ES2951063T3 - Sistema y procedimientos para antibioincrustación - Google Patents
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Abstract
Sistema de iluminación antiincrustante (1) para prevenir o reducir la bioincrustación en una superficie incrustada (1201) de un objeto (1200), proporcionando una luz antiincrustante (211) a través de un medio óptico (220) a dicha superficie incrustada, el sistema de iluminación antiincrustante (1) que comprende: (a) un módulo de iluminación (200) que comprende (i) una fuente de luz (210) configurada para generar una luz antiincrustante (211), y (ii) dicho medio óptico (220) configurado para recibir al menos parte de la luz antiincrustante (211), comprendiendo el medio óptico (220) una superficie de emisión (222) configurada para proporcionar al menos parte de dicha luz antiincrustante (211); y (b) un sistema de control (300) configurado para controlar una intensidad de la luz antiincrustante (211) como función de uno o más de (i) una señal de retroalimentación relacionada con un riesgo de bioincrustación y (ii) un temporizador de tiempo -Basado en variar la intensidad de la luz antifouling (211). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistema y procedimientos para antibioincrustación
Campo de la invención
La invención se refiere a un sistema de iluminación antiincrustación y a un objeto, tal como una embarcación u otra construcción (móvil) para su uso especialmente en el agua, que comprende dicho sistema de iluminación antiincrustación. La invención se refiere además a un procedimiento de antiincrustación de una superficie de incrustación (de dicho objeto). Además, la invención se refiere a un procedimiento de proporcionar un sistema de iluminación antiincrustación a un objeto, tal como una embarcación.
Antecedentes de la invención
Los procedimientos antibioincrustación son conocidos en la técnica. El documento US2013/0048877, por ejemplo, describe un sistema para la antibioincrustación de una superficie protegida, que comprende una fuente de luz ultravioleta configurada para generar luz ultravioleta; y un medio óptico dispuesto próximo a la superficie protegida y acoplado para recibir la luz ultravioleta, en el que el medio óptico tiene una dirección del grosor perpendicular a la superficie protegida, en el que las dos direcciones ortogonales del medio óptico ortogonal a la dirección del grosor son paralelas a la superficie protegida, en el que el medio óptico se configura para proporcionar una ruta de propagación de la luz ultravioleta de manera que la luz ultravioleta viaja dentro del medio óptico en al menos una de las dos direcciones ortogonales ortogonal a la dirección del grosor, y de manera que, en puntos a lo largo de una superficie del medio óptico, porciones respectivas de la luz ultravioleta escapan del medio óptico.
El documento JPH11278374 describe que en una instalación portuaria, un medio de prevención de la contaminación, que actúa estáticamente para evitar la contaminación cuando una cara de la pared interior del muelle y una cara exterior del casco están en el ambiente atmosférico/sumergido, se dispone en las proximidades de la cara de la pared interior del muelle. El medio de prevención de la contaminación se proporciona con un cuerpo de reacción de fotocatalizador dispuesto en la cara de la pared interior del muelle y un medio de generación de luz que genera rayos ultravioleta o visibles. Para evitar que la pared interior del muelle se contamine bajo el ambiente atmosférico, se irradia con luz natural tal como luz solar o luz ultravioleta de los medios generadores de luz. Luego, se genera una reacción fotocatalítica en la parte fotocatalizadora llevada por el cuerpo de reacción fotocatalizadora, y se descompone y se lleva a cabo la purificación de un cuerpo orgánico como contaminante que se adhiere a la cara interior del muro del dique y el cuerpo de reacción del fotocatalizador.
El documento US5308505 describe que la bioincrustación de las superficies submarinas por organismos marinos se evita irradiando el agua con luz ultravioleta y ajustando la intensidad de la luz ultravioleta para matar las larvas de balanos para evitar que se adhieran a la superficie submarina. El agua se pasa a través de una cámara biocida que tiene una fuente de luz ultravioleta a una intensidad de al menos 4000 mu watts/cm2 y a una velocidad para proporcionar un tiempo de residencia de al menos un minuto en la cámara biocida.
Sumario de la invención
La bioincrustación o incrustación biológica (también indicada en la presente memoria como "incrustación") es la acumulación de microorganismos, plantas, algas, y/o animales en las superficies. La variedad entre los organismos de bioincrustación es muy diversa y se extiende mucho más allá de la unión de balanos y algas marinas. De acuerdo con algunas estimaciones, más de 1.700 especies que comprenden más de 4.000 organismos son responsables de la bioincrustación. La bioincrustación se divide en microincrustaciones que incluyen la formación de biopelículas y la adhesión bacteriana, y la macroincrustación, que es la unión de organismos más grandes. Debido a la química y la biología distintas que determinan qué les impide a los organismos asentarse, los organismos también se clasifican como tipos de incrustación duros o blandos. Los organismos incrustantes calcáreos (duros) incluyen balanos, musgos encrustantes, 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 de biopelículas "limo". Juntos, estos organismos forman una comunidad incrustante.
En varias situaciones 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 procedimiento de eliminación o prevención de la formación de incrustaciones, es bien conocido. En procedimientos industriales, los biodispersantes pueden usarse para controlar la bioincrustación. En entornos menos controlados, los organismos se matan o repelen con recubrimientos que utilizan biocidas, tratamientos térmicos o pulsos de energía. Las estrategias mecánicas no tóxicas que evitan que los organismos se adhieran incluyen elegir un material o recubrimiento con una superficie resbaladiza, o la creación de topologías de superficie a nanoescala similares a la piel de los tiburones y delfines que solo ofrecen puntos de anclaje deficientes. La bioincrustación en el casco de los barcos provoca un fuerte aumento de 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 se puede
atribuir a la bioincrustación. Dado que los grandes petroleros o barcos de transporte de contenedores pueden consumir hasta €200.000 euros al día en combustible, son posibles ahorros sustanciales con un procedimiento eficaz de antibioincrustación.
A continuación, se presenta un enfoque en base a procedimientos ópticos, en particular utilizando luz ultravioleta (UV). Parece que la mayoría de los microorganismos se matan, se vuelven inactivos o 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 cierto microorganismo es de 10 mWhoras por metro cuadrado, los detalles se incluyen en los siguientes párrafos con respecto a la luz UV, y las Figuras asociadas. Sin embargo, los sistemas de la técnica anterior, pueden ser ineficientes en su uso y desperdiciar mucha radiación en el agua sin eliminar la bioincrustación.
Por lo tanto, es un aspecto de la invención proporcionar un sistema de iluminación antiincrustación alternativo y/o una embarcación, u otro objeto, que comprenda dicho sistema de iluminación antiincrustación y/o una construcción (móvil), u otro objeto para su uso en agua que comprende dicho sistema de iluminación antiincrustación y/o un procedimiento alternativo de antiincrustar un elemento (de dicha embarcación o construcciones, u otro objeto, etc.), que preferentemente evita además al menos parcialmente uno o más de los inconvenientes descritos anteriormente.
En un primer aspecto, la divulgación proporciona un sistema de retroalimentación. El sistema de iluminación puede incluir por ejemplo un sensor, que monitoree los parámetros relevantes para la ocurrencia de bioincrustación, lo que permite de esa manera que el sistema ajuste la potencia de las fuentes de luz, tales como los LED, en base a estos parámetros. Las principales ventajas de la potencia reducida son dobles: menor consumo de energía del sistema, y mayor vida útil del sistema. Además parece (ver también a continuación) que se puede eliminar la incrustación de una manera más eficiente. Los parámetros que parecen influir en (la velocidad de crecimiento de) la bioincrustación son uno o más de:
- Velocidad de una embarcación. Por encima de ciertas velocidades, la bioincrustación puede reducirse sustancialmente;
- Temperatura del agua: cuanto más fría esté el agua, menos activa será la bioincrustación. Por debajo de ciertas temperaturas, la bioincrustación es insignificante;
- "Profundidad" del barco: un barco vacío estará mucho más alto en el agua. Esto tiene dos efectos: ciertas partes del casco están ahora por encima de la línea de flotación, y no sufrirán tanto de la incrustación. Las fuentes de luz, tales como los LED se pueden apagar aquí más seguido. Otras partes seguirán estando por debajo de la línea de flotación, aunque mucho más cerca de la superficie; aquí la intensidad de la luz solar es mayor, lo que promueve la bioincrustación. Para contrarrestar esto, la potencia debe aumentarse justo por debajo de la línea de flotación ("nivel del líquido" o "nivel del agua");
- "Actividad biológica" del agua. Obviamente, en agua sin ningunos organismos bioincrustantes, no se necesita en lo absoluto potencia de la fuente de luz, tal como la potencia LED. En agua con concentraciones muy bajas de algas, bamicles, etc., una dosis más baja de luz UV será suficiente para evitar la bioincrustación. El monitoreo de estas condiciones biológicas permitirá una potencia de salida reducida.
Dichos parámetros son indicativos de un riesgo de bioincrustación y pueden identificarse por uno o más sensores. Dicho(s) sensor(es) puede(n) proporcionar una señal correspondiente relacionada con el riesgo de bioincrustación. Por lo tanto, la señal de retroalimentación puede entonces estar relacionada con un riesgo de bioincrustación.
En un aspecto adicional, que puede combinarse opcionalmente con el anterior, la invención proporciona una operación de potencia pulsada. Entre otros, se propone un esquema de manejo para las fuentes de luz, tal como los LED. En lugar de un simple esquema "24/7", proponemos variar la potencia. La razón es que con la operación 24/7 del sistema antibioincrustación, se desperdicia mucha energía al generar luz UV que 'simplemente' se envía hacia el agua que rodea el barco, sin nunca encontrar microorganismos. Este desperdicio de energía también implica un desperdicio de la vida útil del LED. En este aspecto, se pretende generar una dosis relativamente alta de UV, en ráfagas (cortas). Esto matará rápidamente (o volverá inofensivos) a todos los microorganismos que estén cerca del, o unidas al, casco. Después de esto, una cantidad predeterminada de tiempo, los LED se apagarán. Durante este tiempo, se acumularán en el casco algas y otros organismos. Dado que ahora todo el casco está cubierto, ninguna luz puede 'escapar' hacia el agua sin golpear (matar) primero algunos microorganismos.
Por lo tanto, en un primer aspecto la invención proporciona, de acuerdo con la reivindicación 1, un sistema de iluminación antiincrustación configurado para evitar o reducir la bioincrustación en una superficie de incrustación de un objeto, que durante el uso se expone al menos temporalmente al agua, al proporcionar un luz antiincrustación a dicha superficie de incrustación, en el que el objeto es una embarcación, el sistema de iluminación antiincrustación que comprende un módulo de iluminación que comprende (i) una fuente de luz configurada para generar dicha luz antiincrustación, y un sistema de control configurado para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de uno o más de (i) una señal de retroalimentación relacionada con un riesgo de bioincrustación, (ii) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo; en el que el sistema de iluminación antiincrustación se configura para proporcionar dicha luz antiincrustación a través de un medio óptico a dicha superficie de incrustación, en el que el módulo de iluminación comprende además (ii) dicho medio óptico configurado para recibir al menos parte de la luz antiincrustación, el medio óptico que comprende una superficie de
emisión configurada para proporcionar al menos parte de dicha luz antiincrustación; y el medio óptico se configura para distribuir al menos parte de la luz antiincrustación a través del medio óptico, el medio óptico que comprende (iia) una primera cara del medio, y (iib) dicha superficie de emisión, la superficie de emisión configurada para emitir al menos parte de la luz antiincrustación distribuida en una dirección que se aleja de la primera cara del medio del medio óptico.
