ES2241417B2 - Recuperador de liquidos mas ligeros que el agua, en grandes profundidades. - Google Patents
Recuperador de liquidos mas ligeros que el agua, en grandes profundidades.Info
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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.
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.
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).
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.
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.
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
(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.
recigido.
Al tratarse de productos petrolíferos, estos
suelen ser una densidad muy ligeramente inferior a la del agua; en
efecto,
\newpage
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.
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