ES2932449T3 - Procedimiento y sistema para prevenir la incrustación de superficies - Google Patents

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Abstract

Un método de antiincrustante de una superficie protegida (27), que comprende, mientras la superficie protegida (27) está al menos parcialmente sumergida en un entorno líquido: proporcionar una luz antiincrustante (9), proporcionar una luz directa medio óptico (5, 105(a), 105(b), 205, 302) muy cerca de la superficie protegida (27), el medio óptico (5, 105(a), 105(b), 205, 302) que tiene una superficie de emisión (23, 304), y que emite la luz antiincrustante (9) desde la superficie de emisión (23, 304) del medio óptico (5, 105(a), 105(b), 205, 302) en dirección opuesta a la superficie protegida (27). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y sistema para prevenir la incrustación de superficies
CAMPO TÉCNICO
La presente divulgación se refiere a métodos para prevenir la incrustación, o comúnmente llamados antiincrustantes, de superficies y a dispositivos para realizar estos métodos. La divulgación se refiere específicamente a métodos y dispositivos para la antiincrustación del casco de los barcos.
ANTECEDENTES
La bioincrustación o incrustación biológica es la acumulación de microorganismos, plantas, algas y/o animales en las superficies. La variedad entre los organismos bioincrustantes es muy diversa y se extiende mucho más allá de la fijación de percebes y algas marinas. De acuerdo con algunas estimaciones, más de 1700 especies que comprenden más de 4000 organismos son responsables de la bioincrustación. La bioincrustación se divide en microincrustación, que incluye la formación de biopelículas y la adhesión bacteriana, y macroincrustación, que es la unión de organismos más grandes. Debido a la química y biología distintas que determinan lo que previene que los organismos se asienten, estos organismos también se clasifican como tipos de incrustación duro o blando. Los organismos incrustantes calcáreos (duros) incluyen percebes, briozoos incrustantes, moluscos, poliquetos y otros gusanos tubulares y mejillones cebra. Ejemplos de organismos incrustantes no calcáreos (blandos) son las algas marinas, los hidroides, las algas y el "limo" de biopelícula. Juntos, estos organismos forman una comunidad incrustante.
En varias circunstancias, la bioincrustación crea problemas sustanciales. La maquinaria deja de funcionar, las entradas de agua se obstruyen y los cascos de los barcos sufren una mayor resistencia. Por lo tanto, el tema de la antiincrustación, es decir, el proceso de eliminación o prevención de la formación de incrustaciones, es bien conocido. En los procesos industriales, los biodispersantes se pueden utilizar para controlar la bioincrustación. En ambientes menos controlados, los organismos son asesinados o repelidos con recubrimientos que utilizan biocidas, tratamientos térmicos o pulsos de energía. Las estrategias mecánicas no tóxicas que previenen que los organismos se adhieran incluyen la elección de un material o revestimiento con una superficie resbaladiza, o la creación de topologías de superficie a nanoescala similares a la piel de tiburones y delfines que solo ofrecen puntos de anclaje deficientes. El documento US-A1-2013/0048877 divulga un método de la técnica anterior de antiincrustación de una superficie protegida, que comprende, mientras la superficie protegida está al menos parcialmente sumergida en un entorno líquido, proporcionar una luz antiincrustante y emitir la luz antiincrustante. El documento US-A1-2013/0048877 divulga además un módulo de la técnica anterior para la antiincrustación de una superficie protegida que comprende una superficie de emisión para emitir luz antiincrustante.
SUMARIO
La bioincrustación en el casco de los barcos, como se ilustra en la figura 1, provoca un aumento severo en la resistencia y, por lo tanto, un mayor consumo de combustible. Se estima que un aumento de hasta un 40 % en el consumo de combustible puede atribuirse a la bioincrustación. Dado que los grandes petroleros o los buques de transporte de contenedores pueden consumir hasta 200 000 € al día en combustible, es posible obtener ahorros sustanciales con un método eficaz de antiincrustación biológica.
A continuación, se presenta un enfoque basado en métodos ópticos, en particular usando luz ultravioleta (UV). Es bien sabido que la mayoría de los microorganismos mueren, se vuelven inactivos o son incapaces de reproducirse con luz ultravioleta "suficiente". Este efecto se rige principalmente por la dosis total de luz UV. Una dosis típica para matar el 90 % de un determinado microorganismo es de 10 mW-hora por metro cuadrado, los detalles se incluyen en los siguientes párrafos con respecto a la luz ultravioleta y las figuras asociadas.
Luz ultravioleta en general
El ultravioleta (UV) es la parte de la luz electromagnética delimitada por el extremo inferior de la longitud de onda del espectro visible y la banda de radiación de rayos X. El rango espectral de la luz ultravioleta es, por definición, entre 100 y 400 nm (1 nm = 10-9 m) y es invisible a los ojos humanos. Utilizando la clasificación CIE, el espectro UV se subdivide en tres bandas:
UVA (onda larga) de 315 a 400 nm
UVB (onda media) de 280 a 315 nm
UVC (onda corta) de 100 a 280 nm
En realidad, muchos fotobiólogos a menudo hablan de los efectos en la piel resultantes de la exposición a los rayos UV como el efecto ponderado de la longitud de onda por encima y por debajo de 320 nm, por lo que ofrecen una definición alternativa.
La luz en la banda UVC de onda corta proporciona un fuerte efecto germicida. Además, esta forma de luz también puede causar eritema (enrojecimiento de la piel) y conjuntivitis (inflamación de las membranas mucosas del ojo). Debido a esto, cuando se utilizan lámparas germicidas de luz ultravioleta, es importante diseñar sistemas para excluir las fugas de UVC y así evitar estos efectos. En el caso de fuentes de luz sumergidas, la absorción de la luz UV por el agua puede ser lo suficientemente fuerte como para que la fuga de UVC no sea un problema para los humanos por encima de la superficie del líquido.
Evidentemente, las personas deben evitar la exposición a los rayos UVC. Afortunadamente, esto es relativamente simple, porque es absorbido por la mayoría de los productos, e incluso el vidrio plano estándar absorbe sustancialmente todos los rayos UVC. Las excepciones son, por ejemplo, cuarzo y PTFE (PoliTetraFluorEt(il)eno). Una vez más, por casualidad, los UVC son absorbidos principalmente por la piel muerta, por lo que el eritema puede ser limitado. Además, la UVC no penetra en el cristalino del ojo; sin embargo, la conjuntivitis puede ocurrir y aunque es temporal, es extremadamente dolorosa; lo mismo ocurre con los efectos eritematosos.
Cuando ocurra exposición a la luz UVC, se debe tener cuidado de no exceder la norma del nivel de umbral. La figura 2 muestra estos valores para la mayor parte del espectro CIE UV. En términos prácticos, la Tabla 1 proporciona los valores límite de irradiación efectiva UV del Congreso Estadounidense de Higienistas Gubernamentales e Industriales (ACGIH) para la exposición humana relacionada con el tiempo. En este momento, vale la pena señalar que las longitudes de onda de radiación por debajo de 240 nm forman ozono, O3 , del oxígeno en el aire. El ozono es tóxico y altamente reactivo; por lo tanto, se deben tomar precauciones para evitar la exposición a humanos y ciertos materiales.
Tabla 1: exposiciones UVC permisibles para humanos de acuerdo con ACGIH
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Generación y características de la luz UV de onda corta
La fuente más eficiente para generar UVC es la lámpara de descarga de mercurio de baja presión, donde en promedio el 35 % de los vatios de entrada se convierte en vatios UVC. La radiación se genera casi exclusivamente a 254 nm a saber al 85 % del máximo efecto germicida (figura 3). Las lámparas ultravioletas fluorescentes (TUV) tubulares de baja presión de Philips tienen una cubierta de vidrio especial que filtra la radiación que forma ozono, en este caso la línea de mercurio de 185 nm. La transmisión espectral de este vidrio se muestra en la figura 4 y la distribución de potencia espectral de estas lámparas TUV se muestra en la figura 5.