Por lo tanto, en un aspecto adicional la divulgación proporciona un sistema de iluminación antiincrustación ("sistema") (configurado especialmente para prevenir o reducir la bioincrustación (relacionada con el agua) en una superficie de incrustación de un objeto, que durante el uso se expone al menos temporalmente al agua (u otro líquido), proporcionando una luz antiincrustación ("luz") a través de un medio óptico a dicha superficie de incrustación, el sistema de iluminación antiincrustación) que comprende: (a) un módulo de iluminación ("módulo") que comprende (i) una fuente de luz configurada para generar una luz antiincrustación, y (ii) dicho medio óptico ("medio") configurado para recibir al menos parte de la luz antiincrustación, el medio óptico que comprende una superficie de emisión configurada para proporcionar al menos parte de dicha luz antiincrustación, en el que especialmente la luz antiincrustación comprende luz UV; y (b) un sistema de control configurado para controlar la intensidad de la luz antiincrustación en función de uno o más de (i) una señal de retroalimentación relacionada con un riesgo de bioincrustación y (ii) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo. En una realización, el temporizador puede variar periódicamente la intensidad de la luz antiincrustación, como se define con más detalle en las reivindicaciones adjuntas.
Especialmente, la divulgación también proporciona una realización del sistema de iluminación antiincrustación en la que el módulo de iluminación comprende (i) la fuente de luz configurada para generar la luz antiincrustación y (ii) el medio óptico configurado para recibir al menos parte de la luz antiincrustación y configurado para distribuir al menos parte de la luz antiincrustación a través del medio óptico, el medio óptico que comprende (iia) una primera cara del medio, y (iib) una superficie de emisión configurada para emitir al menos parte de la luz antiincrustación distribuida en una dirección que se aleja de la primera cara del medio del medio óptico. Dicha superficie de emisión puede ser la superficie de incrustación y/o la luz antiincrustación puede (también) usarse para irradiar una (otra) superficie de incrustación.
En una realización específica, la divulgación proporciona un sistema de iluminación antiincrustación que comprende: (a) un elemento, tal como de un objeto, comprendiendo el elemento una primera superficie del elemento (y una segunda cara), comprendiendo especialmente la primera superficie del elemento un área de al menos 0,4 m2; (b) un módulo de iluminación que comprende (i) una fuente de luz configurada para generar una luz antiincrustación y (ii) un medio óptico configurado para recibir al menos parte de la luz antiincrustación y configurado para distribuir al menos parte de la luz antiincrustación a través del medio óptico, el medio óptico que comprende (iia) una primera cara del medio, especialmente que tiene un área de al menos 0,4 m2, con la primera cara del medio dirigida a la primera superficie del elemento del elemento, y (iib) una superficie de emisión configurada para emitir al menos parte de la luz antiincrustación distribuida en una dirección que se aleja de la primera cara del medio del medio óptico, en la que al menos parte del módulo de iluminación se configura para sellar al menos parte de la primera superficie del elemento con la superficie de emisión configurada más remota de la primera superficie del elemento que la primera cara del medio; y (c) un sistema de control configurado para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de una o más de una señal de retroalimentación (relacionada con un riesgo de bioincrustación) y un temporizador. Especialmente, el medio óptico comprende uno o más de una guía de ondas y una fibra óptica.
Dicho sistema permite una operación de menor potencia, lo que también conlleva el beneficio de una vida útil más larga para el sistema LED. Además, dicho sistema permite una eliminación mucho más eficiente de la bioincrustación o la prevención de la bioincrustación. Por ejemplo, la fuente de luz solo se puede encender bajo condiciones en las que se pueda formar bioincrustación. Alternativamente, la fuente de luz solo se puede encender después de por ejemplo un tiempo específico en el que se forma una película de bioincrustación, que luego se puede eliminar eficientemente con la luz. Por lo tanto, el sistema permite una mayor eficiencia energética y/o una mejor prevención y/o una eliminación más eficiente. En la presente memoria, se usan indistintamente el término "incrustación" o "bioincrustación" o "incrustación biológica". Arriba, se proporcionan algunos ejemplos de incrustación. El procedimiento descrito (ver a continuación) y el sistema de iluminación se pueden aplicar para evitar la incrustación en los cascos de los barcos, pero son aplicables a todos los objetos marinos que incluyen los objetos marinos estacionarios (tuberías, estaciones marinas, etc.) y/o móviles (submarinos etc.). La solución antiincrustación divulgada también se puede aplicar a objetos que operan en vías fluviales, canales o lagos y por ejemplo también en acuarios, etc.
En otra realización adicional, el sistema de iluminación antiincrustación comprende una unidad integrada, comprendiendo la unidad integrada (i) el módulo de iluminación y (a) uno o más de un sistema de control, un temporizador y un sensor, en el que el sistema de control se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de uno o más de (i) una señal de retroalimentación del sensor relacionada con un riesgo de bioincrustación y (ii) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo, y la unidad integrada que comprende opcionalmente también otros elementos, como una fuente de energía eléctrica. Además, el sistema de iluminación antiincrustación puede incluir un sistema energético configurado para proporcionar energía eléctrica a la fuente de luz (y otros componentes eléctricos). A continuación se describen
fuentes de energía que puede usar el sistema energético. Dichas unidades se pueden unir convenientemente a una superficie existente de un objeto para evitar o reducir la incrustación. Especialmente, la unidad integrada es una unidad cerrada, que incluye la superficie emisiva. La unidad integrada puede comprender por ejemplo una lámina (de silicona) o una loseta (de silicona), que puede aplicarse a la superficie de un (elemento del) objeto. Al menos parte de todos, o incluso todos los elementos, pueden estar incrustados en la misma. Por lo tanto, en una realización el medio óptico comprende una lámina.
En otro aspecto adicional, la invención también proporciona, de acuerdo a la reivindicación 5, un objeto que durante el uso se expone al menos temporalmente al agua, comprendiendo el objeto además una superficie de incrustación que durante el uso está en contacto al menos temporalmente con el agua, comprendiendo el objeto además el sistema de iluminación antiincrustación de acuerdo con una de las reivindicaciones 1-4, en el que el módulo de iluminación se configura para irradiar con la luz antiincrustación al menos parte de dicha superficie de incrustación, en el que el objeto es una embarcación.
La superficie de incrustación puede ser una parte de la superficie del (un elemento del) objeto y/o puede ser la superficie emisiva del sistema de iluminación (especialmente del medio óptico, cuando está compuesto por el sistema de iluminación; ver también a continuación). Por lo tanto, en las realizaciones el objeto es seleccionado del grupo que consiste en una embarcación, un dique, una presa, una balsa, una esclusa, una jaula marina de cría de peces, y una boya, etc.
En otra realización adicional, la divulgación proporciona una embarcación (como objeto), comprendiendo la embarcación un casco que comprende un elemento, comprendiendo el elemento una primera superficie del elemento, en la que el módulo de iluminación comprende (i) la fuente de luz configurada para generar la luz anti- luz antiincrustación y (ii) el medio óptico configurado para recibir al menos parte de la luz antiincrustación y configurado para distribuir al menos parte de la luz antiincrustación a través del medio óptico, comprendiendo el medio óptico (iia) una primera cara del medio dirigida a la primera superficie del elemento del elemento, y (iib) una superficie de emisión configurada para emitir al menos parte de la luz antiincrustación distribuida en una dirección que se aleja de la primera cara del medio del medio óptico, en la que al menos parte del módulo de iluminación se configura para sellar al menos parte de la primera superficie del elemento con la superficie de emisión configurada más alejada de la primera superficie del elemento que la primera cara del medio, en la que especialmente la superficie de incrustación comprende dicha superficie de emisión y/u otra superficie a proteger. Por lo tanto, en una realización adicional, la divulgación proporciona una embarcación que comprende un casco, comprendiendo el casco un elemento que comprende una primera superficie del elemento (y una segunda cara), comprendiendo la primera superficie del elemento en una realización un área de al menos 0,4 m2, comprendiendo la embarcación además el módulo de iluminación y el sistema de control como se define en la presente memoria. Como se indicó anteriormente, opcionalmente el módulo de iluminación, o especialmente el medio óptico, pueden sellar al menos una parte de la primera superficie del elemento. El término "sellar" y términos similares pueden indicar especialmente que la parte que se selló no es (sustancialmente) accesible a un líquido, tal como agua, especialmente agua de mar.
El término "elemento" puede por ejemplo en una realización referirse a una placa, tal como una placa de acero, del casco. Sin embargo, el término "elemento" también puede referirse a todo el casco. El término "elemento" se refiere especialmente a la parte del casco que está del lado del agua, especialmente en el caso de las realizaciones de embarcaciones. La superficie de un (elemento del) objeto a proteger puede comprender acero, pero también puede comprender opcionalmente otro material, tal como, por ejemplo, seleccionado del grupo que consiste en madera, poliéster, composite, aluminio, caucho, hypalon, PVC, fibra de vidrio. etc.
En otro aspecto adicional, la divulgación también proporciona una construcción móvil que comprende una parte móvil, comprendiendo la parte móvil un elemento que comprende una primera superficie (y una segunda cara), comprendiendo la primera superficie en una realización un área de al menos 0,4 m2, la embarcación que comprende además el módulo de iluminación y el sistema de control como se define en la presente memoria. La construcción móvil puede ser por ejemplo un dique, una presa, una esclusa, etc., que puede tener una parte móvil, tal como una puerta o una válvula, etc. Por lo tanto, especialmente la construcción móvil es una construcción móvil acuática. La parte móvil puede comprender un elemento, como una placa, tal como una placa de acero. De nuevo, el término "elemento" puede también referirse a toda la parte móvil.
Por lo tanto, en una realización específica, la divulgación también proporciona una realización del sistema de iluminación antiincrustación, en la que el elemento es parte del casco de una embarcación o parte de la parte móvil de una construcción móvil en el agua, en la que la primera superficie del elemento del elemento especialmente tiene un área de al menos 4 m2, en la que el sistema de iluminación antiincrustación comprende una pluralidad de módulos de iluminación asociados con la primera superficie del elemento, en la que el sistema de iluminación antiincrustación comprende uno o más sistemas de control configurados para controlar la intensidad de la luz antiincrustación de la pluralidad de módulos de iluminación en función de una o más de una señal de retroalimentación y un temporizador.
El elemento comprende una primera superficie del elemento ((y una segunda cara) y la primera superficie del elemento) comprende especialmente un área (o "área superficial") de al menos 0,4 m2. La segunda cara puede ser por ejemplo la cara interna del casco de una embarcación. La primera superficie del elemento estará en general en contacto con un líquido, tal como el agua (ver sin embargo también a continuación). El elemento tendrá en general un área superficial de al menos 0,4 m2, aunque puede ser mucho más grande, como al menos 4 m2, como al menos 400 m2, o incluso más de 1.000 m2. Además, el término elemento también puede referirse a una pluralidad de elementos. Por ejemplo, el casco de un barco puede incluir una pluralidad de placas (metálicas). Suponiendo las placas (metálicas) como elementos, el área superficial puede estar por ejemplo en el rango de 0,4-40 m2, como 2 10 m2.
En dicha superficie, la bioincrustación puede ocurrir cuando el elemento está dentro o cercano al agua, tal como (justo) por encima del nivel del agua (como por ejemplo debido a salpicaduras de agua, tal como por ejemplo debido a una ola de proa). Entre los trópicos, la bioincrustación puede ocurrir en horas. Incluso a temperaturas moderadas, las primeras (etapas de) incrustación ocurrirán en unas horas; como un primer nivel (molecular) de azúcares y bacterias. Con la presente invención, al menos una parte del módulo de iluminación, tal como al menos una parte del medio óptico, o incluso todo el medio óptico, puede en realizaciones sellar parte de la primera superficie del elemento del elemento (haciendo que esa parte no sea accesible al agua, tal como al agua de mar). Por lo tanto, el módulo de iluminación puede asociarse en realizaciones con la primera superficie del elemento. Esto, sin embargo, traslada el problema de la bioincrustación a la(s) superficie(s) del módulo de iluminación. La superficie o el área en la que se puede generar la incrustación se indica en la presente memoria como superficie de incrustación. Puede ser por ejemplo el casco de un barco y/o una superficie de emisión de un medio óptico (ver también a continuación). Con este fin, el módulo de iluminación proporciona una luz antiincrustación que se aplica para evitar la formación de bioincrustación y/o para eliminar la bioincrustación. Esta luz antiincrustación puede comprender al menos radiación UV (también indicada como "luz UV"). De hecho, la superficie de emisión ahora proporciona parte de la superficie externa del elemento, tal como un casco.
