ES2241417A1 - Recuperador de liquidos mas ligeros que el agua, en grandes profundidades. - Google Patents

Abstract

Se trata de una nave flotante y sumergible con tres componentes principales: a) un casco rígido (1) con un hueco en su interior a modo de un gran salvavidas y dos tipos de compartimentos, unos con aire y, otros llenos de gasolina en comunicación por debajo con el agua, lo que da al conjunto la flotabilidad necesaria, b) unos lastres (8) que pueden variar su peso y, c) una membrana deformable (5) unida a la periferia del hueco que, en la posición de flotación está plegada. Este conjunto se remolca y se sitúa sobre un pecio (15) que pierda su contenido líquido; entonces se anegan los compartimentos de aire y se sumerge. El líquido ascendente se recoge en la membrana la cual toma forma de un globo. Cuando el líquido recogido llega a una cantidad programada, el conjunto se eleva hasta la superficie.

Description

Recuperador de líquidos mas ligeros que el agua, en grandes profundidades.

Sector de la técnica

La invención se encuadra en el sector técnico de trabajos submarinos y, mas concretamente, en lo relativo a recuperación de substancias líquidas de menor densidad que el agua de mar, de cualquier viscosidad, contenidas en pecios (barcos o restos de barcos hundidos) o de cualquier otro origen, en grandes profundidades; es decir, que puede actuar hasta en zonas abisales: profundidades mayores de 2.000 metros.

Estado de la técnica

El solicitante no conoce ningún antecedente de un dispositivo o sistema que pueda servir para recuperar algún producto líquido contenido en un pecio que esté hundido en tales profundidades.

Actualmente, existen muy pocas posibilidades de trabajo en profundidades marinas mayores de 100 m. Únicamente, se llegan a efectuar toma de muestras, fotografías y ligeras operaciones desde submarinos tripulados, muy especiales, como es el Nautile, de la flota de la Sociedad francesa IFREMER, que puede llevar a cabo trabajos de este tipo hasta profundidades abisales de cerca de 6.000 metros.

En plan de investigación, existe el antecedente del Batiscafo, proyecto y realización del profesor suizo Auguste Piccard; una especie de submarino tripulado que proyectó y construyó entre 1946 y 1948 que, en un primer intento de inmersión, sufrió daños. Una vez reconstruido y mejorado, en 1954 hizo varias inmersiones con éxito y llegó a una profundidad de 4.000 metros. Finalmente, Jacques Piccard, hijo de Auguste, acompañado del teniente de la U.S. Navy Don Walsh, con una nueva versión del batiscafo, se sumergieron a la profundidad record de 10.916 metros en la fosa Mariana del Océano Pacífico.

"El batiscafo consta de dos componentes principales: una cámara esférica de acero mas pesada que el agua y resistente a la presión, para acomodar a los pasajeros, y un flotador lleno de gasolina la cual, al ser mas ligera que el agua, provee al conjunto la flotabilidad necesaria. La cámara y el flotador están firmemente unidos. Uno o mas tanques de balasto llenos de aire proveen la flotabilidad necesaria para mantener el batiscafo a flote. Cuando se abren unas válvulas de estos tanques sale el aire y es reemplazado por agua, lo que hace que se inicie el descenso. La gasolina está en contacto directo con el agua de mar de forma que la presión en la gasolina es la misma presión que la del agua a la profundidad a la que se encuentra el batiscafo. Para disminuir la velocidad de descenso o para iniciar el ascenso el piloto suelta balasto que consiste en granalla de acero almacenada en silos y retenida por electroimanes" (Enciclopedia Británica).

Explicación de la invención

La presente invención se refiere a un dispositivo para recuperación de substancias fluidas de menor densidad que el agua de mar que fluyen, o que puede hacerse fluir, de pecios o cualquier otro origen, en grandes profundidades.

Fundamentalmente se trata de un artefacto flotante o nave, y así la llamaremos, que tiene la capacidad de sumergirse, recoger líquidos de menor densidad de la del agua en que están inmersos y, de forma automática cuando la cantidad recogida llega a un límite previsto o bien cuando así se decida, puede ascender hasta la superficie del mar.

