ES2964292T3 - Trampa para sedimentos marinos de flujo horizontal - Google Patents
Trampa para sedimentos marinos de flujo horizontal Download PDFInfo
- Publication number
- ES2964292T3 ES2964292T3 ES20703831T ES20703831T ES2964292T3 ES 2964292 T3 ES2964292 T3 ES 2964292T3 ES 20703831 T ES20703831 T ES 20703831T ES 20703831 T ES20703831 T ES 20703831T ES 2964292 T3 ES2964292 T3 ES 2964292T3
- Authority
- ES
- Spain
- Prior art keywords
- section
- zone
- trap
- area
- entrance
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013049 sediment Substances 0.000 title claims abstract description 47
- 238000004062 sedimentation Methods 0.000 claims abstract description 49
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 28
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000011161 development Methods 0.000 claims description 14
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 6
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 12
- 238000013461 design Methods 0.000 description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 5
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 5
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 235000015097 nutrients Nutrition 0.000 description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 3
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008859 change Effects 0.000 description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 1
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000196324 Embryophyta Species 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 1
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 1
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000000295 complement effect Effects 0.000 description 1
- 230000001010 compromised effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000011065 in-situ storage Methods 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000009533 lab test Methods 0.000 description 1
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 235000010755 mineral Nutrition 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000005416 organic matter Substances 0.000 description 1
- 230000029553 photosynthesis Effects 0.000 description 1
- 238000010672 photosynthesis Methods 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 1
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 1
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000012795 verification Methods 0.000 description 1
- 239000003643 water by type Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N1/20—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state for flowing or falling materials
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N2001/1006—Dispersed solids
- G01N2001/1012—Suspensions
- G01N2001/1025—Liquid suspensions; Slurries; Mud; Sludge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/02—Devices for withdrawing samples
- G01N1/10—Devices for withdrawing samples in the liquid or fluent state
- G01N2001/1031—Sampling from special places
Abstract
Trampa (1) para sedimentos marinos, caracterizada porque comprende en dos lados verticales, opuestos entre sí, una primera abertura de entrada (10) y una segunda abertura de salida (11), configurada para permitir la entrada y la salida de los sedimentos marinos. corriente, comprendiendo dicha trampa (1) entre dichas dos aberturas (10, 11): un área de entrada (12), cuya sección diverge en términos de ancho entre dicha abertura de entrada (10) y la sección extrema (122) de dicha área de entrada (12); una zona de sedimentación (13) que tiene una sección mayor que dicha sección extrema (122) de la zona de entrada (12), configurada para permitir la separación por gravedad de las partículas presentes en la corriente marina, y una zona de salida (14) cuya sección converge en términos de ancho entre la sección donde dicha área de salida (14) está conectada a dicha área de sedimentación (13) y dicha segunda abertura de salida (11) caracterizada porque la sección de dicha área de entrada (12) converge en términos de altura entre dicha abertura de entrada (10) y su propia sección extrema (122), siendo el fondo de dicha área de entrada (12) convergente hacia arriba y porque la sección de dicha área de salida (14) diverge en términos de altura entre la sección en la que dicha el área de salida (14) está conectada a dicha área de sedimentación (13) y dicha segunda abertura de salida (11). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Trampa para sedimentos marinos de flujo horizontal
La presente invención se refiere a una trampa para sedimentos marinos de flujo horizontal, lo cual es útil para la recolección y el muestreo de los sedimentos marinos en los que las corrientes horizontales no son de menor importancia.
Campo técnico
En el estado de la técnica, varias formas de realización de trampas de sedimentos marinos son conocidas, y se describen en literatura, como por ejemplo Coale (1990), Valdes y Price (1999), Honjo (2001) y Lampitt (2001). Las trampas de sedimentos son contenedores colocados en los mares y océanos por los investigadores interesados en los ambientes marinos, para recolectar las partículas que suelen caer en el lecho marino. Además, las trampas recolectan los sedimentos finos o depósitos de una cierta entidad, conocida como "nieve marina", la cual está hecha de materia orgánica, organismos marinos muertos, conchas diminutas, polvo y minerales.