Para varias lámparas TUV germicidas de Philips, las propiedades eléctricas y mecánicas son idénticas a sus equivalentes de iluminación para luz visible. Esto les permite funcionar de la misma manera, es decir, utilizando un circuito de arranque/balasto electrónico o magnético. Como ocurre con todas las lámparas de baja presión, existe una relación entre la temperatura de funcionamiento de la lámpara y el rendimiento. En las lámparas de baja presión, la línea de resonancia a 254 nm es más intensa a cierta presión de vapor de mercurio en el tubo de descarga. Esta presión está determinada por la temperatura de funcionamiento y se optimiza a una temperatura de la pared del tubo de 40 °C, lo que corresponde a una temperatura ambiente de aproximadamente 25 °C. También se debe reconocer que la salida de la lámpara se ve afectada por las corrientes de aire (forzadas o naturales) a través de la lámpara, el llamado factor de enfriamiento. El lector debe tener en cuenta que, para algunas lámparas, aumentar el flujo de aire y/o disminuir la temperatura puede aumentar la producción germicida. Esto se cumple en lámparas de alto rendimiento (HO), a saber, lámparas de mayor potencia de lo normal para su dimensión lineal.
Un segundo tipo de fuente UV es la lámpara de mercurio de presión media, aquí la presión más alta excita más niveles de energía produciendo más líneas espectrales y un continuo (radiación recombinada) (figura 6). Cabe señalar que la envoltura de cuarzo transmite por debajo de 240 nm, por lo que se puede formar ozono a partir del aire. Las ventajas de las fuentes de presión media son:
• alta densidad de potencia;
• alta potencia, lo que da como resultado que se utilicen menos lámparas que los tipos de baja presión en la misma aplicación; y
• menor sensibilidad a la temperatura ambiente.
Las lámparas deben funcionar de manera que la temperatura de la pared esté entre 600 y 900 °C y la estricción no supere los 350 °C. Estas lámparas pueden atenuarse, al igual que las lámparas de baja presión.
Además, se pueden utilizar lámparas de descarga de barrera dieléctrica (DBD). Estas lámparas pueden proporcionar luz ultravioleta muy potente en varias longitudes de onda y con altas eficiencias de potencia eléctrica a óptica.
Las dosis germicidas enumeradas anteriormente también se pueden lograr fácilmente con los LED UV existentes de bajo coste y menor potencia. Los LED generalmente se pueden incluir en paquetes relativamente más pequeños y consumen menos energía que otros tipos de fuentes de luz. Los LED se pueden fabricar para emitir luz (UV) de varias longitudes de onda deseadas y sus parámetros de funcionamiento, sobre todo la potencia de salida, se pueden controlar en gran medida.
Una idea básica que subyace a la presente divulgación es cubrir cantidades significativas de una superficie protegida que debe mantenerse limpia de incrustaciones, preferiblemente toda la superficie protegida, por ejemplo, el casco de un barco, con una capa que emite luz germicida, en particular luz UV.
En consecuencia, adjunto se proporciona un método de antiincrustación de una superficie protegida, así como un módulo de iluminación y un sistema de antiincrustación de una superficie protegida de acuerdo con las reivindicaciones adjuntas.
Un método comprende proporcionar luz antiincrustante y emitir la luz antiincrustante en una dirección que se aleja de una superficie protegida, en el que al menos parte de la luz se distribuye a través de una parte sustancial de la superficie protegida por un medio óptico antes de ser emitida en la dirección lejos de la superficie protegida. En realizaciones, el método comprende emitir la luz antiincrustante desde una superficie de emisión sustancialmente plana del medio óptico. En realizaciones, el método usa una guía de luz para distribuir la luz a través de una parte sustancial de la superficie protegida y comprende material de silicona y/o material de sílice de grado UV, en particular cuarzo. El método se ejecuta preferiblemente mientras la superficie protegida está al menos parcialmente sumergida en un entorno líquido.
Un módulo de iluminación para antiincrustaciones de una superficie protegida comprende al menos una fuente de luz para generar luz antiincrustaciones y un medio óptico para distribuir la luz antiincrustaciones desde la fuente de luz. La al menos una fuente de luz y/o el medio óptico pueden estar dispuestos al menos parcialmente en, sobre y/o cerca de la superficie protegida para emitir la luz antiincrustante en una dirección que se aleja de la superficie protegida. El módulo de iluminación está adaptado para emitir preferentemente la luz antiincrustante mientras la superficie protegida está al menos parcialmente sumergida en un entorno líquido. En una realización, el medio óptico es una guía de luz que comprende un material de silicona y/o material de sílice de grado UV.
El módulo de iluminación de antiincrustación de una superficie protegida también se puede proporcionar como una lámina para aplicar a la superficie protegida, comprendiendo la lámina al menos una fuente de luz para generar luz antiincrustante y un medio óptico en forma de hoja para distribuir la luz antiincrustante a través de la lámina. En realizaciones, la lámina tiene un espesor en un orden de magnitud de un par de milímetros a unos pocos centímetros. En las realizaciones, la lámina no está sustancialmente limitada en ninguna dirección perpendicular a la dirección del grosor para proporcionar una lámina sustancialmente grande que tiene tamaños del orden de magnitud de decenas o cientos de metros cuadrados. La lámina puede tener un tamaño sustancialmente limitado en dos direcciones ortogonales perpendiculares a la dirección del grosor de la lámina, para proporcionar una loseta antiincrustante; en otra realización, la lámina tiene un tamaño sustancialmente limitado en una sola dirección perpendicular a la dirección del grosor de la lámina, para proporcionar una tira alargada de lámina antiincrustante.
El módulo de iluminación ya sea dispuesto en, sobre y/o cerca de la superficie protegida o provisto como una lámina separada, comprende una superficie de emisión para emitir la luz antiincrustante desde el medio óptico hacia un entorno y una superficie de aplicación, opuesta a la superficie de emisión, para aplicar o disponer el módulo de iluminación a la superficie protegida. En una realización preferida, la superficie de emisión del módulo de luz es sustancialmente plana para evitar hoyos y muescas que pueden convertirse en semillas de incrustaciones y para evitar protuberancias para limitar la cantidad de arrastre causado por la estructura cuando se aplica a la superficie protegida. La ventaja de una superficie sustancialmente plana frente a una superficie que comprende muescas y protuberancias o que tiene una superficie rugosa sustancial es que será más difícil para los microorganismos adherirse a una superficie sustancialmente plana, especialmente en combinación con los efectos de arrastre en un entorno líquido, de lo que lo harían sobre una superficie rugosa o dentro de hoyos que forman parte de dicha superficie. El término superficie de emisión "sustancialmente plana" en el presente documento se refiere a una superficie que enmascara u oscurece el grosor de las fuentes de luz y las conexiones de cableado incrustadas o unidas al módulo de iluminación. El término "sustancialmente plano" también puede referirse a enmascarar u oscurecer algunas irregularidades de construcción de la superficie protegida, mejorando así incluso las propiedades de arrastre de la superficie protegida en el entorno líquido. Ejemplos de irregularidades constructivas de la superficie protegida son soldaduras, remaches, etc. El término 'sustancialmente plano' se puede cuantificar como resultado de variaciones en el espesor promedio de los módulos de luz de menos del 25 %, preferiblemente menos del 10 %. Por lo tanto, "sustancialmente plano" no requiere necesariamente una rugosidad superficial de un acabado superficial mecanizado.