En forma global se trata de una nave sumergible con la forma en planta que convenga y con un hueco en su interior, a modo de un gran salvavidas. Dispone de varios compartimentos con estanqueidad individual, unos llenos de aire y otros de gasolina, de forma que al ser el aire y la gasolina elementos menos pesados que el agua de mar, se consigue la flotabilidad del conjunto. La existencia de varios compartimentos de aire es para poder conseguir una flotación adrizada cuando la nave está a flote, eliminando escoras por la variación de la cantidad de aire y agua en el compartimento o en los compartimentos que interese. El dimensionamiento de ambos tipos de compartimentos es tal que cuando los compartimentos primeros se anegan y llenan totalmente de agua, la nave se sumerge y, con la flotabilidad que le da los de gasolina queda sumergida en equilibrio indiferente independientemente de la profundidad, de forma que cualquier fuerza exterior relativamente pequeña haga a la nave descender o elevarse, según la dirección de
esta.

El hueco central está unido en su periferia a una membrana flexible de neopreno o de tejido de nylon y neopreno u otro material o materiales de suficiente resistencia mecánica para la función que ha de hacer y que sean resistentes al ataque de productos petrolíferos. Esta membrana, durante la flotación, queda plegada y descansa sobre un enrejado que la sostiene o, en lugar de este enrejado, la propia membrana puede flotar bien por su propia densidad o por otros medios fijados a la misma. La membrana, una vez desplegada toma la forma, mas o menos, de un globo aerostático (aquí diríamos hidrostático) y dispone en su parte superior de al menos dos tipos de válvulas: uno para vaciado del líquido recuperado y otro, en su parte superior de válvula ventosa para eliminación total de aire que pudiera quedar ocluido, lo que produciría una situación inestable durante la inmersión. Esta nave, flotante y sumergible, está provista de varios lastres que, como veremos, pueden bajarse hasta descansar en el fondo del mar o izarse volviendo a su lugar de anterior. Estos lastres tienen la posibilidad de variar su peso en mas o en menos para hacer unas ciertas funciones, como se explicará.

Los compartimentos estancos llenos de aire están dotados, cada uno, al menos de dos válvulas una en su parte superior y otra por debajo de la linea de flotación. Cada compartimento con gasolina está provisto, al menos, con una válvula ventosa en su parte superior para poder eliminar todo el aire que pudiera quedar ocluido y con una válvula que le comunica con la parte interior del hueco central, inmediatamente por debajo de la membrana y, por su parte inferior están en comunicación directa con el agua de mar. Los compartimentos llenos de gasolina, al estar en comunicación por su parte inferior con el agua de mar hace que la presión de la gasolina sea la misma presión del agua de mar, independientemente de la profundidad a que se encuentre cuando se sumerge; esto hace que las tensiones por diferencia de presión entre el interior y exterior de estos compartimentos sean mínimas, solamente las debidas a la diferencia de altura entre las superficies superior en inferior de la gasolina contenida en ellos.

Dado que el conjunto, su funcionamiento y la forma de operar son un tanto complejas, nos referiremos a un modo de realización sin que esto suponga una limitación en el contenido de elementos ni en el alcance de la invención.

Un modo de realización

Sea el elemento flotante con planta de forma circular de la Figura 1, representado en planta (1) y en alzado (2), en posición de flotación, para lo que se representa el nivel del mar (3). 1. La figura 2 se refiere a lo mismo pero en sección por la linea de flotación. En esta figura se pueden ver: la membrana deformable (5) plegada, el optativo enrejado (4) en el que puede reposar la membrana, los compartimentos, en la posición de flotación, llenos de aire (6) y los de gasolina (7). Los lastres (8) están provistos de una pluralidad de contenedores o depósitos huecos. Una parte de ellos llenos en un principio de aire con una sobrepresión, por lo menos ligeramente mayor que la profundidad de los lastres en la posición de flotación de la nave y resistentes a la máxima presión que han de soportar cuando se sumerjan y, son inundables, para ello están dotados de válvulas situadas en la parte inferior de forma que cuando entre agua el aire quede retenido y se comprima, pasando a ocupar un mínimo espacio relativo debido a la gran presión del agua existente en grandes profundidades; teniendo así la posibilidad de aumentar el peso del lastre. La cantidad de agua que entra es controlable mediante la maniobra de las válvulas. Por el contrario, el resto de depósitos están en situación inversa, es decir con una cantidad de aire y agua en la misma proporción de aire y agua y la misma presión que los primeros cuando están en el fondo.