El análisis de las muestras recolectadas permite a los investigadores evaluar los movimientos de los nutrientes y oligoelementos como el carbón, el nitrógeno, el calcio, la silicona y el uranio de la superficie del océano hasta las profundidades de este. Estos elementos constituyen el alimento para casi la totalidad de las formas de vida en aguas profundas, ya que las especies vegetales no crecen en las grandes profundidades debido a que no hay suficiente luz para que se realice la fotosíntesis. Los investigadores también están interesados en analizar los elementos presentes en las huellas para recolectar pistas sobre la circulación oceánica en épocas pasadas.
Estado de la técnica
El interés en la posibilidad de llevar a cabo estos análisis (y otros más, que no se describen en la presente para ser breve) ha llevado a la realización de las trampas de sedimentos conocidas en el estado de la técnica. Las trampas de sedimentos actualmente disponibles se desarrollan verticalmente y están provistas generalmente de un gran embudo, cuya abertura mayor está dirigida hacia arriba, y de un recipiente colector de sedimentos en el fondo, situado en la abertura menor de dicho embudo y configurado para recolectar los sedimentos depositados en el interior del embudo. Las dimensiones de la abertura del embudo suelen ser un valor estándar (generalmente entre 0,25 y 0,62 metros cuadrados), y en dicha abertura se dispone convenientemente una rejilla para evitar que entren objetos de grandes dimensiones que obstruyan la trampa.
Un modo típico de instalación de la trampa prevé que la misma se acople a un cable, fijado a una boya, de modo que la trampa quede suspendida a una profundidad determinada. Como alternativa o complemento, la trampa puede fijarse a un ancla o a un lastre mediante cables adecuados.
Tras la instalación, hay que esperar un cierto intervalo de tiempo (normalmente unos meses) antes de que vuelva a pasar un barco para recuperar la trampa. Para facilitar la recolectada, algunas trampas disponen de un medio de desacoplamiento de la trampa del lastre, que puede ser accionado por un mando a distancia, mediante el cual es posible desacoplar la trampa de su anclaje para hacerla subir mediante el efecto de flotación, llevando así a la superficie tanto la trampa como las muestras recolectadas.
Otras formas de realización conocidas en el estado de la técnica prevén que la trampa comprenda una pluralidad de recipientes colectores y un sistema automatizado que permite cambiar el recipiente colector colocado bajo el embudo a intervalos de tiempo preestablecidos o en función de señales enviadas por sensores que controlan las características del agua (como por ejemplo la temperatura y el pH).
Entonces, cada recipiente colector recolecta las muestras en relación con un intervalo de tiempo conocido, y esta medida permite que el conjunto funcione de forma continua también durante un intervalo de tiempo de dos años.
Se describen algunas formas de realización conocidas en el estado de la técnica en los documentos de patentes CN107478458, GB2085843, US4762009, como en el artículo realizado porEmily A. Elliot et al. "Método novedoso para el muestreo de la carga de sedimentos en suspensión en el medio mareal, utilizando muestreadores bidireccionales de flujo másico de sedimentos integrados en el tiempo (TIMS)", Estuarine, Coastal and shelf science, vol. 199, 2017.
Problema técnico
Aunque las trampas para sedimentos marinos ya se utilizan actualmente, siguen sin resolverse algunos problemas que limitan su eficacia de uso.
En particular, un primer punto crítico en la utilización de las trampas del tipo que acabamos de describir son las corrientes que, cuando son intensas, pueden arrastrar sedimentos más allá de la trampa, no permitiendo así su caída, y, por tanto, su atrapamiento. Este fenómeno genera un error en la evaluación cuántica de las partículas presentes en el agua y en su proceso de sedimentación que no puede corregirse adecuadamente con facilidad. Para resolver, aunque solo sea parcialmente, este problema, se han diseñado algunas trampas para sedimentos, siempre con desarrollo vertical, que están equilibradas respecto a las fuerzas de flotación y, que se mueven según las corrientes dominantes, permaneciendo siempre a una profundidad determinada durante la recolectada de sedimentos.