En otro aspecto adicional, la divulgación proporciona un módulo de iluminación que comprende (i) una fuente de luz configurada para generar una luz antiincrustación y (ii) un medio óptico configurado para recibir al menos parte de la luz antiincrustación y configurado para distribuir al menos parte de la luz antiincrustación a través del medio óptico, comprendiendo el medio óptico (iia) una primera cara del medio, especialmente que tiene un área de al menos 0,4 m2 y (iib) una superficie de emisión configurada para emitir al menos parte de la luz antiincrustación distribuida en una dirección que se aleja de la primera cara del medio del medio óptico, como se define con más detalle en las reivindicaciones adjuntas.
Especialmente, la invención proporciona una realización del sistema de iluminación antiincrustación como se define en la presente memoria, en la que el sistema de control se configura para controlar la intensidad de la luz antiincrustación en función de (uno o más de (a) el temporizador y (b )) la retroalimentación de un sensor, en la que el sensor se configura para detectar uno o más de (i) la velocidad de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación, (ii) una velocidad relativa del flujo de agua (en un lado de la superficie de incrustación ), (iii) una temperatura del agua del agua (en un lado de la superficie de incrustación), (iv) una carga de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación, (v) una posición de la superficie de incrustación con relación al nivel de agua del agua (a un lado de la superficie de incrustación), y (vi) una presencia de uno o más de un organismo incrustante y un nutriente del organismo incrustante en el agua (a un lado de la superficie de incrustación). Incluso más especialmente, la divulgación proporciona una realización del sistema de iluminación antiincrustación como se define en la presente memoria, comprendiendo el sistema de iluminación antiincrustación: (a) un módulo de iluminación que comprende (ai) una fuente de luz configurada para generar una luz antiincrustación y (aii) un medio óptico configurado para recibir al menos parte de la luz antiincrustación y configurado para distribuir al menos parte de la luz antiincrustación a través del medio óptico, comprendiendo el medio óptico (aiia) una primera cara del medio, especialmente que tiene un área de al menos 0,4 m2y (aiib) una superficie de emisión configurada para emitir al menos parte de la luz antiincrustación distribuida en una dirección que se aleja de la primera cara del medio del medio óptico; (b) un sensor; y (c) un sistema de control configurado para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de una o más señales de retroalimentación y un temporizador, en el que el sistema de control se configura para controlar la intensidad de la luz antiincrustación en función de la retroalimentación del sensor, en el que el sensor se configura para detectar uno o más de (i) una velocidad de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación, (ii) una velocidad relativa del flujo de agua (en un lado de la superficie de incrustación), (iii) una temperatura del agua del agua (en un lado de la superficie de incrustación) de dicho medio óptico, (iv) una carga de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación, (v) una posición de la superficie de incrustación con relación a un nivel de agua del agua (en un lado de la superficie de incrustación), (vi) una presencia de uno o más de un organismo incrustante y un nutriente del organismo incrustante en el agua (en un lado de la superficie de incrustación); y en el que la luz antiincrustación que forma parte de una realización específica luz UV-C. Alternativamente o adicionalmente, el sistema de control puede configurarse para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de la transmisión UV(C) del agua (adyacente a la superficie de incrustación).
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 UV es, por definición, entre
aproximadamente 100 y 400 nm (1 nm = 10-9 m) y es invisible a los ojos humanos. Usando 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; y 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 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 de luz UV germicidas, 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. Además, especialmente la luz antiincrustación comprende una o más de luz uV-A y UV-C. Por lo tanto, en una realización, la luz antiincrustación comprende luz UV-C. La UV-A puede usarse para afectar las paredes celulares, mientras que la UV-C puede usarse para afectar el ADN.
Evidentemente, las personas deben evitar la exposición a la UVC. Afortunadamente esto es relativamente simple, porque es absorbida por la mayoría de los productos, e incluso el vidrio plano estándar absorbe sustancialmente toda la UVC. Las excepciones son por ejemplo el cuarzo y el PTFE (politetrafluor et(il)eno). De nuevo casualmente, la UVC es absorbida principalmente por la piel muerta, por lo que el eritema se puede limitar. 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 de nivel umbral. En términos prácticos, la Tabla 1 proporciona los Valores Límite de Umbral 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 el ACGIH
Las dosis germicidas enumeradas anteriormente también se pueden lograr fácilmente con los LED UV existentes de bajo costo, menor potencia. Los LED generalmente se pueden incluir en paquetes relativamente más pequeños y consumen menos potencia 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 operación, más notablemente la potencia de salida, se pueden controlar en un alto grado. Por lo tanto, especialmente la fuente de luz es una fuente de luz que durante la operación emite (luz de fuente de luz) al menos luz a una longitud de onda seleccionada del rango de longitud de onda UV, especialmente al menos UV-C. En una realización específica, la fuente de luz comprende una fuente de luz LED de estado sólido (tal como un LED o un diodo láser). El término "fuente de luz" también puede referirse a una pluralidad de fuentes de luz, tal como las fuentes de luz LED 2-20 (estado sólido), aunque muchas más fuentes de luz también pueden aplicarse. Por lo tanto, el término LED también puede referirse a una pluralidad de LED. Los LED pueden ser OLED o LED de estado sólido, o una combinación de estos LED. Especialmente, la fuente de luz comprende LED de estado sólido.
Una idea básica que sustenta la presente divulgación es cubrir una cantidad significativa de una superficie protegida para mantenerse limpia de incrustaciones, preferentemente toda la superficie protegida, por ejemplo el casco de un barco, con una capa que emite luz germicida ("luz antiincrustación"), en particular la luz UV.
En otra realización adicional, la luz antiincrustación se puede proporcionar a la superficie a proteger a través de una fibra o guía de ondas. Por lo tanto, en una realización el sistema de iluminación antiincrustación comprende un medio óptico, en el que el medio óptico comprende una o más de una guía de ondas y una fibra óptica configurada(s) para proporcionar dicha luz antiincrustación a la superficie de incrustación. La superficie de la fibra o guía de ondas desde la que escapa la luz antiincrustación también se indica en la presente memoria como superficie de emisión. En general, esta parte de la fibra o guía de ondas se puede sumergir al menos temporalmente. Debido a la luz antiincrustación que escapa de la superficie de emisión, un elemento del objeto que durante el uso se expone al menos temporalmente al líquido (tal como el agua de mar), puede irradiarse, y de esa manera desincrustarse. Sin embargo, la superficie de emisión per se también puede ser desincrustada. Este efecto se usa en las realizaciones del módulo de iluminación que comprende un medio óptico que se describen a continuación.
El módulo de iluminación para la antiincrustación de una superficie protegida comprende al menos una fuente de luz para generar luz antiincrustación y opcionalmente un medio óptico para distribuir la luz antiincrustación 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 antiincrustación en una dirección que se aleja de la superficie protegida. El módulo de iluminación se adapta para emitir preferentemente la luz antiincrustación 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 un material de sílice de grado UV.
El módulo de iluminación para la antiincrustación de una superficie protegida también puede proporcionarse como una lámina (de silicona) para aplicar a la superficie protegida, la lámina que comprende al menos una fuente de luz para generar luz antiincrustación y un medio óptico en forma de lámina para distribuir la luz antiincrustación a lo largo de la lámina. En realizaciones la lámina tiene un grosor en un orden de magnitud de un par de milímetros a unos pocos centímetros, tal como 0,1-5 cm, como 0,2-2 cm. En realizaciones, la lámina no se limita sustancialmente 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 las dos direcciones ortogonales perpendiculares a la dirección del grosor de la lámina, para proporcionar un tapizado antiincrustación; en otra realización, la lámina tiene un tamaño sustancialmente limitado en una sola dirección perpendicular a una dirección de grosor de la lámina, para proporcionar una tira alargada de lámina antiincrustante. Por lo tanto, el medio óptico, e incluso también el módulo de iluminación, pueden proporcionarse como loseta o como tira. La loseta o tira puede comprender una lámina (de silicona).
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 antiincrustación 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 preferente, 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 resistencia causada 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 rugosidad superficial sustancial es que será más difícil para los microorganismos adherirse a una superficie sustancialmente plana, especialmente en combinación con los efectos de resistencia en un entorno líquido, de lo que lo harían en una superficie rugosa o dentro de los hoyos que forman parte de dicha superficie. El término superficie de emisión 'sustancialmente plana' en la presente memoria 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 constructivas de la superficie protegida, mejorando de esa manera incluso las propiedades de resistencia de la superficie protegida en el entorno líquido. Ejemplo de irregularidades constructivas de la superficie protegida son soldaduras, remaches, etc. El término 'sustancialmente plano' se puede cuantificar como resultado de variaciones en el grosor promedio de los módulos de luz de menos del 25%, preferentemente menos del 10 %. 'Sustancialmente plano' por lo tanto no requiere necesariamente una rugosidad superficial de un acabado superficial mecanizado.
En una realización preferente, el módulo de iluminación comprende una red bidimensional de fuentes de luz para generar luz antiincrustación y el medio óptico se dispone para distribuir al menos parte de la luz antiincrustación de la red bidimensional de fuentes de luz a lo largo del medio óptico para proporcionar una distribución bidimensional de la luz antiincrustación que sale de la superficie emisora de luz del módulo de luz. La red bidimensional de fuentes de luz puede disponerse en una estructura de malla de alambre, 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 lo largo de la red o puede variar, por ejemplo en función de la potencia de salida de la luz necesaria para proporcionar el efecto antiincrustación o en función de la ubicación del módulo de iluminación en la superficie protegida (por ejemplo la ubicación en el casco de un barco). Las ventajas de proporcionar una red bidimensional de fuentes de luz incluyen que la luz antiincrustación puede generarse cerca de las áreas a proteger con iluminación de luz antiincrustación, y que reduce las pérdidas en el medio óptico o guía de luz y que aumenta la homogeneidad de la distribución de la luz. Preferentemente, la luz antiincrustación se distribuye generalmente de manera homogénea a lo largo 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 evita el desperdicio de energía por sobreiluminación de otras áreas con más luz de la necesaria para la antiincrustación. En una realización, la red está comprendida en el medio óptico. Todavía en una realización, la red puede estar compuesta por una lámina (de silicona).
En realizaciones preferentes, las fuentes de luz son LED UV. El al menos un LED UV o la red de LED UV se pueden encapsular en un encapsulado a prueba de filtración. En realizaciones el al menos un LED UV o la red de LED UV se pueden incrustar en el medio óptico. Una pluralidad de LED UV puede organizarse en red y conectarse eléctricamente en una estructura de malla de alambre en serie/paralelo (como se explicará más adelante). Los LED y las conexiones de malla de alambre pueden encapsularse en un recubrimiento transmisor de luz y unirse al medio óptico o directamente incrustarse en el medio óptico. En otras realizaciones, la red de LED UV puede estar comprendida en una capa de tejido electrónico que se incrusta 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 chips LED, que no comprenden normalmente elementos ópticos pero que son significativamente más delgados que los LED empaquetados. Como ejemplo, los chips LED podrían recogerse y colocarse en una superficie del medio óptico (preferentemente 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), el cableado eléctrico a través de la impresión de pasta conductora y, finalmente, los chips LED y el cableado podrían encapsularse con una capa delgada/recubrimiento 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 incrustadas permiten que la tecnología antiincrustación presentada se comercialice como una lámina para aplicar en el casco de los barcos.