En una realización preferida, el módulo de iluminación comprende una rejilla bidimensional de fuentes de luz para generar luz antiincrustante y el medio óptico está dispuesto para distribuir al menos parte de la luz antiincrustante de la rejilla bidimensional de fuentes de luz a través del medio óptico para proporcionar una distribución bidimensional de la luz antiincrustante que sale de la superficie emisora de luz del módulo de luz. La rejilla bidimensional de fuentes de luz puede disponerse en una estructura de alambre de gallinero, una estructura compacta, una estructura de filas/columnas, o cualquier otra estructura regular o irregular adecuada. La distancia física entre las fuentes de luz vecinas en la red puede ser fija a través de la red o puede variar, por ejemplo, en función de la potencia de salida de la luz necesaria para proporcionar el efecto de antiincrustación o en función de la ubicación del módulo de iluminación en la superficie protegida (por ejemplo, ubicación en el casco de un barco). Las ventajas de proporcionar una cuadrícula bidimensional de fuentes de luz incluyen que la luz antiincrustante puede generarse cerca de las áreas a proteger con iluminación de luz antiincrustante, y que reduce las pérdidas en el medio óptico o guía de luz y eso es aumento de la homogeneidad de la distribución de la luz. Preferiblemente, la luz antiincrustante se distribuye generalmente de manera homogénea a través de la superficie de emisión; esto reduce o incluso evita las áreas subiluminadas, donde de otro modo podría producirse la incrustación, mientras que al mismo tiempo reduce o previene el desperdicio de energía por sobreiluminación de otras áreas con más luz de la necesaria para la antiincrustación.
En realizaciones preferidas, las fuentes de luz son LED UV. El al menos un LED UV o la rejilla de LED UV se pueden encapsular en un encapsulado estanco a los líquidos. En realizaciones, el al menos un LED UV o la rejilla de LED UV pueden estar incrustados en el medio óptico. Una pluralidad de LED UV pueden organizarse en rejilla y conectarse eléctricamente en una estructura de alambre de gallinero en serie/paralelo (como se explicará más adelante). Los LED y las conexiones de alambre de gallinero pueden encapsularse en un revestimiento transmisor de luz y unirse al medio óptico o directamente incrustarse en el medio óptico. En otras realizaciones, la rejilla de LED UV puede estar comprendida en una capa de tejido electrónico que está incrustada en una estructura de resina. En algunas realizaciones, los LED UV pueden ser LED empaquetados, en cuyo caso ya pueden incluir un elemento óptico para distribuir la luz emitida desde el paquete LED a lo largo de un amplio ángulo de emisión. En otra realización, los LED UV pueden ser matrices de LED, normalmente sin elementos ópticos, pero significativamente más delgados que los LED empaquetados. Como ejemplo, las matrices de LED se pueden seleccionar y colocar en una superficie del medio óptico (preferiblemente la superficie de aplicación, pero la superficie de emisión también funcionaría debido al pequeño tamaño de los componentes que casi no interferirán con la función de emisión de luz de dicha superficie), cableado eléctrico a través de la impresión de pasta conductora y, finalmente, las matrices de LED y el cableado podrían encapsularse con una capa delgada/revestimiento del medio óptico o cualquier otra capa de respaldo para aplicar el módulo de iluminación a la superficie protegida. Varias realizaciones de fuentes de luz integradas permiten que la tecnología de antiincrustación presentada se comercialice como una lámina para aplicar en el casco de los barcos.
Un sistema de antiincrustación de una superficie protegida puede comprender una pluralidad de módulos de iluminación como se divulga en el presente documento para disponer sobre la superficie protegida para proporcionar luz antiincrustante sobre sustancialmente toda el área de la superficie protegida.
Los materiales de silicona pueden proporcionar transmisión óptica de luz ultravioleta con poca pérdida en comparación con otros materiales. Este es en particular el caso de la luz de longitud de onda más corta, por ejemplo, la luz UV con longitudes de onda inferiores a 300 nm. Un grupo particularmente eficiente de materiales de silicona es, o al menos comprende, las llamadas metilsiliconas, de acuerdo con la fórmula química general CH3[Si(CH3)2O]nSi(CH3)3, con "n" indicando cualquier integral adecuada, como es habitual en química orgánica. Este tipo de materiales de silicona exhibe excelentes propiedades de transmisión UV con pocas pérdidas, al menos en comparación con otros materiales de silicona. Además, los materiales de silicona son flexibles y elásticos, por lo que son robustos, duraderos y capaces de resistir la compresión debida a golpes, colisiones, etc. de objetos contra la superficie, por ejemplo, golpes de un barco contra un muelle. Además, se puede acomodar la deformación del revestimiento de un barco debido a la fluctuación de la temperatura, el golpe de las olas, la flexión del barco sobre el oleaje y el cabeceo, etc. Además, los materiales de silicona se pueden aplicar y formar sobre estructuras superficiales: soldaduras, remaches, etc. en o sobre la superficie. Los materiales de silicona también tienden a adherirse bien a los metales y pinturas, de modo que se forma una capa protectora sobre la superficie. Los materiales de silicona visiblemente transparentes permiten leer las marcas subyacentes (por ejemplo, símbolos pintados) cubiertos por el material de silicona. Además, generalmente son repelentes al agua y pueden reducir la fricción y el arrastre. Por un lado, las siliconas se pueden hacer muy suaves para reducir la adherencia de los organismos bioincrustantes a la capa y para reducir la fricción contra el agua que fluye, mientras que por otro lado el material se puede estructurar finamente para imitar la piel de tiburón, que también se sabe que reduce fricción en el agua a una velocidad suficiente en relación con el agua circundante. Se observa que una superficie estructurada de un medio óptico, en particular una guía de luz puede causar condiciones de ruptura para la reflexión interna total y, por lo tanto, provocar el acoplamiento de la luz de la guía de luz que, de otro modo, se capturaría dentro y se transmitiría con reflexión interna total. Por lo tanto, el acoplamiento fuera de la luz se puede localizar de forma fiable.
La sílice de grado UV tiene una absorción muy baja para la luz UV y, por lo tanto, es muy adecuada como medio óptico y material de guía de luz. Los objetos relativamente grandes se pueden fabricar utilizando varias piezas o porciones relativamente pequeñas de sílice de calidad UV juntas y/o la denominada "sílice fundida", conservando al mismo tiempo las propiedades de transmisión de UV también para el objeto más grande. Las porciones de sílice incrustadas en el material de silicona protegen el material de sílice. En tal combinación, las porciones de sílice pueden proporcionar dispersores transparentes UV en un medio óptico de otro material de silicona para la (re)distribución de la luz a través del medio óptico y/o para facilitar el desacoplamiento de la luz de una guía de luz. Además, las partículas de sílice y/o partículas de otro material translúcido UV duro pueden fortalecer el material de silicona. En particular, se pueden usar partículas de sílice en forma de escamas, también en alta densidad, de hasta un 50 %, 70 % o incluso porcentajes más altos de sílice en material de silicona que puede proporcionar una capa fuerte que puede resistir impactos. Se considera que al menos una parte del medio óptico o la guía de luz puede estar provista de una densidad espacialmente variable de partículas de sílice de grado UV, en particular escamas, al menos parcialmente incrustadas en un material de silicona, por ejemplo, para variar la óptica y/o la estructura. propiedades. Aquí, "escamas" denotan objetos que tienen tamaños en tres direcciones cartesianas, en el que dos de los tres tamaños pueden diferir mutuamente, sin embargo, cada uno es significativamente más grande, por ejemplo, un factor de 10, 20, o significativamente más, por ejemplo, factores de 100, que el tercer tamaño.