Otro límite típico de las trampas de sedimentos conocidas en el estado de la técnica es que deben permanecer verticales en el agua para funcionar correctamente. Las trampas colocadas en zonas con corrientes intensas tienen que ajustar continuamente el ángulo de inclinación, de modo que los investigadores puedan definir los intervalos de tiempo durante los cuales los resultados del muestreo se ven comprometidos debido a una inclinación excesiva. Otro problema técnico es que las muestras pueden influenciarse entre sí. De hecho, debido a que el océano profundo se caracteriza por la falta de nutrientes, también un recipiente colector lleno de sedimentos representa una importante cantidad de nutrientes para el zooplancton local. En algunas trampas, una buena porción de los sedimentos provienen de organismos "natatorios" atrapados, los cuales estaban buscando alimento, y, por lo tanto, no representan el fenómeno de sedimentación, por la cual la trampa de estudio fue colocada.
Generalmente, se puede decir que los primeros estudios en las trampas en la columna acuática (1970-80) son en función del proceso de sedimentación con caída vertical de las partículas en el agua.
Estudios recientes (Siegel y Deuser, 1997) muestran cómo las corrientes que se aproximan a una trampa son muy complejas debido a la presencia de movimientos horizontales y a la falta de homogeneidad espacial en los procesos que provocan el hundimiento de las partículas. En presencia de corrientes muy turbulentas, las trampas de sedimentos tradicionales no funcionan correctamente o no funcionan en absoluto.
Objetivo de la invención
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar una trampa para sedimentos marinos que supere los limites relacionados a las trampas conocidas en el estado de la técnica.
Más en particular, el objetivo de la presente invención es proporcionar una trampa para sedimentos marinos de flujo horizontal capaz de funcionar eficientemente también en presencia de corrientes intensas y turbulentas.
Breve descripción
La presente invención realiza los fines prefijados ya que se trata de una trampa (1) para sedimentos marinos según la reivindicación 1, comprendiendo la trampa en dos lados verticales, opuestos entre sí, una primera abertura de entrada (10) y una segunda abertura de salida (11), configuradas para permitir la entrada y la salida de la corriente marina, comprendiendo dicha trampa (1) entre dichas dos aberturas (10, 11) una zona de entrada (12), cuya sección diverge en anchura entre dicha abertura de entrada (10) y la sección final (122) de dicha zona de entrada (12); una zona de sedimentación (13) con una sección mayor que dicha sección final (122) de la zona de entrada (12), configurada para permitir la separación por gravedad de las partículas presentes en la corriente marina, y una zona de salida (14) cuya sección converge en términos de anchura entre la sección donde dicha zona de salida (14) está conectada a dicha zona de sedimentación (13) y dicha segunda abertura de salida (11) caracterizada porque la sección de dicha zona de entrada (12) converge en términos de altura entre dicha abertura de entrada (10) y su propia sección final (122), el fondo de dicha zona de entrada (12) es convergente hacia arriba y en que la sección de dicha zona de salida (14) es divergente en términos de altura entre la sección en la que dicha zona de salida (14) está conectada a dicha zona de sedimentación (13) y dicha segunda abertura de salida (11).
Descripción detallada de la invención
La trampa de acuerdo a la invención se describirá ahora con referencia a los dibujos adjuntos 1 a 5, que muestran formas de realización preferidas de la invención.
Las figuras 1 y 2 muestran respectivamente vistas en perspectiva superior e inferior de una primera forma de realización preferida de la trampa, de la cual la figura 3 muestra una vista superior y una vista lateral, y la figura 4 muestra una vista en sección.
La figura 5 muestra una vista lateral de una segunda forma de realización.
Como se muestra en la figura 1 adjunta, la trampa (1) de acuerdo con la invención tiene un desarrollo vertical, y en dos planos verticales, opuestos entre sí, está provista de una primera (10) y una segunda abertura (11), configuradas para permitir la entrada y salida de la corriente marina con sedimentos arrastrados por ella.