Un sistema para la antiincrustación de una superficie protegida puede comprender una pluralidad de módulos de iluminación como se divulga en la presente memoria para disponer sobre la superficie protegida para proporcionar luz antiincrustación sobre sustancialmente toda el área de la superficie protegida.
Los materiales de silicona pueden proporcionar transmisión óptica de luz UV 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 por debajo de 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" que indica cualquier integral adecuada, como es habitual en la 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 resilientes, de modo que son robustos, duraderos y capaces de resistir la compresión tal como debida a golpes, colisiones, etc. de objetos contra la superficie, por ejemplo golpes de un barco contra un muelle. En lugar de grupos metil, también pueden estar presentes en la silicona grupos fenilo, o grupos fenilo y metilo.
Además, se puede acomodar la deformación del revestimiento de un barco debido a la fluctuación de la temperatura, el golpeo de las olas, la flexión del barco sobre el oleaje y el viraje, 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 las pinturas de modo que se forma un recubrimiento protector 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 la resistencia. Por un lado las siliconas pueden hacerse muy suaves para reducir la adherencia de organismos de bioincrustación a la capa y para reducir la fricción contra el agua que fluye, mientras que por otro lado el material puede estructurarse finamente para imitar la piel de tiburón lo que también se sabe que reduce fricción en el agua a una velocidad suficiente con relación al agua circundante. Cabe destacar que una superficie estructurada de un medio óptico, en particular una guía de luz, puede provocar 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 capturó dentro y se transmitió 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 pueden fabricarse utilizando piezas o porciones plurales relativamente pequeñas de sílice de grado UV juntas y/o la llamada "sílice fundida", mientras que mantiene 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 dicha combinación las porciones de sílice pueden proporcionar dispersores transparentes UV en un medio óptico de material de silicona de otro modo 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 el 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 proporcionarse con 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 las propiedades ópticas y/o
estructurales. Aquí, "escamas" denotan objetos que tienen tamaños en tres direcciones cartesianas, en los 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 antiincrustación 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 usar 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, tal 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 ellas mismas, disipando la energía de impacto y reduciendo el daño a la guía de luz en su conjunto. Por lo tanto, se puede lograr un equilibrio de propiedades que da como resultado tanto una capa robusta y de cierto modo deformable, pero que también proporciona 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 por debajo del 5 % (principalmente sílice) de un lado del medio óptico a un lado opuesto.
Cabe destacar que pueden usarse partículas, en particular partículas en forma de escama, de otro material que no sea sílice, por ejemplo vidrio o mica. Dichos otros materiales también pueden servir como dispersores de la luz antiincrustación. También se pueden proporcionar mezclas de partículas de diferentes materiales, que pueden comprender mezclas de partículas translúcidas, opacas y/u activas ópticamente. Las composiciones de dichas mezclas pueden variar a lo largo de la guía de luz, por ejemplo para ajustar la transmisividad de la guía de luz para la luz antiincrustación, 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 de silicona, cada una que puede tener 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 adhesión 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 buen control de calidad. Cabe observar 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 se llenan con gas y/o líquido transparente, por ejemplo agua, para guiar la luz a través de ellos y un procedimiento 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 proporciona poca dispersión, puede transportar bien 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 transmisividad de Uv adecuada y relativamente alta. La contaminación y/o la absorción UV también pueden reducirse y/o reducirse aún más si se usa 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 lo largo de la superficie protegida, el espacio lleno de gas y/o líquido debe estar preferentemente 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 antiincrustación. Un medio óptico en el que se definen los canales de aire que es en sí mismo muy transparente a la luz antiincrustación asegura además que si el medio óptico tuviera fugas y el medio líquido entrara en el medio óptico, la luz antiincrustación generada aún se transmitiría adecuadamente a través del medio óptico. Los canales pueden comprender un diámetro variable. Se pueden proporcionar bolsas o porciones de canal localizadas mediante porciones de pared que definen y encapsulan volúmenes separados
(mucho) más grandes que los tamaños y/o grosores de las respectivas porciones de pared, por ejemplo similar al producto envasado vendido bajo la marca "Bubble Wrap".
En una realización particular, dicho 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 ventajas adicionales 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 hacia el entorno líquido donde se va a utilizar la luz antiincrustación.
Al menos parte de la luz antiincrustación emitida por una o más fuentes de luz se puede difundir 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 antiincrustación.
Un material de conversión de longitud de onda puede estar comprendido en el medio óptico y al menos parte de la luz antiincrustación puede generarse fotoexcitando el material de conversión de longitud de onda con luz que tiene una primera longitud de onda que provoca que el material de conversión de longitud de onda emita la luz antiincrustación en otra longitud de onda. El material de conversión de longitud de onda puede proporcionarse como un fósforo de conversión ascendente, puntos cuánticos, medios no lineales tales como una o más fibras de cristal fotónico etc. Dado que las pérdidas por absorción y/o dispersión en el medio óptico para la luz de longitudes de onda diferentes, en su mayoría más largas, que la luz UV tienden a ser menos pronunciadas en los medios ópticos, puede ser más eficiente energéticamente generar luz no UV y transmitirla a través del medio óptico y generar luz UV antiincrustación en o cerca de la ubicación deseada del uso del mismo (es decir emisión desde la superficie al entorno líquido). La luz antiincrustación adecuada está en el rango de longitud de onda de UV u opcionalmente también luz azul de aproximadamente 220 nm a aproximadamente 420 nm, en particular en longitudes de onda más cortas que aproximadamente 300 nm, por ejemplo de aproximadamente 240 nm a aproximadamente 280 nm.
Cuando se aplica un material de conversión de longitud de onda, la expresión "una fuente de luz configurada para generar una luz antiincrustación" puede interpretarse como una fuente de luz para generar en combinación con un material de conversión de longitud de onda una luz antiincrustación. O la propia fuente de luz, o el material de conversión de longitud de onda tras la conversión de la luz de la fuente de luz en luz de material de conversión de longitud de onda, o ambos, proporcionan dicha luz antiincrustación.
En realizaciones, el medio óptico comprende un difusor de luz dispuesto en frente de a al menos una fuente de luz para generar luz antiincrustación para difundir al menos parte de la luz antiincrustación emitida por al menos una fuente de luz en una dirección que tiene una componente sustancialmente paralela a la superficie protegida. Un ejemplo de un difusor de luz puede ser un cono 'opuesto' dispuesto en el medio óptico y posicionado opuesto a la al menos una fuente de luz, donde el cono opuesto tiene un área superficial 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 en frente de la al menos una fuente de luz para generar la luz antiincrustación, la guía de luz tiene una superficie de acoplamiento de luz para acoplar la luz antiincrustación de al menos una fuente de luz y una superficie de acoplamiento de luz para desacoplar la luz antiincrustación en una dirección que se aleja de 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 antiincrustación se propaga a través de la guía de luz a través de la reflexión interna total en una dirección sustancialmente paralela a la superficie protegida 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 el factor de la forma de una lámina para aplicar sobre una superficie protegida.
Una realización de un sistema para evitar la incrustación puede comprender:
- una serie de LED UV para generar luz antiincrustación;
- un difusor de luz para difundir la luz antiincrustación de las fuentes puntuales de LED a lo largo de la superficie protegida; y
- una guía de luz (o guía de ondas) para guiar/difundir aún más la luz antiincrustación se puede esparcir a lo largo de la superficie, comprendiendo la guía de luz una capa fina de material de silicona transparente a la luz UV, con o sin partículas de sílice o uno o más porciones cubiertas de sílice.
Cuando sustancialmente toda la superficie protegida se cubre con un medio óptico emisor de luz antiincrustación, se reduce sustancialmente el crecimiento de microorganismos en este medio. A medida que los microorganismos se mueren en la superficie de emisión del medio óptico, el casco se limpia de forma continua 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 de incrustación, como es el caso de los recubrimientos de dispersión de veneno conocidos, sino que se previene el enraizamiento de los microorganismos en la superficie de incrustación. Es más eficiente matar activamente los microorganismos justo antes o justo después de que entren en contacto con la superficie de incrustación, en comparación con un tratamiento de luz para eliminar las incrustaciones existentes con grandes estructuras de microorganismos. 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 lumínica necesaria para matar el microorganismo en la etapa inicial de enraizamiento, el sistema puede operarse para proporcionar de forma continua una luz antiincrustación a lo largo de una gran superficie sin requisitos de potencia extremos.
Una red de LED que crea una superficie de iluminación puede proporcionarse con medios de recolección de energía tales como por ejemplo células solares incrustadas, pequeñas turbinas que operan en el agua, elementos piezoeléctricos que operan en ondas de presión, etc. Con este fin, el sistema de iluminación también puede incluir un sistema de energía para proporcionar energía a la fuente de luz y a otros componentes eléctricos.
Algunas ventajas de la tecnología proporcionada actualmente incluyen la retención de superficies limpias, la reducción del costo del tratamiento contra la corrosión, el reducido consumo de combustible de los barcos, el reducido tiempo de mantenimiento de los cascos, la reducida emisión de CO2 , el reducido 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 añadir resistencia por sí misma y puede incluso reducir aún más la resistencia ocultando las irregularidades existentes (remaches, soldaduras, etc.) de la superficie protegida debajo del medio óptico.
El objeto (ver también a continuación) puede comprender uno o más elementos que se exponen al menos temporalmente al líquido. Dicho elemento puede incluir una primera superficie del elemento, que se puede exponer al menos temporalmente al líquido. Dicho elemento también puede comprender una segunda superficie del elemento, que puede estar dirigida al cuerpo del objeto.
En lugar o además de silicona, como material para el medio óptico, se pueden aplicar uno o más materiales seleccionados del grupo que consiste en un material orgánico transmisivo, tal como seleccionado del grupo que consiste en PE (polietileno), PP (polipropileno), PEN (polietileno naftalato), PC (policarbonato), polimetilacrilato (PMA), polimetilmetacrilato (PMMA) (Plexiglás o Perspex), butirato de acetato de celulosa (CAB), cloruro de polivinilo (PVC), tereftalato de polietileno (PET), (PETG) (tereftalato de polietileno modificado con glicol), PDMS (polidimetilsiloxano), y c Oc (copolímero de cicloolefina). Especialmente, el medio óptico no es rígido. Por ejemplo, el medio óptico puede aplicarse al casco de un barco. Sin embargo, el medio óptico también puede construirse sobre el casco de un barco recubriendo el casco con material y formando de esa manera el medio óptico.
El medio óptico se configura para recibir al menos parte de la luz antiincrustación de la fuente de luz. Por lo tanto, especialmente la fuente de luz y el medio óptico se acoplan por radiación. El término "acoplado por radiación" significa especialmente que la fuente de luz y el medio óptico se asocian entre sí de manera que al menos una parte de la radiación emitida por la fuente de luz se recibe por el medio óptico. El medio óptico se configura para distribuir la luz antiincrustación a través del medio óptico. Esto puede deberse al hecho de que el medio óptico tiene especialmente propiedades de guía de luz (o de guía de ondas). Opcionalmente, la fuente de luz se incrusta en el medio óptico (ver también a continuación).
Además, el medio óptico también puede incluir estructuras de desacoplamiento para desacoplar la luz antiincrustación. Por lo tanto, la luz antiincrustación que puede ser capturada dentro del medio óptico por reflexión interna total puede escapar debido al desacoplamiento a través de una estructura de desacoplamiento. Estas estructuras de desacoplamiento pueden incrustarse en el medio óptico y/o pueden configurarse en una superficie del medio óptico. Especialmente, las estructuras de desacoplamiento, opcionalmente en combinación con un reflector en al menos parte de la primera cara del medio, se configuran para facilitar la emisión de la luz antiincrustación desde la superficie de emisión, en una dirección que se aleja de la primera cara del medio (es decir durante uso del módulo de iluminación: que se aleja de la primera superficie del elemento del elemento). Esta luz se usa para evitar la bioincrustación y/o eliminar la bioincrustación en la superficie de emisión del módulo de iluminación.