En la posición de flotación, la superficie superior anular (9) de la figura 3, que representa secciones en alzado de los compartimentos de agua y gasolina, sirve como cubierta. Los compartimentos de aire están provistos, cada uno, al menos de dos válvulas; una (10) situada en la parte superior, sobre la cubierta y otra (11) en un nivel por debajo de la linea de flotación. Los compartimentos (7) están llenos de gasolina y están abiertos por su parte inferior (14) a fin de que quede equilibrada la presión interior y exterior y cada uno dispone al menos de una válvula (13) situada en su parte superior que comunica con el hueco central de la nave y, al menos, una válvula ventosa a fin de poder eliminar todo vestigio de aire que, produjera una situación de inestabilidad durante la inmersión.

Su funcionamiento y la forma de operar es como sigue: Una vez situada la nave sobre la vertical del lugar donde está situado el contenedor sumergido o pecio que contiene el líquido a recuperar, se procede a:

a.- Abrir las válvulas (13) situadas en la parte superior de los tanques o compartimentos con gasolina las cuales les ponen en comunicación con el hueco central de la nave en su parte inmediatamente debajo de la membrana. Por efecto de la presión del agua en la parte inferior del depósito hace que pase gasolina a este hueco interior. La cantidad total que debe dejarse pasar ha de ser ligeramente mayor que la necesaria para que, una vez sumergida la nave, esta gasolina tenga una fuerza de flotación mayor que el peso de la membrana.

b.- Inundar totalmente los compartimentos llenos de aire (6). Según lo dicho anteriormente esto hará que se inicie el hundimiento del nave de tal forma que, una vez evacuado todo el aire, la nave quede sumergida en equilibrio sensiblemente indiferente. Al tiempo que se sumerge, la gasolina que pasó al hueco central, debajo de la membrana, al ser mas ligera que el agua, producirá un efecto de inflado parcial de la membrana, al tiempo que tendrá un efecto adrizante del conjunto de la nave en estado sumergida.

En estado de inmersión, los movimientos de descenso, parada o elevación, se efectúan admitiendo agua en los lastres de aire o soltando agua de los otros, respectivamente.

El control de estos movimientos, lo que no es objeto de esta invención, puede hacerse con dispositivos incorporados a la nave manejados por control remoto desde un submarino especial para grandes profundidades.

La figura 4 muestra la nave situada en posición de flotación sobre la vertical del pecio (15). En ese momento se inician las operaciones indicadas en el apartado (a). En la figura 5, (16) representa la posición inmediatamente después de las operaciones indicadas en (b). Con la inundación de los compartimentos que estaban con aire, sumado a la disminución de la cantidad de gasolina efectuada en la operación (a), el cuerpo principal de la nave se sumerge, pero la fuerza de flotación de la cantidad de gasolina que se situó debajo de la, membrana durante la operación (a) es suficiente para hacer que la membrana se despegue de la nave y se produzca una especie de inflado parcial de esta, tomando en un primer momento la forma de un globo aerostático (hidrostático en este caso) en el momento que se inicia su inflado, tal como se indica en la posición (16) de la figura 5. Así, el conjunto se sumergirá paulatinamente (17) hasta llegar al fondo. Con las con las maniobras de control adecuadas llegará a una posición (18) encima del pecio y cerca del fondo. Al llegar a esta posición suelta los lastres hasta que estos reposen en el fondo; entonces, la nave tenderá a iniciar un ascenso, hasta que los cables o medios de amarre (19) tomen una cierta tensión inicial que dé a todo el conjunto una situación estabilizada. Ya que durante el recorrido desde la superficie hasta esta posición última, el conjunto nave-lastre es de casi-equilibrio, el peso del lastre sobre el fondo será relativamente pequeño; la actuación de una fuerza ascensional relativamente pequeña haría que todo el conjunto nave-lastre iniciase un movimiento de ascenso.

Al quedar la nave sobre el pecio, ya bien porque este tiene pérdidas de líquido o bien porque se le abre un orificio para provocar un vaciado, se efectúa la recogida del fuel o del líquido que se trate. Si el pecio es de un barco transportador de alguno de estos líquidos tendrá varios tanques independientes, este líquido tiende a ascender e iniciará un llenado de la membrana (posición (17) de la figura 5. Esto produciría al conjunto de la nave y su lastre que, recuerdese, está en inmersión equilibrada, un movimiento ascendente; pero es necesario que esta quede retenida en el lugar hasta que la membrana recoja el fluido necesario, lo que para una operación exitosa deberá ser hasta que se vacíe todo el contenido de uno de los tanques.