En realizaciones, en partes del medio óptico cercanas a la superficie de emisión para emitir la luz antiincrustante desde el medio óptico, la densidad de las partículas de sílice de grado UV en el material de silicona puede aumentar desde dentro del medio óptico hacia la superficie de emisión del medio óptico, de modo que en o cerca de la superficie de emisión se proporciona una densidad relativamente alta de partículas de sílice. Aunque se pueden utilizar partículas más o menos esféricas y/o de forma aleatoria, las escamas de sílice de escalas de longitud submilimétricas, por ejemplo, con tamaños típicos de unos pocos micrómetros, se pueden disponer tan juntas que bajo la influencia de fuerzas muy locales, como impactos puntuales de objetos con punta afilada y/o impactos localizados de objetos contundentes, incluidos rasguños, desgarros, etc., las escamas pueden tener algo, aunque sea poca, libertad de movimiento en la silicona flexible que pueden reorganizarse ligeramente, disipando la energía del impacto y reduciendo el daño a la guía de luz en su conjunto. Por lo tanto, se puede lograr un equilibrio de propiedades que dé como resultado una capa robusta y algo deformable, pero que también proporcione las cualidades ópticas deseadas. En una realización, la proporción de material de silicona en el medio óptico varía gradualmente desde alrededor del 100 % (es decir, material de silicona sustancialmente puro) hasta menos del 5 % (principalmente sílice) de un lado del medio óptico al lado opuesto.
Se observa que se pueden usar partículas, en particular partículas en forma de escamas, de otro material que no sea sílice, por ejemplo, vidrio o mica. Estos otros materiales también pueden servir como difusores de la luz antiincrustante. También se pueden proporcionar mezclas de partículas de diferentes materiales, que pueden comprender mezclas de partículas translúcidas, opacas y/u ópticamente activas. Las composiciones de tales mezclas pueden variar a lo largo de la guía de luz, por ejemplo, para ajustar la transmitancia de la guía de luz para la luz antiincrustante, en particular si en algunas porciones se usan cantidades relativamente grandes de partículas poco transmisoras.
Para la fabricación del medio óptico se pueden formar una serie de capas de material siliconado, pudiendo tener, cada una, una composición diferente en cuanto a la cantidad y/o densidad de partículas de sílice. Las capas pueden ser muy finas y al menos algunas pueden aplicarse con una técnica húmedo sobre húmedo, es decir, proporcionando el material de silicona a la capa en forma líquida o gelatinosa que debería endurecerse hasta la capa deseada, pero en la que se aplica una capa posterior a una capa anterior antes de que la capa anterior se haya endurecido por completo. Por lo tanto, se promueve una buena adherencia entre las capas y en el producto final las diferentes capas pueden ser apenas perceptibles y se puede lograr un cambio gradual en la composición. Se pueden formar y/o aplicar capas diferentes adecuadamente por pulverización del material de la capa. Se puede formar un material en capas con cualquier grosor adecuado con un buen control de calidad. Tenga en cuenta que el medio óptico, que constituye una parte sustancial de la superficie del módulo de iluminación, se puede unir a la superficie protegida de cualquier forma adecuada, incluido el pegado. Los materiales de silicona tienden a exhibir una fuerte adhesión a los materiales cerámicos, vítreos y metálicos y, por lo tanto, rociar o untar el material de silicona es una forma muy adecuada de formar y unir el medio óptico a un sustrato. Un medio óptico rociado y/o untado también puede fabricarse fácilmente en diferentes formas deseadas, por ejemplo, siguiendo una línea de flotación, marcas específicas y/o formas superficiales. Una técnica de formación de capas también puede facilitar la orientación de partículas en el material de silicona, por ejemplo, disponiendo escamas generalmente paralelas a la dirección de expansión de la capa y la superficie recubierta con la capa.
En otro aspecto del módulo de iluminación, el medio óptico comprende espacios, por ejemplo, canales que están llenos de gas y/o líquido claro, por ejemplo, agua, para guiar la luz a través de ellos y un método asociado comprende distribuir al menos parte de la luz a través de dichos espacios en un medio óptico. Se encuentra que la transmisión óptica de la luz ultravioleta a través de la materia gaseosa, en particular el aire, es generalmente significativamente mejor que la transmisión de la luz a través de un material sólido que puede, incluso si algunos lo encuentran translúcido o transparente, exhibir pérdidas de absorción de hasta varios porcentajes por milímetro. El líquido transparente ofrece poca dispersión, puede transportar la luz ultravioleta y también puede proporcionar solidez estructural a las cavidades en el medio óptico en comparación con llenar los espacios con gas. Se ha encontrado que el agua, más notablemente el agua dulce, tiene una transmisión UV adecuada y relativamente alta. La contaminación y/o la absorción UV también pueden reducirse y/o reducirse aún más si se utiliza agua destilada, desionizada y/o purificada de otro modo. Por lo tanto, se considera particularmente beneficioso transmitir la luz a través de un espacio lleno de gas y/o líquido. Para la distribución de la luz a través de la superficie protegida, el espacio lleno de gas y/o líquido debe estar preferiblemente bien definido y los canales pueden proporcionarse en un medio óptico. La luz que finalmente incide en las paredes de los canales puede entrar en el medio óptico y ser emitida desde el medio óptico en una dirección desde la superficie protegida y hacia el entorno líquido para proporcionar la luz antiincrustante. Un medio óptico en el que se definen los canales de aire que es en sí mismo muy transparente a la luz antiincrustante asegura además que si el medio óptico tuviera fugas y el medio líquido entrara en el medio óptico, la luz antiincrustante generada aún se transmitiría adecuadamente a través del medio óptico. Los canales pueden comprender un diámetro variable. Se pueden proporcionar porciones de canal o bolsas localizadas mediante porciones de pared que definen y encapsulan volúmenes separados (mucho) más grandes que los tamaños y/o espesores de las respectivas porciones de pared, por ejemplo, similar al producto de envasado vendido bajo la marca "Bubble Wrap".
En una realización particular, tal medio óptico que contiene gas comprende un material de silicona que define los canales llenos de gas y/o líquido y/u otros espacios; los materiales de silicona bien pueden moldearse para definir estructuras intrincadas. Anteriormente se han expuesto otras ventajas de los materiales de silicona, con o sin objetos adicionales tales como partículas de sílice.
En una realización, los canales y/u otros espacios se proporcionan formando dos capas opuestas de material de silicona que se mantienen separadas a distancias deseadas con porciones de pared y/o pilares de material de silicona creando una distancia, por ejemplo, un espacio de aire entre las capas. Dichas porciones de pared y/o pilares pueden servir como centros de dispersión para (re)distribuir la luz a través de (los canales en) el medio óptico y/o para guiar la luz desde el (los) espacio(s) lleno(s) de gas y/o líquido hacia el material de silicona Esto facilita la localización de la emisión de la luz desde el medio óptico al entorno líquido donde se va a utilizar la luz antiincrustante.
Al menos parte de la luz antiincrustante emitida por una o más fuentes de luz se puede propagar en una dirección que tiene un componente sustancialmente paralelo a la superficie protegida, o sustancialmente paralelo a la superficie de aplicación de la lámina cuando la luz modulada se proporciona como una lámina. Esto facilita la distribución de la luz sobre distancias significativas a lo largo de la superficie protegida, o la superficie de aplicación de la lámina, lo que ayuda a obtener una distribución de intensidad adecuada de la luz antiincrustante.