Como se indica anteriormente y a continuación, el módulo de iluminación puede consistir esencialmente del medio óptico. Por ejemplo, uno o más del sistema de control y una fuente de alimentación pueden incrustarse en el medio óptico. Además, como un solo LED puede proporcionar luz antiincrustación a través de una gran área del medio óptico, en una realización el área superficial del módulo de iluminación puede consistir en al menos el 80 % del medio óptico. El medio óptico puede usarse para sellar el elemento. Por lo tanto, la primera cara del medio puede tener un área superficial sustancialmente igual al área superficial de la primera superficie del elemento, aunque también puede ser menor cuando se aplica una pluralidad de medios ópticos (ver también a continuación). Especialmente, la primera cara del medio está en contacto físico con la primera superficie del elemento. Aún más especialmente, toda la primera cara del medio está en contacto físico con la primera superficie del elemento. La expresión "con la superficie de emisión configurada más alejada de la primera superficie del elemento que la primera cara del medio", indica que la primera cara del medio del medio óptico está más cerca de la primera superficie del elemento que la superficie de emisión. De esta manera, la luz antiincrustación puede escapar en una dirección que se aleja del elemento. Como se indicó anteriormente, en alguna realización al menos parte de la primera cara del medio, o especialmente toda la primera cara del medio, puede estar en contacto físico con el(la) (primera superficie del elemento del) elemento.
Se puede aplicar más de un módulo de iluminación a un solo elemento. Por lo tanto, el término "módulo de iluminación" también puede referirse a una pluralidad de módulos de iluminación. Además, un solo sistema de iluminación puede incluir una pluralidad de medios ópticos. Por lo tanto, el término "medio óptico" también puede referirse a una pluralidad de medios ópticos. Por supuesto, el sistema de iluminación antiincrustación también puede incluir una pluralidad de elementos. Por lo tanto, como se indicó anteriormente, el término "elemento" también puede referirse a una pluralidad de elementos de iluminación.
En una realización, el módulo de iluminación comprende dicho sistema de control y opcionalmente también una fuente de alimentación. De esta manera, se puede proporcionar un sistema en la primera superficie del elemento del elemento, sin la necesidad de incluir orificios pasantes a través del elemento. Esto puede ser beneficioso, entre otros en vista de la protección del elemento. Además, la fuente de alimentación puede incluir opcionalmente un sistema de recolección de energía local, tales como un sistema que genera energía eléctrica a partir del agua, especialmente agua de mar, y/o un sistema fotovoltaico. Ambos pueden disponerse ventajosamente en dicho elemento, con el primero especialmente por debajo del nivel del agua (esperado) y el último especialmente por encima del nivel del agua (esperado).
Como se indicó anteriormente, el sistema de control se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de una o más de una señal de retroalimentación y un temporizador.
El término sistema de control puede referirse a un circuito electrónico, tal como un sensor en un circuito que después de alcanzar un nivel de umbral permite o induce otra acción, tal como encender o apagar la luz, y/o puede referirse a una unidad de control que puede incluir software (programable). En una realización, el sistema de control incluye un sistema de retroalimentación (lineal). El sistema de control puede así configurarse para dirigir el módulo de iluminación (especialmente su luz antiincrustación). El término "para controlar una intensidad" puede referirse al estado de encendido/apagado de la luz antiincrustación, pero alternativamente o adicionalmente también puede referirse a la intensidad alta y baja de la luz antiincrustación. También puede referirse a un aumento o disminución gradual o continúo de la luz antiincrustación entre un máximo y un mínimo (tal como sin intensidad).
El temporizador puede ser por ejemplo un sistema que active el módulo de iluminación para proporcionar luz durante un cierto período y apagarlo durante otro período. Por lo tanto, en una realización, el sistema de iluminación se configura para proporcionar luz antiincrustación de forma pulsada en la que los periodos con luz antiincrustación se alternan con periodos sin luz antiincrustación. Con este fin, se puede aplicar por ejemplo un sistema de control en combinación con un temporizador, para proporcionar luz antiincrustación de una forma pulsada. Los pulsos de luz pueden incluir uno o más pulsos de bloque (cuadrados), pulsos triangulares, pulsos de diente de sierra, pulsos de tipo seno unipolar (como por ejemplo con rectificación), etc. La frecuencia puede variar de segundos a horas, o incluso días. Opcionalmente, la luz pulsada puede incluir un pulso lento y uno rápido, por ejemplo 3 horas encendida y 3 horas apagada, en el que durante el tiempo encendido, la luz pulsada se proporciona con una frecuencia en el rango de 0,001-200 Hz, tal como 0,01-20 Hz. Mediante el uso de luz pulsada, especialmente con una frecuencia relativamente baja, tal como < 0,01 Hz, se puede formar bioincrustación en los períodos oscuros, y durante el período encendido, la bioincrustación se puede eliminar eficientemente. De esta manera, se puede desperdiciar menos luz. En una realización, la luz antiincrustación se proporciona de 0,2-10 minutos cada hora. En otra realización más, la luz antiincrustación se proporciona de 30-300 minutos todos los días (naturales), es decir cada 24 horas. El tiempo de encendido y/o el tiempo de apagado pueden ser variables, por ejemplo en base a la señal de retroalimentación.
El sistema de control también puede incluir un sensor. El término "sensor" también puede referirse a una pluralidad de sensores. Una realización típica del sistema de iluminación antiincrustación podría incluir especialmente lo siguiente:
- Sensores para uno o más de los parámetros (ver a continuación);
- Software para calcular la cantidad de potencia necesaria, en base a los valores de los parámetros y el conocimiento (por ejemplo los ajustes predefinidos) de los ajustes de potencia mínimos para evitar la incrustación;
- Una unidad de control para ajustar la potencia de salida efectiva; como un todo, o por sección de por ejemplo el casco u otro elemento.
En una realización específica, el sistema de control se configura para controlar la intensidad de la luz antiincrustación en función de la retroalimentación de un sensor, en la que el sensor se configura para detectar uno o más de (i) la velocidad de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación, (ii) una velocidad relativa del flujo de agua (a un lado de la superficie de incrustación), (iii) una temperatura del agua del agua (a un lado de la superficie de incrustación), (iv) una carga de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación, (v) una posición de la superficie de incrustación con relación a un nivel de agua del agua (a un lado de la superficie de incrustación), y (vi) una presencia de uno o más de un organismo incrustante y un nutriente del organismo incrustante en el agua (a un lado de la superficie de incrustación).
Por lo tanto, en una realización, el sensor se configura para detectar una velocidad de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación. El sensor puede configurarse para determinar esto midiendo la velocidad de la embarcación con relación al agua o puede recibir una señal desde un centro de control de la embarcación, cuya señal contiene información sobre la velocidad. Por lo tanto, en una realización específica, el sensor se configura para detectar una velocidad relativa de flujo de agua (en un lado de la superficie de incrustación). Por ejemplo, con un contraflujo, una velocidad baja de la embarcación con relación a la superficie de la tierra aún puede ser lo suficientemente alta como para evitar la bioincrustación. En dicho caso, la luz de bioincrustación puede apagarse. Sin embargo, con un co-flujo, una alta velocidad de la embarcación con relación a la superficie de la tierra aún puede ser lo suficientemente baja como para permitir la bioincrustación. En dicho caso, la luz de bioincrustación puede encenderse.
En una realización adicional el sensor se configura para detectar la temperatura del agua del agua (en un lado de la superficie de incrustación) de dicho medio óptico. Se sabe que en aguas (ant)árticas, la bioincrustación puede ser prácticamente nula, mientras que en aguas tropicales la bioincrustación puede ser muy rápida. El sistema de control puede encender y apagar el módulo de iluminación dependiendo de la temperatura detectada por el sensor.
En otra realización adicional, el sensor se configura para detectar una carga de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación. Esta puede ser una medición simple en la que un sensor en el elemento o el módulo de iluminación detectan si hay agua en frente del sensor. Si el sensor está sumergido, el módulo de iluminación puede encenderse debido a la colaboración entre el sistema de control y el sensor. Si el sensor no está sumergido, el módulo de iluminación puede apagarse. Por lo tanto, en una realización específica, el sensor se configura para detectar una posición de la superficie de incrustación con relación a un nivel de agua del agua (en un lado de la superficie de incrustación). Sin embargo, en otra realización, el sensor puede recibir una señal desde un centro de control de la embarcación cuya señal contiene información sobre la carga de la embarcación. Por lo tanto, el sensor puede configurarse para detectar directa o indirectamente la carga de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación.
En otra realización adicional, el sensor se configura para detectar una presencia de uno o más de un organismo incrustante y un nutriente del organismo incrustante en el agua (en un lado de la superficie de incrustación). Cuando un nivel alcanza cierto umbral, entonces el sistema de control puede encender la luz antiincrustación; cuando no se alcanza el umbral, el sistema de control puede apagar la luz antiincrustación. Por ejemplo, dicho sensor puede configurarse para detectar una o más bacterias, azúcar, y otros nutrientes para especies que generan bioincrustación. Por lo tanto, el término "presencia" también puede incluir concentración. Dicho sensor puede incluir por ejemplo un sensor de CO2 , un sensor O2 (disuelto), un sensor de BOD, u otro tipo de sensor de biocarga, etc. Además, adicionalmente o alternativamente, el sensor puede incluir un sensor configurado para detectar la presencia de un organismo incrustante en la superficie de incrustación, tal como en las realizaciones una superficie de emisión. Dicho sensor puede incluir un sensor óptico, tal como un sensor configurado para medir uno o más de absorción de radiación, reflexión de radiación, transmisión de radiación, y emisión de radiación. Aquí, el término "radiación" se refiere especialmente a una o más de radiación UV, luz visible y radiación IR, especialmente una o más de radiación UV y luz visible.
Los sensores anteriores se describen con relación a un uso en una embarcación en el agua. Sin embargo, los sensores pueden aplicarse también en otras aplicaciones y/u otros líquidos. Además, los sensores se describen especialmente con referencia al estado encendido/apagado. Sin embargo, opcional o adicionalmente, esto puede relacionarse con luz antiincrustación de alta intensidad y baja intensidad. Además, cada vez se describe que el sensor tiene una sola función. Sin embargo, un solo sensor puede incluir en realizaciones diferentes sensores. Además, se puede usar especialmente una pluralidad de sensores, que pueden ser capaces de detectar la misma propiedad en diferentes ubicaciones y/o pueden detectar una pluralidad de propiedades.
El sistema de iluminación antiincrustación puede comprender una pluralidad de fuentes de luz. Por ejemplo, el módulo de iluminación puede comprender una pluralidad de fuentes de luz. Alternativamente o adicionalmente, el
sistema de iluminación antiincrustación puede comprender una pluralidad de módulos de iluminación. También en esta realización, el sistema de iluminación antiincrustación puede comprender una pluralidad de fuentes de luz. Por lo tanto, el sistema de iluminación antiincrustación o el módulo de iluminación, respectivamente, pueden comprender dos o más subconjuntos, cuyos subconjuntos pueden controlarse independientemente.
Como se indicó anteriormente, el sistema de control se configura especialmente para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de uno o más de (i) una señal de retroalimentación relacionada con un riesgo de bioincrustación y (ii) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo. Sin embargo, alternativa o adicionalmente, el sistema de control se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación de una primera fuente de luz en función de la intensidad de la luz antiincrustación de otra fuente de luz. Por lo tanto, en una realización, el sistema de iluminación antiincrustación comprende una pluralidad de fuentes de luz, y el sistema de control se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación de una primera fuente de luz en función de la intensidad de la luz antiincrustación de otra fuente de luz. En otra realización adicional, el módulo de iluminación comprende una pluralidad de fuentes de luz, y el sistema de control se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación de una primera fuente de luz en función de la intensidad de la luz antiincrustación de otra fuente de luz.