Para ello, en el momento que la nave alcance la posición (18) se procede a la siguiente operación:

c.- Se abren las válvulas de los depósitos con aire de los lastres y, por la mayor presión existente en el fondo, se permite su llenado de agua en una cantidad de acuerdo con unos sencillos cálculos que se explican:

sean	D_{a}	densidad del agua de mar
	D_{f}	densidad del líquido a recuperar
	D_{air}	densidad del aire en los lastres
	V_{l}	volumen total de lastre a inundar con agua de mar, m3
	V_{f}	volumen de líquido a recuperar en la operación, m3
	W_{f}	peso del líquido a recuperar, Tm

si la cantidad de líquido que se quiere recuperar en la operación es de W_{f} toneladas el volumen de lastre a inundar V_{l} se calcula así: puesto que la boyancia o fuerza ascendente del volumen de fuel retenido por la membrana es V_{f}
(D_{a} - D_{f}) y la fuerza en sentido contrario del lastre es V_{l} (D_{a} - D_{air}), a partir del momento en que la primera fuerza iguala a la segunda y la supera ligeramente, el conjunto nave-globo ascenderá a la superficie. Igualando los dos valores, se tiene que el volumen a inundar es

V_{f} = V_{l} (D_{a} - D_{air})/(D_{a} - D_{f}),

el peso del líquido a recuperar, en función de su volumen es

W_{f} = V_{f} D_{f} .

En el proceso de llenado de la membrana, esta tomará la forma de un globo hinchado, su boyancia o fuerza ascensional irá creciendo y, en el momento en que esta iguale y comience a superar al peso o fuerza de lastre el conjunto nave-globo ascenderá hacia la superficie del mar, siguiendo los pasos (20), (21) y (22) de la figura 5. Una vez que alcance esta posición, la o las válvulas de que dispone el globo en su parte superior quedarán por encima de la superficie del mar. En esta situación, se puede remolcar hasta un lugar abrigado que disponga del calado suficiente o bien en el mismo lugar que ha emergido, puede extraerse el líquido del globo y trasvasarse a través de la o las válvulas de que dispone en su parte superior, a un barco carguero de productos líquidos adecuado.

Esta operación de vaciado de la membrana ha de coordinarse con la suelta de agua de los tanques del lastre que se efectuará mediante la apertura controlada de las válvulas situadas en la parte de estos, pues el aire que tenían inicialmente quedó comprimido al inundarles con la presión que había en el fondo; ahora, cerca de la superficie, será mas que suficiente para la expulsión del agua. Este vaciado debe de hacerse a medida de que la membrana vaya vaciándose del líquido que se trasvasa. Cuando se haya recuperado el total del contenido de la membrana, se conseguirá la reflotación total de la nave mediante el achicado del agua de los compartimentos (6) y reponiendo la gasolina que se extrajo de los compartimentos (7) de la figura 2, quedando así la nave lista para otra nueva operación. Hay que hacer notar que la gasolina perdida en la operación de recuperación del líquido es la relativamente pequeña cantidad trasvasada al hueco central de la nave en la operación (b), que se mezcló con el líquido recigido.

Al tratarse de productos petrolíferos, estos suelen ser una densidad muy ligeramente inferior a la del agua; en efecto,

sea un fuel pesado como el del último naufragio del petrolero "Prestige" (noviembre de 2002), su densidad es V_{f} = 0,993, la del agua de mar en la superficie D_{a} = 1,026 y el aire es 0,00129, con lo que la aplicación de las fórmulas anteriores da el siguiente resultado

W_{f} = 30,83 V_{l}

es decir, hay el efecto multiplicador de que cada m3 de agua introducida en los lastres sirve para recuperar 30,83 toneladas de fuel.

Los dibujos explicativos si bien no incluyen medidas ni escala sí tienen unas proporciones para una nave de las dimensiones y capacidad siguientes:

diámetro máximo de la nave, 43 metros,

puntal 10 metros,

capacidad máxima de la membrana en la proporción dibujada, unas 10.000

toneladas de líquido recogido,

supuesta una capacidad de los tanques mayores del pecio de unas 5.000 toneladas,

según la fórmula anterior se necesitaría un lastre equivalente a la inundación de estos por 163 metros cúbicos de agua. Esto último sería un total de unos 16 depósitos cilíndricos de 1,5 metros de diámetro por 6,5 metros de largo.