Un material de conversión de longitud de onda puede estar incluido en el medio óptico y al menos parte de la luz antiincrustante puede generarse fotoexcitando el material de conversión de longitud de onda con luz que tiene una primera longitud de onda que hace que el material de conversión de longitud de onda emita la luz antiincrustante en otra longitud de onda. El material de conversión de longitud de onda se puede proporcionar como un fósforo de conversión ascendente, puntos cuánticos, medios no lineales como una o más fibras de cristal fotónico, etc. Dado que las pérdidas por absorción y/o dispersión en el medio óptico para luz de longitudes de onda diferentes, en su mayoría más largas que la luz UV tienden a ser menos pronunciados en los medios ópticos, puede ser más eficiente energéticamente generar luz no ultravioleta y transmitirla a través del medio óptico y generar luz antiincrustante ultravioleta en o cerca del lugar deseado de uso de esta (es decir, forma de emisión la superficie en el entorno líquido). T ambién, o alternativamente, la al menos una fuente de luz puede comprender al menos uno de un LED u OLED, una lámpara DBD y/o una lámpara de vapor de metal (por ejemplo, lámpara de vapor de mercurio de baja presión). La luz antiincrustante adecuada está en el rango de longitud de onda de la luz UV o azul desde alrededor de 220 nm hasta alrededor de 420 nm, en particular en longitudes de onda más cortas que alrededor de 300 nm, por ejemplo, desde alrededor de 240 nm hasta alrededor de 280 nm.
En realizaciones, el medio óptico comprende un difusor de luz dispuesto frente a al menos una fuente de luz para generar luz antiincrustante para difundir al menos parte de la luz antiincrustante emitida por al menos una fuente de luz en una dirección que tiene un componente sustancialmente paralelo a la superficie protegida. Un ejemplo de un difusor de luz puede ser un cono 'opuesto' dispuesto en el medio óptico y colocado frente a al menos una fuente de luz, donde el cono opuesto tiene un área de superficie con un ángulo de 45° perpendicular a la superficie protegida para reflejar la luz emitida por la fuente de luz perpendicular a dicha superficie en una dirección sustancialmente paralela a dicha superficie. En realizaciones, el medio óptico comprende una guía de luz dispuesta frente a al menos una fuente de luz para generar la luz antiincrustante, la guía de luz tiene una superficie de acoplamiento de luz para acoplar la luz antiincrustante de al menos una fuente de luz y una superficie de acoplamiento de luz para desacoplar la luz antiincrustante en una dirección opuesta a la superficie protegida; comprendiendo la guía de luz un material de guía de luz que tiene un índice de refracción mayor que el índice de refracción del entorno líquido de manera que al menos parte de la luz antiincrustante se propaga a través de la guía de luz a través de la reflexión interna total en una dirección sustancialmente paralela a la protegida superficie antes de ser desacoplado en la superficie de desacoplamiento. Algunas realizaciones pueden comprender un medio óptico que combina un difusor de luz y una guía de luz, o características integradas de difusión de luz con características de guía de luz en el medio óptico. En realizaciones, el difusor de luz y/o la guía de luz se recubren sobre la superficie protegida. En otras realizaciones, el difusor de luz y/o la guía de luz se proporcionan en forma de una lámina para aplicar sobre una superficie protegida.
Una realización de un sistema para prevenir la incrustación puede comprender:
• una serie de LED UV para generar luz antiincrustante;
• un difusor de luz para difundir la luz antiincrustante de las fuentes puntuales de LED a través de la superficie protegida; y
• una guía de luz para guiar/difundir más la luz antiincrustante puede extenderse por la superficie, comprendiendo la guía de luz una capa de estaño de material de silicona transparente a la luz ultravioleta, con o sin partículas de sílice o una o más porciones cubiertas de sílice.
Cuando sustancialmente toda la superficie protegida se cubre con un medio óptico emisor de luz antiincrustante, se reduce sustancialmente el crecimiento de microorganismos en este medio. A medida que los microorganismos mueren en la superficie de emisión del medio óptico, el casco se limpia continuamente a través del flujo de agua a lo largo del casco que transporta los desechos fuera del barco y los microorganismos no tienen posibilidad de incrustarse en el casco.
Es una ventaja de las soluciones provistas actualmente que los microorganismos no mueren después de haberse adherido y enraizado en la superficie incrustante, como es el caso de los recubrimientos de dispersión de veneno conocidos, sino que el enraizamiento de los microorganismos en la superficie incrustante es prevenido Es más eficaz eliminar activamente los microorganismos justo antes o justo después de que entren en contacto con la superficie contaminada, en comparación con un tratamiento ligero para eliminar las incrustaciones existentes con estructuras de microorganismos grandes. El efecto puede ser similar al efecto creado mediante el uso de nanosuperficies que son tan suaves que los microorganismos no pueden adherirse a ellas.
Debido a la baja cantidad de energía luminosa requerida para matar el microorganismo en la etapa inicial de enraizamiento, el sistema puede funcionar para proporcionar continuamente una luz antiincrustante en una gran superficie sin requisitos de potencia extremos.
Una rejilla de LED que crea una superficie de iluminación puede estar provista de medios de captación de energía como, por ejemplo, células solares integradas, pequeñas turbinas que funcionan en el agua, elementos piezoeléctricos que funcionan con ondas de presión, etc.
Algunas ventajas de la tecnología proporcionada actualmente incluyen la retención de superficies limpias, la reducción del costo del tratamiento contra la corrosión, la reducción del consumo de combustible para los barcos, la reducción del tiempo de mantenimiento de los cascos, la reducción del CO2 emisión, reducir el uso de sustancias tóxicas en el medio ambiente, etc. Una superficie de emisión de luz sustancialmente plana y suave tiene además la ventaja de no agregar arrastre por sí mismo y puede reducir aún más el arrastre al enterrar las irregularidades existentes (remaches, soldaduras, etc.) de la superficie protegida debajo del medio óptico.
Las características divulgadas en el contexto de un módulo de iluminación descrito en la presente divulgación también pueden tener un paso de proceso correspondiente en el método para anti incrustar una superficie protegida y viceversa, sin mencionarse explícitamente en la descripción. Las características correspondientes producirán generalmente el mismo efecto técnico.
El método y el módulo de iluminación divulgados se pueden aplicar para prevenir las incrustaciones en los cascos de los barcos, pero son aplicables a todos los objetos marinos, incluidos objetos marinos estacionarios (tuberías, estaciones marinas, etc.) y/o móviles (submarinos, etc.). La solución de antiincrustación divulgada también se puede aplicar a objetos que funcionan en cursos de agua, canales o lagos y, por ejemplo, también en acuarios.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La figura 1 muestra el casco de un barco que sufre incrustaciones;
La figura 2 es un gráfico que muestra los Valores Umbrales Limitados de Luz UV (TLV) de acuerdo con el Congreso Estadounidense de Higienistas Industriales y Gubernamentales (ACGIH);
La figura 3 es un gráfico que muestra un espectro de acción germicida para diferentes materiales biológicos en función de la longitud de onda de la luz;
La figura 4 es un gráfico que muestra un espectro de transmisión para diferentes tipos de vidrio;
La figura 5 es un gráfico de barras que muestra la distribución de potencia espectral relativa de lámparas ultravioleta fluorescentes (TUV) tubulares de baja presión típicas de Philips;
La figura 6 es un gráfico de barras que muestra la distribución de potencia espectral relativa de las lámparas de descarga de media presión de Philips (tipos HOK y HTK);
La figura 7 es una vista en sección transversal esquemática de un módulo de luz con una guía de luz;
La figura 8 muestra un concepto general de guía de luz utilizado en realizaciones;
Las figuras 9(a)-9(b) muestran una realización de guía de luz plana realizada;
Las figuras 10(a)-10(b) muestran realizaciones de guía de luz en forma de cuña;
Las figuras 11(a)-11(b) muestran realizaciones de guía de luz con iluminación directa;
La figura 12 muestra una realización que comprende un reflector de redistribución y un material de conversión de longitud de onda;
La figura 13 muestra una guía de luz que comprende canales llenos de gas;
La figura 14 muestra una realización que comprende escamas incrustadas distribuidas.