Como se desprende de la vista en sección vertical de la figura 4, en el interior de la trampa (1), procediendo desde la abertura de entrada (10) hasta la abertura de salida (11) se proporcionan una zona de entrada (12), una zona de sedimentación (13) y una zona de salida (14).
La zona de entrada (12) es un conducto divergente en planta y convergente hacia arriba (para "invitar" al flujo en la parte superior de la cámara de sedimentación). De acuerdo con la primera forma de realización, la sección final (122) y la abertura de entrada tienen áreas iguales; en una segunda forma de realización, la sección final (122) del área de entrada tiene dimensiones mayores que la abertura de entrada (10), de modo que la velocidad del agua disminuye dentro de la cámara de sedimentación. Pero dicho aumento de sección debe ser contenido en porcentaje, para evitar que la ralentización de la corriente provoque un aumento de presión contraproducente respecto a la necesidad de hacer fluir las partículas hacia la cámara de sedimentación (13). Preferentemente, dicho aumento de sección es inferior al 20 %, y más preferiblemente inferior al 10 %.
En la vista en sección vertical de la figura 4 se puede apreciar que, en una forma de realización preferida, la zona de entrada (12) tiene un desarrollo vertical decreciente, y tiene sin embargo un desarrollo horizontal creciente, como se puede apreciar en la vista en sección horizontal de la figura 4. En particular, con referencia a la figura 1, la anchura (L2) de la sección extrema (122) de la zona de entrada (12) es mayor que la anchura (L1) de la abertura de entrada (10), y la altura (H2) de la sección extrema (122) de la zona de entrada (12) es menor que la altura (H1) de la abertura de entrada (10). El efecto técnico de esta medida es obtener un conducto, donde al mismo tiempo, el flujo se ralentiza y de todos modos la profundidad de caída de un sedimento disminuye, para que pueda ser recolectado, como queda claro en la siguiente descripción.
Una zona de sedimentación (13) se encuentra, de hecho, junto a la zona de entrada (12). La zona de sedimentación (13) está provista de una anchura constante e igual a la anchura (L2) de la porción final de la zona de entrada, pero también está provista de un aumento de profundidad. En una primera forma de realización, este aumento de profundidad es rápido y se produce en la sección de unión de las dos zonas.
Al atravesar la zona de sedimentación (13) en el sentido de su longitud (Ls), las partículas sólidas contenidas en el flujo tienden a sedimentarse, según la conocida ley de sedimentación.
La longitud y la profundidad de la cámara de sedimentación son obviamente parámetros de diseño variables como una función del diámetro medio esperado de las partículas a sedimentar y de la velocidad media y máxima esperada para la corriente. A modo de ejemplo, en cualquier caso, puede decirse que la sección de dicha cámara de sedimentación ha de ser al menos dos veces la sección final (122) de la zona de entrada (12) y preferiblemente igual a al menos cuatro veces dicha sección final (122).
Al final de la zona de sedimentación (13), un nuevo cambio de sección la une a la zona de salida (14), cuya sección inicial (141) tiene preferentemente las mismas dimensiones que la sección final de la sección de entrada.
En particular, la altura del borde inferior (145) de la sección de acoplamiento de la zona de salida (14) está al menos a la misma altura que el borde inferior (125) de la sección extrema (142) de la zona de entrada (12). De esta forma, la pared (132) al final del área de sedimentación (13) evitará el arrastre y la posible salida de aquellas partículas que iniciaron su sedimentación cayendo.
Preferentemente, pero no de forma limitativa, dicha pared (132) es lisa y está recubierta de un material con características de baja adherencia superficial, de forma que las partículas no tienden a ad- aquí en la misma, sino que pueden precipitar en el fondo (133) de la zona de sedimentación (13), como se describe a continuación.
De acuerdo con otra forma de realización no mostrada en las figuras, la altura del borde inferior (145) de la sección de acoplamiento de la zona de salida (14) está a una altura superior con respecto al borde inferior (125) de la sección extrema (122) de la zona de entrada (12). Preferiblemente, también, como se puede observar tanto en la vista lateral de la figura 3 como en la vista en sección vertical de la figura 4, la cara superior (15) de la trampa (1) es plana y horizontal, con el fin de obtener los efectos de ralentización del flujo que se acaban de describir minimizando así las turbulencias inducidas por el mismo.