Por lo tanto, en una realización, el sistema de control se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de (i) una señal de retroalimentación relacionada con un riesgo de bioincrustación, y opcionalmente uno o más de (ii) un temporizador para para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo, y (iii) otro(s) parámetro(s) definidos en la presente memoria.
Todavía en otra realización, el sistema de control configurado para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de uno o más de (i) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo, y opcionalmente uno o más de (ii) una señal de retroalimentación relacionada con un riesgo de bioincrustación, y (iii) otro(s) parámetro(s) definidos en la presente memoria.
Todavía en otra realización, el sistema de control configurado para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de un(os) parámetro(s) definidos en la presente memoria distintos de uno o más de (i) una señal de retroalimentación relacionada con un riesgo de bioincrustación, y (ii) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo; sin embargo, opcionalmente en combinación con uno o más de (i) una señal de retroalimentación relacionada con un riesgo de bioincrustación, y (ii) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo.
Por lo tanto, en una realización, el objeto como se define en la presente memoria comprende una pluralidad de módulos de iluminación dispuestos (en un arreglo) sobre al menos parte de una altura (h) del objeto, en la que el sistema de control se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de una posición de las superficies de incrustación en relación con un nivel de agua del agua en un lado de la superficie del sistema. Por ejemplo, se puede proporcionar una embarcación, que comprende una pluralidad de módulos de iluminación dispuestos (en un arreglo) sobre al menos parte de una altura (h) del casco, en la que el sistema de control se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación en función de una posición de una o más de las primeras superficies del elemento y las superficies de emisión con relación al nivel de agua del agua en un lado de las primeras superficies del elemento. Especialmente, la altura del objeto se define como la altura del objeto en uso, por ejemplo en agua, desde el punto más bajo por debajo del nivel del líquido hasta el punto más alto del objeto. La altura de los elementos de dicho objeto se define con la altura definida con relación a una dirección vertical desde el punto más bajo hasta el punto más alto. Por ejemplo, la altura de un casco puede ser la altura desde la quilla hasta por ejemplo la borda. Ventajosamente, puede reducirse la luz antiincrustación no deseada por encima del nivel del agua (y puede reducirse el desperdicio de luz y energía), mientras que puede proporcionarse la luz antiincrustación por debajo del nivel del agua. Esto también mejora la seguridad (humana (y/o animal), ya que la exposición de por ejemplo los seres humanos a la radiación UV es deseablemente lo más baja posible.
Además, las realizaciones anteriores que incluyen un sensor no excluyen la combinación con un temporizador. Por ejemplo, el temporizador en combinación con el sistema de control puede reducir la intensidad de la luz antiincrustación durante la noche y puede aumentar la intensidad durante el día.
De nuevo, las mismas realizaciones descritas en relación con una embarcación pueden aplicarse a dicha aplicación en una construcción móvil en el agua.
En otro aspecto adicional, la invención proporciona, de acuerdo con la reivindicación 9, un procedimiento de antiincrustación de una superficie de incrustación de un objeto de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5-8, que durante el uso se expone al menos temporalmente al agua, comprendiendo el procedimiento: generar la luz antiincrustación en función de uno o más de (i) una señal de retroalimentación relacionada con el riesgo de bioincrustación y (ii) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo; y proporcionar dicha luz antiincrustación a dicha superficie de incrustación.
En una realización específica, la divulgación también proporciona un procedimiento de antiincrustar un elemento que (durante el uso) se sumerge al menos parcialmente en un líquido, en el que el elemento comprende una primera superficie del elemento (y una segunda cara), comprendiendo la primera superficie del elemento especialmente un área de al menos 0,4 m2, comprendiendo el procedimiento: (a) proporcionar un módulo de iluminación que comprende (i) una fuente de luz configurada para generar una luz antiincrustación y (ii) un medio óptico configurado para recibir al menos parte de la luz antiincrustación y configurado para distribuir al menos parte de la luz antiincrustación a través del medio óptico, comprendiendo el medio óptico (iia) una primera cara del medio, especialmente que tiene un área de al menos 0,4 m2, la primera cara del medio del medio óptico dirigida a la primera superficie del elemento del elemento, y (iib) una superficie de emisión configurada para emitir al menos parte de la luz antiincrustación distribuida en una dirección que se aleja de la primera cara del medio del medio óptico, donde en una realización específica al menos parte del módulo de iluminación se configura para sellar al menos parte de la primera superficie del elemento con la superficie de emisión configurada más alejada de la primera superficie del elemento que la primera cara del medio; y (b) que genera la luz antiincrustación en función de una o más de una señal de retroalimentación y un temporizador. En dicha realización, la superficie de incrustación puede comprender la superficie de emisión, por ejemplo cuando el medio óptico está sellando la primera superficie del elemento. Opcional y adicionalmente, se puede proporcionar luz antiincrustación adicional a otra superficie a proteger (que no es la superficie emisiva).
La expresión "procedimiento de antiincrustación" indica que se evita la incrustación y/o se puede eliminar la incrustación. Por lo tanto, el procedimiento puede ser curativo y/o preventivo. El procedimiento puede comprender además especialmente controlar la intensidad de la luz antiincrustación en función de la retroalimentación de un sensor, tal como entre otros definidos anteriormente. Por ejemplo, uno puede imaginar un esquema de 3 horas apagado, 5 minutos encendido (ver también otros esquemas anteriormente).
En otro aspecto adicional, la invención proporciona, de acuerdo con la reivindicación 11, un procedimiento de proporcionar un sistema de iluminación antiincrustación a un objeto, que durante el uso se expone al menos temporalmente al agua, en el que el objeto es una embarcación, comprendiendo el procedimiento unir un sistema de iluminación antiincrustación como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1-5 al objeto, en el que el módulo de iluminación se configura para proporcionar dicha luz antiincrustación a una superficie de incrustación de uno o más del objeto y el módulo de iluminación unido al objeto. No conforme con la invención, el objeto se selecciona del grupo que consiste en un dique, una presa, una balsa, una esclusa, una jaula marina de cría de peces, y una boya, etc.
El experto en la técnica entenderá el término "sustancialmente" en la presente memoria, tal como en "sustancialmente toda la luz" o en "consiste sustancialmente". El término "sustancialmente" también puede incluir realizaciones con "enteramente", "completamente", "todos", etc. Por lo tanto, en realizaciones, el adjetivo también puede eliminarse sustancialmente. Cuando corresponda, el término "sustancialmente" también puede referirse al 90 % o más, tal como el 95 % o más, especialmente el 99 % o más, incluso más especialmente el 99,5 % o más, incluido el 100 %. El término "comprende" incluye también realizaciones en las que el término "comprende" significa "consiste en". El término "y/o" se refiere especialmente a uno o más de los elementos mencionados antes y después de "y/o". Por ejemplo, una expresión "elemento 1 y/o elemento 2" y frases similares pueden relacionarse con uno o más de los elementos 1 y 2. El término "que comprende" puede en una realización referirse a "que consiste en" pero puede en otra realización también referirse a "que contiene al menos las especies definidas y opcionalmente una o más especies diferentes".
Además, los términos primero, segundo, tercero y similares en la descripción y en las reivindicaciones se usan para distinguir entre elementos similares y no necesariamente para describir un orden secuencial o cronológico. Debe entenderse que los términos usados son intercambiables bajo circunstancias apropiadas y que las realizaciones de la invención descritas en la presente memoria son capaces de operar en otras secuencias que las descritas o ilustradas en la presente memoria.
Los dispositivos en la presente memoria se describen entre otros durante la operación. Como quedará claro para el experto en la técnica, la invención no se limita a procedimientos de operación o dispositivos en operación.
Se debe observar que las realizaciones mencionadas anteriormente ilustran la invención en lugar de limitarla, y que los expertos en la técnica serán capaces de diseñar muchas realizaciones alternativas sin apartarse del ámbito de las reivindicaciones adjuntas. En las reivindicaciones, cualquier signo de referencia colocado entre paréntesis no debe interpretarse como que limita la reivindicación. El uso del verbo "comprender" y sus conjugaciones no excluye la presencia de otros elementos o etapas además de las mencionadas en la reivindicación. El artículo "un" o "uno" que precede un elemento no excluye la presencia de una pluralidad de tales elementos. La invención puede implementarse por medio de hardware que comprende varios elementos distintos, y por medio de una computadora adecuadamente programada. En el dispositivo de reivindicación que enumera los diferentes medios, varios de estos medios pueden llevarse a la práctica por uno y el mismo elemento de hardware. El mero hecho de que ciertas medidas se exponen en reivindicaciones dependientes mutuamente diferentes no indica que una combinación de estas medidas no pueda usarse para beneficio.
Los diversos aspectos divulgados en esta patente pueden combinarse para proporcionar ventajas adicionales. La invención se delimita mediante las reivindicaciones adjuntas. Además, algunas de las características pueden formar la base para una o más aplicaciones divisionales.
Breve descripción de los dibujos
Ahora se describirán realizaciones de la invención, solo a manera de ejemplo, con referencia a los dibujos esquemáticos adjuntos en los que los símbolos de referencia correspondientes indican partes correspondientes, y en los que:
La Figura 1 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 2 es una vista en sección transversal esquemática de un módulo de luz con una guía de luz;
La Figura 3 muestra una realización que comprende un reflector de redistribución y un material de conversión de longitud de onda;
Las Figuras 4a-c muestran realizaciones de una red de malla de alambre; y
Las Figuras 5a-5d representan esquemáticamente algún aspecto del sistema de iluminación como se describe en la presente memoria.
Los dibujos no están necesariamente en escala.
Descripción detallada de las realizaciones
Aunque la divulgación ha sido ilustrada y descrita en detalle en los dibujos y en la descripción precedente, dicha ilustración y descripción deben considerarse ilustrativas o ejemplares y no restrictivas; la divulgación no se limita a las realizaciones divulgadas.
La Figura 1 es un gráfico que muestra un espectro de acción germicida para diferentes materiales biológicos en función de la longitud de onda de la luz, con RE que indica la eficacia relativa, con la curva 1 que indica la acción germicida como se deriva del Manual de Iluminación de IES, Volumen de Solicitud, 1987, 14-19; curva 2 que indica la absorción de luz de E. Coli (como se deriva de W. Harm, Efectos biológicos de la radiación ultravioleta, Cambridge University Press, 1980), y la curva 3 que indica la absorción de ADN (como también se deriva del manual de IES). La Figura 2 muestra como una realización básica una sección transversal de un módulo de iluminación 200 que comprende una pluralidad de fuentes de luz 210 (aquí: LED de emisión lateral, en los 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 220 para guiar al menos parte de la luz 211 emitida por las fuentes de luz 210 a través de la reflexión interna total a través del medio óptico, medio óptico que además se proporciona con estructuras ópticas 7 para dispersar la luz 211 y guiar la luz 211 fuera del medio óptico 220 hacia un objeto 1200 para ser apuntado con la luz (un organismo bioincrustante). El medio óptico 220 generalmente se extiende en dos dimensiones significativamente más que en la tercera dimensión, de manera que se proporciona un objeto de tipo bidimensional. Las estructuras ópticas 7 para dispersar la luz 211 se pueden difundir en una o más porciones del material del medio óptico, posiblemente por todo el mismo, en el que en dichas 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 al 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(s) longitud(es) de onda usada(s). La referencia 222 indica una superficie de emisión.
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 UV con el fin de la antiincrustación. 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 antiincrustación actuales y bien establecidas que se basan en recubrimientos 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 entonces guía de luz. Para mantener las condiciones para la 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 recubrimientos (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 a sí mismo para establecer las condiciones para guiar la luz a través del medio óptico.
En algunas realizaciones, el medio óptico puede posicionarse con relación a la superficie protegida, por ejemplo el casco de un barco, de manera que se introduzca un pequeño espacio de aire entre el medio óptico y la superficie protegida; la luz UV puede viajar incluso mejor - con menos absorción - en el aire que en un medio óptico, incluso
cuando este medio óptico se diseña como un material que guía 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 un arreglo de bolsas separadas llenas 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 las 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 se cubre con dicho medio óptico esté sujeta a impacto, por ejemplo un barco que choca contra una dársena, 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 las bolsas de aire que pueden abrir de golpe más fácilmente.