La figura 15 muestra una realización de una rejilla de alambre de gallinero.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE REALIZACIONES
Si bien la divulgación se ha ilustrado y descrito en detalle en los dibujos y la descripción anterior, dicha ilustración y descripción deben considerarse ilustrativas o ejemplares y no restrictivas; la divulgación no se limita a las realizaciones divulgadas. Se observa además que los dibujos son esquemáticos, no necesariamente a escala y que pueden haberse omitido detalles que no son necesarios para comprender la presente invención. Los términos "hacia arriba", "hacia abajo", "abajo", "arriba" y similares se refieren a las realizaciones orientadas en los dibujos, a menos que se especifique lo contrario. Además, los elementos que son al menos sustancialmente idénticos o que realizan una función al menos sustancialmente idéntica se indican con el mismo número.
La figura 7 muestra como una realización básica una sección transversal de un módulo de iluminación 1 que comprende una pluralidad de fuentes de luz 3 (aquí: LED de emisión lateral, en el que la luz se emite principalmente desde el lado del LED, y más o menos paralela a la superficie) encapsulado en un medio óptico hermético a los líquidos 5 para guiar al menos parte de la luz 9 emitida por las fuentes de luz 5 a través de la reflexión interna total a través del medio óptico, cuyo medio óptico está además provisto de estructuras ópticas 7 para dispersar la luz 9 y guio la luz 9 fuera del medio óptico 5 hacia un objeto 11 para ser apuntado con la luz (un organismo bioincrustante). El medio óptico 5 generalmente se extiende en dos dimensiones significativamente más que en la tercera dimensión, de modo que se proporciona un objeto de tipo bidimensional. Las estructuras ópticas 7 para dispersar la luz 9 pueden distribuirse en una o más porciones del material del medio óptico, posiblemente por todo el mismo, en el que en tales porciones la distribución puede ser generalmente homogénea o localizada. Los centros de dispersión con diferentes propiedades estructurales pueden combinarse para proporcionar, además de ópticas, también características estructurales, tales como resistencia al desgaste y/o impacto. Los dispersores adecuados comprenden objetos opacos, pero también se pueden usar objetos en gran medida translúcidos, por ejemplo, pequeñas burbujas de aire, vidrio y/o sílice; un requisito es simplemente que se produzca un cambio en el índice de refracción para la longitud de onda utilizada.
El principio de la luz que guía y difunde la luz sobre una superficie es bien conocido y se aplica ampliamente en varios campos. Aquí, el principio se aplica a la luz ultravioleta con el fin de prevenir la incrustación. Cabe señalar que la idea de hacer una superficie, por ejemplo, el casco de un barco autoiluminado con UV es una solución claramente diferente a las soluciones antiincrustantes actuales y bien establecidas que se basan en revestimientos lisos, productos químicos, limpieza, software para controlar la velocidad del barco, etc.
La reflexión interna total es una forma de transmitir la luz a través de un medio óptico, que a menudo se denomina guía de luz. Para mantener las condiciones de reflexión interna total, el índice de refracción de la guía de luz debe ser mayor que el del medio circundante. Sin embargo, el uso de revestimientos (parcialmente) reflectantes en la guía de luz y/o el uso de las propiedades reflectantes de la superficie protegida, por ejemplo, el casco de un barco también puede usarse para establecer las condiciones para guiar la luz a través del medio óptico.
En algunas realizaciones, el medio óptico puede colocarse en relación con la superficie protegida, por ejemplo, el casco de un barco, de modo que se introduzca un pequeño espacio de aire entre el medio óptico y la superficie protegida; la luz ultravioleta puede viajar incluso mejor, con menos absorción, en el aire que, en un medio óptico, incluso cuando este medio óptico está diseñado como material conductor de la luz. En otras realizaciones, se pueden formar canales llenos de gas, por ejemplo, canales de aire, dentro del material de silicona. También se puede proporcionar una serie de bolsillos separados llenos de gas, por ejemplo, en un patrón regular como un patrón rectangular o de panal o en un patrón irregular. En lugar de llenarlos con gas (por ejemplo, aire), los canales y/o bolsas pueden llenarse al menos parcialmente con un líquido transmisor de UV, por ejemplo, agua fresca y/o purificada. En caso de que una superficie protegida que está cubierta con dicho medio óptico esté sujeta a impacto, por ejemplo, un barco que choca con un muelle, las bolsas pequeñas pueden ablandarse, redistribuir la energía del impacto y, por lo tanto, proteger la superficie, en el que las bolsas llenas de líquido pueden ser más resistentes bajo deformación que bolsas de aire que pueden reventar más fácilmente.
Como la mayoría de los materiales tienen una transmitancia (muy) limitada para la luz ultravioleta, se debe tener cuidado en el diseño del medio óptico. Una serie de características y/o realizaciones específicas, que están dedicadas a este propósito, se enumeran a continuación:
• Se puede elegir un paso relativamente fino de LED de baja potencia para minimizar la distancia que la luz tiene que viajar a través del medio óptico.
• Se puede utilizar una estructura 'hueca', por ejemplo, una estera de caucho de silicona con espaciadores que la mantengan a una pequeña distancia de la superficie protegida. Esto crea 'canales' de aire, a través de los cuales la luz ultravioleta puede propagarse con alta eficiencia (el aire es muy transparente para los rayos ultravioleta). El uso de canales llenos de gas proporcionados por dichas estructuras permite distribuir la luz ultravioleta a distancias significativas en un medio óptico de material que, de otro modo, absorbería la luz ultravioleta con demasiada fuerza para ser útil como antiincrustante. De manera similar, se pueden formar bolsillos separados.
• Se puede elegir un material especial con alta transparencia UV, como ciertas siliconas o sílice (fundida) de grado UV. En realizaciones, este material especial puede usarse solo para crear canales para que la luz se propague la mayor parte de la distancia; se puede utilizar un material más barato/más resistente para el resto de la superficie.
Otras realizaciones se describen en los dibujos adjuntos, en los que un problema principal es iluminar una gran superficie con luz antiincrustante, preferiblemente luz UV, aunque utilizando fuentes de luz puntuales. Una preocupación típica es la difusión de la luz desde las fuentes puntuales hasta la iluminación de la superficie. Con más detalle:
La superficie protegida de un buque portacontenedores típico es de -10.000 m2.
Una fuente LED típica tiene un área de ~ 1 mm2. esto es 1010 menor.
Teniendo en cuenta los niveles de potencia necesarios, unos 10 LED por m2 puede ser requerido
Esto significa que la luz debe distribuirse desde 1 LED en ~ 1000 cm2
Como otra condición de contorno se toma que la solución debe ser delgada (orden de magnitud: 1 cm), por ejemplo, por razones como:
Para poder agregar la solución como un 'recubrimiento' a un barco
Para no aumentar la resistencia debido a un mayor tamaño de la sección transversal de la nave
Para mantener los costes de material (a granel) limitados.
Por lo tanto, se prevé el uso de un medio óptico, en particular una guía de luz generalmente plana. Las dimensiones típicas de una guía de luz son un grosor de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 10 mm. En las otras direcciones, no hay límite real al tamaño, desde un punto de vista óptico; en particular, no si se proporcionan varias fuentes de luz de modo que se contrarreste la disminución de la intensidad de la luz a lo largo de la guía de luz debido al desacoplamiento parcial de la luz y posiblemente las pérdidas (absorción).
