, 44) y producir una pluralidad de burbujas pequeñas.

10. Buque (1) según la reivindicación 5, 6, 7 o 8, donde al menos dos dispositivos generadores de burbujas (20, 21, 22, 50, 51, 52) se sitúan en la cavidad, separados a una distancia mutua en la dirección de longitud del buque.

11. Buque según la reivindicación 10, donde cada dispositivo generador de burbujas que incluye un suministro de aire puede cerrarse individualmente a través de una válvula (30, 31, 32) .

12. Buque según cualquiera de las reivindicaciones 6a 11, que comprende un elemento generador de burbujas curvado

(60) dentro de la cavidad (61) .

13. Buque según la reivindicación 12, donde el elemento generador de burbujas curvado (60) conectado mediante articulación al casco, está conectado a un elemento accionador (75) para variar la posición del elemento.


 

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