Como la mayoría de los materiales tienen una transmitancia (muy) limitada para la luz UV, se debe tener cuidado en el diseño del medio óptico. Una serie de características y/o realizaciones específicas, que se dedican 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 usar una estructura 'hueca', por ejemplo una estera de goma de silicona con separadores que la mantengan a una pequeña distancia lejos de la superficie protegida. Esto crea 'canales' de aire, a través de los cuales la luz UV puede propagarse con alta eficiencia (el aire es muy transparente para UV). El uso de canales llenos de gas proporcionados por dichas estructuras permite distribuir la luz UV a distancias significativas en un medio óptico de material que de otro modo absorbería la luz UV con demasiada fuerza para ser útil para la antiincrustación. De manera similar, se pueden formar bolsas 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 usar un material más barato/más resistente para el resto de la superficie. Otras realizaciones se divulgan en los dibujos adjuntos, en los que un problema principal es iluminar una gran superficie con luz antiincrustación, preferentemente luz UV, aunque usando fuentes de luz puntuales. Una preocupación típica es la difusión de la luz desde las fuentes puntuales hasta la iluminación de la superficie. En más detalle:
- El área superficial protegida de un buque carguero 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, alrededor de 10 LED por m2 pueden ser necesarios - Esto significa que la luz debe difundirse desde 1 LED en ~ 1.000 cm2
- Como otra condición de frontera se toma que la solución debe ser delgada (orden de magnitud: 1 cm), por ejemplo por razones tales como:
- Para poder agregar la solución como un 'recubrimiento' a un barco
- Para no aumentar la resistencia debido a un aumento del tamaño de la sección transversal del barco - Para mantener los costos de material (al por mayor) limitados.
Por lo tanto, se proporciona 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 alrededor de 1 mm a alrededor de 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 manera 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 (de 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 la antiincrustación que con la retroiluminación de TV LCD.
Existen ideas y soluciones adicionales para obtener una mejor uniformidad en una estructura óptica más delgada, tal como la introducción de dispersores y/o reflectores u otros difusores de luz directamente frente a una o más fuentes de luz.
La Figura 3 muestra (lado izquierdo) la inclusión de un difusor de luz en la forma de cono reflectante 25 en el medio óptico 220 con un vértice hacia la fuente de luz 210. Esto dirige la luz 211 en una dirección que tiene un componente sustancialmente paralelo a la superficie 101 que debe protegerse 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 inefectiva.
Además, la Figura 3 muestra un material de conversión de longitud de onda CM que está incluido en el medio óptico 220. La realización ilustrada se configura para generar al menos parte de la luz antiincrustación al fotoexcitar el material de conversión de longitud de onda CM con luz de una fuente de luz 210 con luz 31 que tiene una primera longitud de onda que provoca que el material de conversión de longitud de onda emita luz antiincrustación 211 a otra
longitud de onda desde el medio óptico 220 hacia el entorno E, es decir aguas abajo de la superficie de emisión 222. La distribución del material de conversión de longitud de onda en el medio óptico 220 puede variar espacialmente, por ejemplo de acuerdo con las distribuciones de intensidad (esperadas) de (diferentes longitudes de onda de) la luz en el medio óptico 220. Los términos "aguas arriba" y "aguas abajo" se refieren a una disposición de elementos o características con relación a la propagación de la luz desde un medio generador de luz (aquí especialmente la primera fuente de luz), en la que con relación a una primera posición dentro de un haz de luz desde los medios de generación de luz, una segunda posición en el haz de luz más cerca de los medios de generación de luz está "aguas arriba", y una tercera posición dentro del haz de luz más lejos de los medios de generación de luz está "aguas abajo".
Las Figuras 4a-4c muestran una realización de malla de alambre donde las fuentes de luz 210 (aquí indicadas con las referencias 3), tales como LED UV, se disponen en una red y se conectan en una serie de conexiones paralelas. Los LED se pueden montar en los nodos como se muestra en la Figura 4b ya sea mediante soldadura, pegado o cualquier otra técnica de conexión eléctrica conocida para conectar los LED a las mallas de alambre 4. Se pueden colocar uno o más LED en cada nodo. Se puede implementar la conducción de DC o AC. En el caso de DC, los LED se montan como se muestra en la Figura 4c. Si se usa AC, entonces se usan un par de LED en configuración antiparalela como se muestra en la Figura 4c. El experto en la técnica sabe que en cada nodo se pueden usar más de un par de LED en configuración antiparalela. El tamaño real de la red de malla de alambre y la distancia entre los LED UV en la red se pueden ajustar estirando la estructura armónica. La red de malla de alambre se puede incrustar en un medio óptico en el que opcionalmente se proporciona una red paralela de características de dispersión como se ilustra en la Figura 3.
Además de la aplicación 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 será sometido a bioincrustación. Esto puede obstaculizar por ejemplo las entradas de agua de las plantas de desalinización, 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 procedimiento, los módulos y/o el sistema de iluminación proporcionados actualmente, es decir una capa superficial adicional delgada efectiva, que evita la bioincrustación en toda el área superficial.
- Aunque la luz UV es la solución preferida, también se contemplan otras longitudes de onda. La luz no UV (luz visible) también es efectiva contra la bioincrustación. Los microorganismos típicos son menos sensibles a la luz no UV que a la luz UV, 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 usar fuentes UV distintas de los LED, tales como lámparas de vapor de mercurio de baja presión. Los factores de forma de estas fuentes de luz son bastante diferentes; 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 la presente memoria 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 usar una capa delgada que emita luz UV hacia el exterior en una dirección que se aleja de la superficie protegida para evitar la bioincrustación, la bioincrustación también podría eliminarse aplicando luz UV desde el exterior en la dirección de la superficie protegida. Por ejemplo hacer brillar una luz UV sobre un casco o superficie que comprende un medio óptico adecuado como se describe. Por lo tanto, un solo medio óptico que emite luz antiincrustación en las direcciones hacia y que se aleja de las superficies protegidas puede ser incluso más eficiente.
Las Figuras 5a-5d representan esquemáticamente algunas realizaciones y variaciones del sistema antiincrustación. La Figura 5a representa esquemáticamente un sistema de iluminación antiincrustación 1 que comprende un elemento 100, tal como por ejemplo un casco 21, un módulo de iluminación 200, y un sistema de control 300. Aquí, como ejemplo de un objeto 1200 con una superficie de incrustación 1201, se representa esquemáticamente una embarcación 20 con dicho casco 21. La superficie de incrustación 1201 puede ser (parte de) un elemento 100 y/o la superficie de un elemento o sistema asociado con dicho objeto 1200. El elemento 100 indica un elemento del objeto, tal como por ejemplo un casco 21 de una embarcación 20. En esta realización representada esquemáticamente, el objeto 1200 comprende adicionalmente el sistema de iluminación antiincrustación que incluye una superficie emisiva (ver a continuación). Por lo tanto, la superficie de incrustación por ejemplo también puede comprender dicha superficie emisiva.
El elemento 100 comprende una primera superficie del elemento 101 (y una segunda cara 102), comprendiendo la primera superficie del elemento 101 por ejemplo un área de al menos 0,4 m2. Por ejemplo, la segunda cara 102 puede ser la pared interna del casco 21 de una embarcación 20. La primera superficie del elemento 101 es la cara hacia el exterior de, en esta realización el recipiente 20, que durante el uso estará al menos parcialmente en contacto con el líquido 5, especialmente el agua. El nivel de líquido se indica con la referencia 15. Como puede verse, al menos parte del elemento 100 se sumerge.
El módulo de iluminación 200 comprende una fuente de luz y un medio óptico 220. Especialmente, la fuente de luz 210 se configura para generar luz antiincrustación 211, que puede incluir especialmente luz UV, incluso más especialmente al menos luz UV-C. El medio óptico 220 se configura especialmente para recibir al menos parte de la luz antiincrustación 211 y se configura además para distribuir al menos parte de la luz antiincrustación 211 a través del medio óptico 220. El medio óptico comprende una primera cara del medio 221, que puede tener por ejemplo un área de al menos 0,4 m2 y una superficie de emisión 222 configurada para emitir al menos parte de la luz antiincrustación distribuida 211 en una dirección que se aleja de la primera cara del medio 221 del medio óptico 220. Aquí, la primera cara del medio 221 se dirige a la primera superficie del elemento 101 del elemento 100. En esta realización, el medio óptico 220 está en contacto físico con la primera superficie del elemento 101 del elemento óptico. Por ejemplo, en dicha realización al menos parte del módulo de iluminación 200 se configura entonces para sellar al menos parte de la primera superficie del elemento 101 con la superficie de emisión 222 configurada más alejada de la primera superficie del elemento 101 que la primera cara del medio 221. Además, el sistema de iluminación 1 comprende un sistema de control 300 configurado para controlar una intensidad de la luz antiincrustación 211 en función de una o más señales de retroalimentación y un temporizador. El temporizador opcional no se representa, pero puede integrarse opcionalmente en el sistema de control. Alternativamente, un sensor, indicado con la referencia 400, puede detectar una señal de tiempo. La referencia 230 indica una fuente de alimentación, que puede recolectar energía localmente, o que puede ser por ejemplo una batería. Opcionalmente, se puede proporcionar energía eléctrica desde la embarcación. La referencia h indica la altura del elemento 100.
A modo de ejemplo, la fuente de alimentación 230, el sistema de control 300, y el sensor 400 se integran todos en el módulo de iluminación 200, y forman con el medio óptico 220 una sola unidad. El módulo de iluminación 200 puede cubrir sustancialmente todo el elemento 100. Aquí, a modo de ejemplo, sólo parte de la 1ra cara 101 se cubre. En la realización representada en la Figura 5a, la 1ra superficie del medio óptico se une a la 1ra cara del elemento 100. La Figura 5b representa esquemáticamente una realización, solo a modo de ejemplo, en la que el medio óptico no se une al elemento 100; por la presente se puede crear un vacío 107. Cabe observar que al menos parte de la unidad de iluminación sella la primera superficie del elemento del elemento 100. Aquí, a modo de ejemplo el elemento es una pared o puerta o una construcción móvil 40, por ejemplo una presa o esclusa. La Figura 5c a modo de ejemplo muestra una pluralidad de elementos 100, y también una pluralidad de módulos de iluminación 200. El sistema de iluminación incluye también una pluralidad de sensores 400, y un solo sistema de control 300. Además, el sistema de recolección de energía local 230 puede ser por ejemplo una célula fotovoltaica. Los módulos de iluminación 200 pueden en una realización formar una sola unidad integrada, y sellar como un todo los elementos 100. Con dicho sistema, se puede monitorear qué medios ópticos 220 están por debajo del nivel de líquido 15. Solo aquellos que están por debajo del nivel de líquido 15 pueden proporcionar luz antiincrustación 211, como se indica en el dibujo. Por supuesto, pueden estar disponibles más módulos de iluminación que los representados esquemáticamente. La Figura 5d representa esquemáticamente el sistema de iluminación individual 1, que también puede acoplarse opcionalmente. Por ejemplo, los sistemas de control 300 pueden comunicarse (inalámbricamente) opcionalmente. No obstante, los sistemas de iluminación también pueden actuar independientemente.
El sensor 400 puede por ejemplo configurarse para detectar uno o más de (i) una velocidad de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación 20), (ii) una velocidad relativa del flujo de agua, (iii) una temperatura del agua, (iv) una carga de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación 220, (v) una posición de la superficie de incrustación 1201 con relación al nivel del agua del agua, y (vi) una presencia de uno o más de un organismo incrustante y un nutriente del organismo incrustante en el agua. Por ejemplo, el sensor puede comprender un sensor de oxígeno disuelto y/o un sensor de nivel de agua. También se pueden aplicar combinaciones de dos o más tipos diferentes de sensores y/o se pueden aplicar el mismo tipo de sensores a diferentes alturas. Cabe observar que la superficie de incrustación 1201 puede comprender (también) en algunas de las realizaciones la superficie de emisión (222), véanse entre las otras Figuras. 5a-5b.