Finalmente hay que hacer notar que la nave una vez sumergida, tanto cuando baja, con la membrana todavía desplegada únicamente por la fuerza ascensional de la gasolina introducida en la operación (a) como ya llena del líquido recogido (figuras 6 y 7), tiene el centro de carena (22) (punto de aplicación de la resultante de las fuerzas ascensionales), muy por encima del centro de gravedad (23) (punto de aplicación de los pesos de los elementos mas pesados que el agua). Esto le da a la nave una gran estabilidad frente a cualquier incidencia que le produjera una escora, ya que al producirse esta por cualquier eventualidad exterior, estas fuerzas producen un momento adrizante de la nave.

Claims (11)

1. Un dispositivo para recuperación de substancias líquidas de mayor o menor viscosidad y de menor densidad que el agua de mar que fluyen, o puede hacerse fluir de pecios, o cualquier de cualquier otro origen, en grandes profundidades marinas. Fundamentalmente, consiste en un artefacto flotante o nave que tiene la capacidad de sumergirse y, una vez situado sobre el lugar del pecio; cuando la cantidad recogida llega a un límite previsto o bien, cuando así se decida, inicia el ascenso automáticamente y se eleva hasta la superficie de mar.

2. Un dispositivo según reivindicación 1 caracterizado porque la nave sumergible (1) tiene, en planta, la forma que convenga y con un hueco en su interior en comunicación con el mar, a modo de un gran salvavidas y dispone de una pluralidad de compartimentos con estanqueidad individual, unos llenos de aire (7) y otros de gasolina (6), de forma que al ser el aire y la gasolina elementos menos pesados que el agua de mar, se consiga una flotabilidad del conjunto.

3. Un dispositivo según reivindicación 2 caracterizado porque los compartimentos de aire disponen de, al menos, dos válvulas, una (10) en su parte superior y otra (11) por debajo del nivel de flotación, a fin de poder inundarlas o bien achicarlas, restituyéndolas a su situación anterior.

4. Un dispositivo según reivindicación 2 caracterizado porque los compartimentos con gasolina, cada uno dispone al menos, de una válvula (13) cerca de su parte superior interna y también, al menos, de un orificio en su parte inferior que pone el compartimento en comunicación con el agua de mar.

5. Un dispositivo según reivindicación 1 caracterizado porque el hueco central está unido en su periferia a una membrana (5) flexible, de neopreno o de tejido de nylon y neopreno u otro material o materiales de forma que, cuando la nave está a flote esta membrana queda plegada sobre un enrejado (4) situado en el hueco o, de forma alternativa esta membrana, por la propia composición de su material, o por cualquier otro medio, puede flotar sobre la superficie del agua.

6. Un dispositivo según reivindicaciones 1 y 5 caracterizado porque la membrana (5), una vez desplegada, adquiere la forma de un globo o pompa (a modo de un globo aerostático cuando está lleno de aire), cuando se llena de líquidos mas ligeros que el agua de mar que recoge del pecio (20) a (22).

7. Un dispositivo según reivindicaciones y 1, 5 y 6 caracterizado porque la membrana está provista en su parte superior por, al menos, una válvula ventosa que permite la eliminación del aire que pudiera quedar ocluido entre la membrana y el líquido recogido.

8. Un dispositivo según reivindicaciones y 1, 5 y 6 caracterizado porque la membrana está provista cerca de su parte superior por, al menos, una válvula para extracción del líquido recogido.

9. Un dispositivo según reivindicación 1 caracterizado porque está provisto de una pluralidad de lastres (8) que pueden descender y hacerlos descansar sobre el fondo e izarse y para volver a su lugar anterior.

10. Un dispositivo según reivindicaciones 1 y 6 caracterizado porque cada uno de los lastres tiene una pluralidad de depósitos llenos de aire, capaces de resistir la presión ligeramente mayor que la máxima profundidad a la que está previsto que descienda y dotado con, al menos, una válvula en su parte inferior a fin de que cuando esta se abra permita la entrada de agua, aumentando así el peso del lastre y retenga dentro el aire, el cual aumenta su presión por la presión existente en el fondo.

11. Un dispositivo según reivindicaciones 1 y 6 caracterizado porque cada uno de los lastres tiene una pluralidad de depósitos que contienen agua y aire que están comprimidos, cuando la nave está a flote, a una presión ligeramente superior a la que existe a la profundidad máxima que está previsto descienda la nave y dotado con, al menos, una válvula en su parte inferior a fin de que en posición de abierta únicamente permita salida o entrada de agua sin pérdida del aire contenido.