Aquí, se considera que se aplican desafíos ópticos similares a los del diseño de retroiluminación de TV LCD, aunque la uniformidad de la intensidad de la luz de emisión es menos estricta en el antiincrustante que con la retroiluminación de TV LCD. La figura 8 muestra un módulo de iluminación 1 con fuentes de luz 3 y una guía de luz 5 con una capa superior adicional 13. Las figuras 9A-9B muestran ejemplos prácticos del principio ilustrado en la figura 8 y muestran un módulo de iluminación 1 con fuentes de LED 3 que se colocan a lo largo del borde 15 de una guía de luz 5 y que inyectan luz en la guía de luz 5. Un patrón de dispersores, por ejemplo, puntos blancos de pintura, o pequeños rasguños/abolladuras, extraen la luz en lugares apropiados, aquí generalmente uniformes (figura 9B), de modo que se logra una distribución de iluminación del entorno deseada, por ejemplo, generalmente homogénea.
La figura 10(a) muestra una disposición de retroiluminación de TV LCD en la que se emplea una guía de luz en forma de cuña 5(a) en la que la luz de una fuente de luz 3 se inyecta en la guía de luz 5(a) desde el lateral. La guía de luz 5(a) está dispuesta con un patrón de dispersión de objetos 7, como puntos de pintura o rayas, sobre un sustrato reflectante 17. Una forma de cuña hace que se extraiga más luz hacia el extremo de la punta. Las láminas de prisma 19 y el panel LCD 21 que orientan los estados de polarización de la luz y generan colores de luz visibles son características que pueden omitirse en un contexto de antiincrustación.
La figura 10(b) muestra otra guía de luz 5(b) en forma de cuña que está provista de un lado estructurado para dispersar y redistribuir la luz dentro y fuera de la guía de luz 5(b).
Tanto la guía de luz plana como la guía de luz en forma de cuña comparten el principio de guiar la luz a lo largo de una distancia sustancial sustancialmente paralela a la superficie de emisión. Las alternativas que se muestran en la figura 11a-11(b) (ver más abajo) se conocen como medios ópticos de iluminación directa; aquí uno o más LED y/u otra(s) fuente(s) de luz están presentes detrás de una pantalla, por ejemplo, un difusor y emiten luz directamente hacia el objeto a iluminar, por ejemplo, un organismo bioincrustante.
En un medio óptico con iluminación lateral, a menudo denominado guía de luz, como los que se muestran en las figuras 8-10(b), un lado del medio óptico se ilumina desde una o más fuentes de luz con relativa intensidad y más lejos de la fuente(s) de luz la intensidad de la luz dentro de la guía de luz es en general más homogénea, posiblemente gobernada por dispersores (figuras 9(a)-9(b)).
En resumen, una diferencia entre los conceptos de iluminación lateral y de iluminación directa es que, en situaciones de iluminación directa, la luz no viaja una distancia sustancial paralela a la superficie de emisión. Como resultado, la intensidad de la luz suele ser mucho mayor directamente en frente de las fuentes de luz. No se consigue una distribución real de la luz. Por lo tanto, en una solución de iluminación directa se puede esperar una mayor variación de intensidad entre las áreas directamente en frente de la(s) fuente(s) de luz y el área a un lado de esta.
Las figuras 11(a) y 11(b) muestran los módulos de iluminación 101(a), 101(b) en una vista en sección transversal (cf. figura 7) que comprenden fuentes de luz 3 y medio óptico 105(a), 105(b) que tiene una emisión superficie 23. La línea ondulada "I(a)" e "I(b)", respectivamente, muestran el perfil de intensidad de la luz emitida desde la superficie de emisión e ilustran que un medio óptico más grueso 105(b) (figura 11(b)) proporcionan automáticamente una mejor uniformidad de la luz sobre la superficie de emisión 23 que un medio óptico más delgado 105(a) (figura 11(a)) de construcción idéntica por lo demás.
Sin embargo, en el presente caso tales variaciones de intensidad relativa no tienen por qué ser motivo de gran preocupación. Además, las disposiciones de iluminación directa también tienen potencialmente la capacidad de controlar las variaciones de intensidad locales, que también pueden utilizarse para proporcionar variaciones de intensidad tanto temporales como espaciales. Por lo tanto, la estructura óptica provista aquí es relativamente simple. Como regla general, para un alto nivel de intensidad de la luz de emisión, el grosor de un medio óptico en una configuración de iluminación directa generalmente es aproximadamente igual al paso del LED. Si el paso del LED es de 10 cm, esta regla general podría dar lugar a un medio óptico de unos 10 cm de grosor, que es más grueso de lo deseado. Sin embargo, los requisitos de uniformidad de emisión de luz para el propósito actual de antiincrustante no tienen que cumplir con los requisitos de "iluminación sustancialmente uniforme" y, por lo tanto, se puede usar una capa más delgada en combinación con tal paso de LED.
Existen ideas y soluciones adicionales para obtener una mejor uniformidad en una estructura óptica más delgada, como la introducción de dispersores y/o reflectores u otros difusores de luz directamente frente a una o más fuentes de luz.
La figura 12 muestra (lado izquierdo) la inclusión de un difusor de luz en forma de cono reflectante 25 en el medio óptico 5 con un vértice hacia la fuente de luz 3. Esto dirige la luz 9 en una dirección que tiene un componente sustancialmente paralelo a la superficie 27 a proteger contra la incrustación. Si el cono 25 no es completamente reflectante ni opaco, algo de luz de la fuente de luz pasará a través de él y se evitará la creación de sombras que conducen a una antiincrustación reducida o ineficaz.
Además, la figura 12 muestra (lado derecho) un material de conversión de longitud de onda que está incluido en el medio óptico 5. La realización ilustrada está configurada para generar al menos parte de la luz antiincrustante al fotoexcitar el material de conversión de longitud de onda con luz de una fuente de luz 30 con luz 31 que tiene una primera longitud de onda que hace que el material de conversión de longitud de onda emita luz antiincrustante 9 a otra longitud de onda desde el medio óptico 5 al entorno E. La distribución del material de conversión de longitud de onda en el medio óptico 5 puede variar espacialmente, por ejemplo, de acuerdo con las distribuciones de intensidad (esperadas) de (diferentes longitudes de onda) de luz en el medio óptico 5.
La figura 13 muestra un medio óptico 205 que comprende una primera capa 233, una segunda capa 235 con una pluralidad de paredes 237 y pilares 238 en medio que separan la primera y la segunda capa 233, 235 y crean canales llenos de gas 239. El medio óptico 205 se puede usar como cualquiera de los otros medios ópticos que se muestran en el presente documento.
La figura 14 muestra una parte de un objeto 300 que se va a proteger contra la bioincrustación, que comprende una superficie de objeto 301, por ejemplo, el casco de un barco, provisto de un medio óptico 302 que comprende partículas incrustadas en forma de escamas 303. (En el dibujo, se omiten las fuentes de luz). Las escamas 303 se distribuyen generalmente paralelos entre sí y con una densidad creciente desde la superficie del objeto 301 hacia el exterior hasta una superficie de emisión 304.
La figura 15 muestra una realización de alambre de gallinero en la que los LED UV 3 están dispuestos en una rejilla y conectados en una serie de conexiones en paralelo. Los LED se pueden montar en los nodos, como se muestra en la parte inferior izquierda de la figura 15, ya sea mediante soldadura, pegado o cualquier otra técnica de conexión eléctrica conocida para conectar los LED a los alambres de gallinero 4. Se pueden colocar uno o más LED en cada nodo. Se puede implementar la conducción de CC o CA. En el caso de CC, los LED se montan como se muestra en la parte inferior derecha (a) de la figura 15. Si se usa CA, entonces se usan un par de LED en configuración antiparalela como se muestra en la parte inferior derecha (b) de la figura 15. El experto en la materia sabe que en cada nodo se pueden utilizar más de un par de LEDs en configuración antiparalela. El tamaño real de la rejilla de alambre de gallinero y la distancia entre los LED UV en la rejilla se pueden ajustar estirando la estructura armónica. La rejilla de alambre de gallinero se puede incrustar en un medio óptico en el que opcionalmente se proporciona una rejilla paralela de características de dispersión como se ilustra en la figura 12.