Las realizaciones representadas esquemáticamente en las figuras 5a-5d muestran módulos de iluminación 200 que pueden sellar al menos parcialmente una superficie. Sin embargo, también se pueden aplicar otras realizaciones, por ejemplo medios ópticos, tal como una fibra o una guía de ondas que dirige la luz a la superficie de incrustación 1201.
La unidad integrada 700, como se muestra por ejemplo en algunas de las realizaciones representadas esquemáticamente, puede ser especialmente una unidad cerrada, con la superficie emisiva 221 como una de las caras.
Con respecto a por ejemplo las Figuras 5c-5d, el sistema de iluminación antiincrustación puede incluir una pluralidad de fuentes de luz (no representadas pero incluidas en los módulos de iluminación). La unidad de control puede controlar las fuentes de luz por ejemplo en función de la intensidad necesaria. Por ejemplo, en lugar de tener todas las fuentes de luz encendidas, y apagadas, al mismo tiempo, también puede ser posible hacer que las fuentes de luz cercanas/vecinas parpadeen en contrafase. Es decir, digamos que una luz se programa para estar encendida el 50 % del tiempo, la vecina estará APAGADA cuando la primera luz esté ENCENDIDA; y viceversa. La ventaja es que por ejemplo se ahorra la misma cantidad de energía (50 %), pero se puede lograr un mejor efecto en ciertos lugares (es decir a mitad de camino entre las dos luces, un organismo incrustante ahora recibirá una dosis continua, en lugar de que tenga un "tiempo de recuperación" entre dosis de luz). Por lo tanto, el sistema de iluminación (o módulo de
iluminación) antiincrustación comprende una pluralidad de fuentes de luz, y el sistema de control 300 se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación 211 de una primera fuente de luz en función de la intensidad del luz antiincrustación 211 de otra fuente de luz 210. Cuando se usa una pluralidad de módulos, esto también puede implicar en realizaciones que el sistema de control 300 se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación 211 de un primer módulo de iluminación en función de la intensidad de la luz antiincrustación 211 de otro módulo de iluminación.
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 UV como medio antibioincrustación puede proporcionar 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 que incluyen la industria alimentaria. Por lo tanto, la invención se explica especialmente en relación con el agua, tal como el agua de mar. Sin embargo, la invención no se limita únicamente a dichas aplicaciones. Por lo tanto, en realizaciones no conformes con la invención, el término "agua" puede remplazarse por líquido. Especialmente, dicho líquido también puede incluir especies bioincrustantes y nutrientes para dichas especies bioincrustantes.
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. La invención se delimita mediante las reivindicaciones adjuntas.
Por lo tanto, las soluciones antiincrustación que liberan ciertos productos químicos o biocidas tienen actualmente una gran cuota de mercado. Para que sean efectivos, estos recubrimientos deben proporcionar un entorno que sea hostil para los seres vivos. Un inconveniente es que con el tiempo - ya sea por liberación intencional, o por la limpieza inevitable de la superficie - esos productos químicos se liberan en el agua. Estos productos químicos a menudo permanecen activos, provocando efectos adversos en el medio ambiente. Una forma fundamentalmente diferente de prevenir la bioincrustación es mediante el uso de la emisión de luz UV. Se sabe que la luz UV es efectiva para desactivar o incluso matar los microorganismos, siempre que se aplique una dosis suficiente de una longitud de onda adecuada. Un ejemplo de eso es el tratamiento del agua de lastre. Presentamos un nuevo enfoque para la antibioincrustación, en el que se aplica una capa emisora de luz UV en el exterior del casco de un barco. La introducción de LED UV como fuente de luz permite estructuras similares al recubrimiento, delgadas, en las que la luz UV se difunde uniformemente dentro de la superficie. Otros elementos de diseño óptico garantizarán que la luz se escape más o menos uniformemente por toda la capa de recubrimiento. La capa emisora de UV hará que se reduzca la posibilidad de que los microorganismos se adhieran al casco o incluso lo impida.
En una configuración experimental, hemos logrado resultados prometedores al mantener una superficie libre de bioincrustación durante un período extendido de tiempo. Se dispusieron dos elementos en agua de mar y se mantuvieron allí durante cuatro semanas. Uno fue irradiado con luz UV; el otro no fue irradiado con luz UV. Después de cuatro semanas, el primero incluía solo incrustación en el lugar donde no se recibía luz UV; el lugar en sí estaba libre de incrustación. El último elemento estaba completamente cubierto de incrustación.
Claims (12)
1. Un sistema de iluminación antiincrustación (1) configurado para prevenir o reducir la bioincrustación en una superficie de incrustación (1201) de un objeto (1200), que durante el uso se expone al menos temporalmente al agua, en el que el objeto (1200) es una embarcación (20), proporcionando una luz antiincrustación (211) a dicha superficie de incrustación (1201), comprendiendo el sistema de iluminación antiincrustación (1):
- un módulo de iluminación (200) que comprende (i) una fuente de luz (210) configurada para generar dicha luz antiincrustación (211);
- un sistema de control (300) configurado para controlar una intensidad de la luz antiincrustación (211) en función de uno o más de (i) una señal de retroalimentación relacionada con un riesgo de bioincrustación y (ii) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo (211);
en el que:
- el sistema de iluminación antiincrustación (1) se configura para proporcionar dicha luz antiincrustación (211) a través de un medio óptico (220) a dicha superficie de incrustación (1201), en el que el módulo de iluminación (200) comprende además (ii) dicho medio óptico (220) configurado para recibir al menos parte de la luz antiincrustación (211), comprendiendo el medio óptico (220) una superficie de emisión (222) configurada para proporcionar al menos parte de dicha luz antiincrustación (211); y
- el medio óptico (220) se configura para distribuir al menos parte de la luz antiincrustación (211) a través del medio óptico (220), comprendiendo el medio óptico (iia) una primera cara del medio (221), y (iib) dicha superficie de emisión (222), la superficie de emisión (222) configurada para emitir al menos parte de la luz antiincrustación distribuida (211) en una dirección que se aleja de la primera cara del medio (221) del medio óptico (220).
2. El sistema de iluminación antiincrustación (1) de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el medio óptico (220) comprende uno o más de una guía de ondas y una fibra óptica, y en el que la luz antiincrustación (211) comprende uno o más de luz UV-A y UV-C.
3. El sistema de iluminación antiincrustación (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de control (300) se configura para controlar la intensidad de la luz antiincrustación (211) en función de la retroalimentación de un sensor (400), en el que el sensor (400) se configura para detectar uno o más de (i) una velocidad de la embarcación que comprende dicho módulo de iluminación (200), (ii) una velocidad relativa del flujo de agua en un lado de la superficie de incrustación (1201), (iii) una temperatura del agua del agua en un lado de la superficie de incrustación (1201), (iv) una carga de la embarcación que comprende dicho módulo de iluminación (220), (v) una posición de la superficie de incrustación (1201) con respecto a un nivel de agua del agua en un lado de la superficie de incrustación (1201), y (vi) una presencia de uno o más de un organismo incrustante y un nutriente de organismo incrustante en agua en un lado de la superficie de incrustación (1201).
4. El sistema de iluminación antiincrustación (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, configurado para proporcionar la luz antiincrustación (211) de forma pulsada en el que los períodos con luz antiincrustación (211) se alternan con períodos sin luz antiincrustación (211).
5. Un objeto (1200) que durante el uso se expone al menos temporalmente al agua, comprendiendo el objeto (1200) una superficie de incrustación (1201) que durante el uso está en contacto al menos temporalmente con el agua, comprendiendo además el objeto (1200) el sistema de iluminación antiincrustación (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el módulo de iluminación (200) se configura para irradiar con la luz antiincrustación (211) al menos parte de dicha superficie de incrustación (1201), en el que el objeto (1200) es una embarcación (20); comprendiendo el objeto (1200) un elemento (100), comprendiendo el elemento (100) una primera superficie del elemento (101), en el que el módulo de iluminación (200) comprende (i) la fuente de luz (210) configurada para generar la luz antiincrustación ( 211); en el que la primera cara del medio (221) se dirige a la primera superficie del elemento (101) del elemento (100); en el que al menos parte del módulo de iluminación (200) se configura para sellar al menos parte de la primera superficie del elemento (101) con la superficie de emisión (222) configurada más alejada de la primera superficie del elemento (101) que la primera cara del medio (221); y en el que la superficie de incrustación (1201) comprende dicha superficie de emisión (222).
6. El objeto (1200) de acuerdo con la reivindicación 5, en el que la embarcación (20) comprende un casco (21) que comprende dicho elemento (100), en el que la primera cara del medio (221) está en contacto físico con la primera superficie del elemento (101).
7. El objeto (1200) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 5-6, configurado para proporcionar luz antiincrustación (211) de forma pulsada en el que los períodos con luz antiincrustación (211) se alternan con períodos sin luz antiincrustación (211).
8. El objeto (1200) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 5-7, que comprende una pluralidad de módulos de iluminación (200) dispuestos sobre al menos parte de una altura (h) del objeto (1200), en el que el sistema de control (300) se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación (211) en función de una posición de las superficies de emisión (222) con relación al nivel de agua del agua en un lado de la superficie del sistema (1201), en el que el módulo de iluminación (200) comprende una pluralidad de fuentes de luz (210), y en el que el sistema de control (300) se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación (211) de una primera fuente de luz (210) en función de la intensidad de la luz antiincrustación (211) de otra fuente de luz (210).
9. Un procedimiento de antiincrustación de una superficie de incrustación (1201) de un objeto (1200) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores 5-8, que durante el uso se expone al menos temporalmente al agua, comprendiendo el procedimiento:
- generar la luz antiincrustación (211) en función de uno o más de (i) una señal de retroalimentación relacionada con el riesgo de bioincrustación y (ii) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo (211);
- proporcionar dicha luz antiincrustación (211) a dicha superficie de incrustación (1201).
10. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, que comprende además controlar la intensidad de la luz antiincrustación (211) en función de la retroalimentación de un sensor (400), en el que el sensor (400) se configura para detectar uno o más de (i) una velocidad de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación (200), (ii) una velocidad relativa del flujo de agua en un lado de la superficie de incrustación (1201), (iii) una temperatura del agua del agua en un lado de la superficie de incrustación (1201), (iv) una carga de una embarcación que comprende dicho módulo de iluminación (200), (v) una posición de la superficie de incrustación (1201) con relación al nivel de agua del agua en un lado de la superficie de incrustación (1201), y (vi) una presencia de uno o más de un organismo incrustante y un nutriente de organismo incrustante en agua en un lado de la superficie de incrustación (1201).
11. Un procedimiento de proporcionar un sistema de iluminación antiincrustación (1) a un objeto (1200), que durante el uso se expone al menos temporalmente al agua, en el que el objeto (1200) es una embarcación (20), comprendiendo el procedimiento unir un sistema de iluminación antiincrustación como se define en una cualquiera de las reivindicaciones 1-5 al objeto (1200), en el que el módulo de iluminación (200) se configura para proporcionar dicha luz antiincrustación (211) a una superficie incrustante (1201) de uno o más del objeto (1200) y el módulo de iluminación unido al objeto (1200).
12. El procedimiento de acuerdo con la reivindicación 11, en el que el sistema de control (300) se configura para controlar una intensidad de la luz antiincrustación (211) en función de (i) una señal de retroalimentación relacionada con un riesgo de bioincrustación y (ii) un temporizador para variar la intensidad de la luz antiincrustación en función del tiempo (211).
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