Además de la aplicación de antiincrustación de los cascos de los barcos, se prevén las siguientes aplicaciones y realizaciones alternativas:
• La divulgación se puede aplicar a una amplia variedad de campos. Casi cualquier objeto que entre en contacto con el agua natural, con el tiempo estará sujeto a bioincrustaciones. Esto puede obstaculizar, por ejemplo, las entradas de agua de las plantas desaladoras, bloquear las tuberías de las estaciones de bombeo o incluso cubrir las paredes y el fondo de una piscina al aire libre. Todas estas aplicaciones se beneficiarían del método, los módulos de iluminación y/o el sistema proporcionados actualmente, es decir, una capa superficial adicional delgada y eficaz, que previene la bioincrustación en toda el área de la superficie.
• Aunque la luz ultravioleta es la solución preferida, también se contemplan otras longitudes de onda. La luz no ultravioleta (luz visible) también es eficaz contra la bioincrustación. Los microorganismos típicos son menos sensibles a la luz no ultravioleta que a la luz ultravioleta, pero se puede generar una dosis mucho mayor en el espectro visible por unidad de potencia de entrada a las fuentes de luz.
• Los LED UV son una fuente ideal para superficies delgadas que emiten luz. Sin embargo, también se pueden utilizar fuentes UV distintas de los LED, como lámparas de vapor de mercurio de baja presión. El factor de forma de estas fuentes de luz es bastante diferente; principalmente la fuente es mucho más grande. Esto da como resultado diferentes diseños ópticos, para 'distribuir' toda la luz de una sola fuente en un área grande. Sin embargo, el concepto de guía de luz como se discute en el presente documento no cambia. Además, se puede producir una contribución significativa de luz en las longitudes de onda y/o combinaciones de longitudes de onda deseadas.
En lugar de utilizar una capa delgada que emita luz ultravioleta hacia el exterior en dirección opuesta a la superficie protegida para prevenir la bioincrustación, la bioincrustación también podría eliminarse aplicando luz ultravioleta desde el exterior en la dirección de la superficie protegida. Por ejemplo, hacer brillar una luz ultravioleta sobre un casco o superficie que comprende un medio óptico adecuado como se describe. Por lo tanto, un solo medio óptico que emita luz antiincrustante en las direcciones hacia y desde las superficies protegidas puede ser incluso más eficiente.
Los conceptos no se limitan a las realizaciones descritas anteriormente, que pueden variar de varias maneras dentro del ámbito de las reivindicaciones. Por ejemplo, el uso de la luz, en particular la luz ultravioleta, como medio antiincrustante biológico puede brindar una oportunidad interesante en otros campos. Es único en el sentido de que se puede proporcionar una "protección" continua "24/7" en un área grande. La aplicación es especialmente interesante para el casco de los barcos, pero también se puede aplicar en piscinas, plantas de tratamiento de agua, etc. En lugar de agua, la bioincrustación puede ocurrir y tratarse en otros entornos líquidos, por ejemplo, aceites, salmueras y/o líquidos en otros entornos, incluida la industria alimentaria.
Los elementos y aspectos discutidos para o en relación con una realización particular pueden combinarse adecuadamente con elementos y aspectos de otras realizaciones, a menos que se indique explícitamente lo contrario, por lo que la invención está delimitada por las reivindicaciones adjuntas.

Claims (22)

REIVINDICACIONES
1. Un método de antiincrustación de una superficie protegida (27), que comprende, mientras la superficie protegida (27) está al menos parcialmente sumergida en un entorno líquido:
- proporcionar una luz antiincrustante (9),
- proporcionar un medio óptico de iluminación directa (5, 105(a), 105(b), 205, 302) a la superficie protegida (27), el medio óptico (5, 105(a), 105(b), 205, 302) que tiene una superficie de emisión (23, 304), y
- emitir la luz antiincrustante (9) desde la superficie de emisión (23, 304) del medio óptico (5, 105(a), 105(b), 205, 302) en dirección opuesta a la superficie protegida (27).
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la luz antiincrustante (9) se emite desde la superficie de emisión (23, 304) del medio óptico de iluminación directa (5, 105(a), 105(b), 205, 302) sin dejar que la luz antiincrustante (9) viaje a través del medio óptico (5, 105(a), 105(b), 205, 302) paralela a la superficie de emisión (23, 304).
3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que un módulo (101(a), 101(b)) que comprende al menos una fuente de luz (3) para generar la luz antiincrustante (9) y el medio óptico de iluminación directa (5, 105(a), 105(b), 205, 302) está provisto y dispuesto sobre la superficie protegida (27).
4. El método de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la al menos una fuente de luz (3) está dispuesta sobre o muy cerca de la superficie protegida (27).
5. Un módulo (101(a), 101(b)) para antiincrustación de una superficie protegida (27), que comprende:
- un medio óptico de iluminación directa (5, 105(a), 105(b), 205, 302) que tiene una superficie de emisión (23, 304) para emitir luz antiincrustante (9) en dirección opuesta a la superficie protegida (27) cuando el módulo (101(a), 101(b)) está dispuesto sobre la superficie protegida (27).
6. Un módulo de acuerdo con la reivindicación 5, que comprende además una superficie de aplicación opuesta a la superficie de emisión, siendo la superficie de aplicación para disponer el módulo en la superficie protegida.
7. El módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con la reivindicación 5 o 6, en el que el módulo comprende una fuente de luz para generar la luz antiincrustante.
8. El módulo de acuerdo con la reivindicación 7, en el que el medio óptico de iluminación directa comprende la fuente de luz.
9. El módulo de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-8, en el que el módulo está configurado para emitir la luz antiincrustante (9) desde la superficie de emisión (23, 304) sin dejar que la luz antiincrustante (9) viaje una distancia sustancial a través de ella paralela a la superficie de emisión (23, 304).
10. El módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-9, en el que el medio óptico de iluminación directa comprende una pantalla que comprende un difusor y en el que al menos una fuente de luz (3) está presente detrás de la pantalla (5, 105(a), 105(b), 205, 302).
11. El módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-10, en el que al menos una fuente de luz (3) está incrustada en el medio óptico de iluminación directa (5, 105(a), 105 (b), 205, 302).
12. El módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-11, que comprende al menos uno de un difusor de luz (25) en el medio óptico de iluminación directa (5) y un material de conversión de longitud de onda comprendido en el medio óptico (5).
13. El módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-12, en el que un difusor de luz está dispuesto directamente frente a la al menos una fuente de luz (3).
14. El módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-13, que comprende una pluralidad de fuentes de luz (3), en el que opcionalmente las fuentes de luz (3) están dispuestas en una cuadrícula.
15. El módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-14, en el que al menos una fuente de luz (3) es al menos un diodo emisor de luz LED y un diodo emisor de luz orgánico OLED.
16. El módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-15, en el que la luz antiincrustante (9) es luz UVC.
17. El módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-16, en el que el módulo (101(a), 101(b)) se proporciona como una lámina.
18. El módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-17, en el que el módulo (101(a), 101(b)) tiene forma de teja o tira alargada.
19. Un sistema de antiincrustación de una superficie protegida (27), que comprende al menos un módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5 a 18, en el que al menos un módulo (101(a), 101(b)) está dispuesta sobre la superficie protegida (27) para proporcionar luz antiincrustante (9) sobre toda el área de la superficie protegida (27).
20. Un objeto marino provisto de al menos un módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5-18.
21. El objeto marino de acuerdo con la reivindicación 20, que es un barco, en el que el casco del barco es la superficie protegida (27).
22. Un método para aplicar al menos un módulo (101(a), 101(b)) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 5­ 18 a una superficie protegida (27).
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