Al describir ahora la zona de salida (14), según una forma de realización preferida, la misma es simétrica a la zona de entrada (12) con respecto a un plano vertical ortogonal al flujo de corriente y que pasa por el centro de la zona de sedimentación (13). De este modo, con una sección de salida igual a la de entrada, la velocidad del agua en estas secciones será igual. Además, al realizar la sección de entrada de la trampa con un área suficientemente grande en relación con la velocidad de la corriente exterior a la trampa, se puede suponer que dicha velocidad se mantendrá aproximadamente en el conducto de entrada, cuya longitud y estructura tienden a minimizar los fenómenos de turbulencia no deseados.
Tras describir el dispositivo y su funcionamiento, a modo de ejemplo no limitativo se describirán algunos detalles relativos al dimensionamiento que lo hacen particularmente eficaz. Se pueden definir dos parámetros característicos para evaluar en la etapa de diseño las prestaciones de la trampa (1) según la invención:
1) Rv definida como la relación entre la velocidad media en el interior de la zona de sedimentación (13) y la velocidad media en la abertura de entrada (10) de la trampa (1), obtenida dividiendo el área de paso del conducto en la entrada por el área de paso de la cámara de sedimentación. El parámetro Rv puede obtenerse a partir de la relación
Q = V-A ( e c . 1)
en donde Q es el caudal de entrada en la trampa, V la velocidad media en la abertura de entrada (10) y A el área de la sección de dicha abertura. Siendo el caudal Q constante, indicando con As y Vs el área de la sección de paso de la cámara de sedimentación (13) y la velocidad media de la misma, resulta
Q - V-A - Vs-As ( e c . 2)
de la cual
Rv = A/As = Vs/V (ec . 3)
2) Ra definida como la relación entre la longitud (Ls) de la cámara de sedimentación y su longitud. Este parámetro sirve para definir la eficacia de atrapamiento con respecto al diámetro medio equivalente de las partículas, y es un parámetro constructivo vinculado a la trayectoria descendente que debe seguir la partícula en la cámara de sedimentación para quedar atrapada en ella.
En otros términos, tras definir los datos de diseño mínimos y esperados relativos al peso específico y al diámetro equivalente de los sedimentos que se pretende atrapar y relativos al valor máximo de la corriente que arrastra las partículas en dirección horizontal, mediante la ley de caída de sedimentos (que considera tanto la fuerza de peso de las partículas consideradas como la fuerza de arrastre) es posible individuar la trayectoria descendente. Es necesario que dicha trayectoria sea interior a la cámara de sedimentación (o al menos que la trayectoria no salga de la abertura de salida), la cual, así, tendrá una longitud y una altura capaces de permitir la caída de las partículas.
Con referencia a la variación de la sección de la zona de entrada (12), como ya se ha dicho en una primera forma de realización, dicha sección permanece constante a lo largo del desarrollo de la zona de entrada (12); en una segunda forma de realización la variación de la sección que aumenta entre la abertura (10) y la sección final (122) es de alrededor de 10 %, mientras que la altura disminuye en más de un 50 %. Con referencia al desarrollo longitudinal del sistema (es decir, en la dirección de la corriente), preferentemente pero no de forma limitativa, las longitudes de la zona de entrada (12) y de la zona de salida (14) son iguales entre sí o, en cualquier caso, comparables, y están comprendidas entre 40 y 50 cm, mientras que, como ya se ha dicho, la longitud de la cámara de sedimentación tiene una longitud de diseño que depende del valor esperado de la partícula de menor peso específico y diámetro y del mayor valor esperado de la corriente. Con este dimensionamiento, la altura (H2) de la sección final (122) de la zona de entrada (12) puede tener dimensiones comprendidas entre 20 y 30 cm. Como se ha explicado, las partículas tienden a sedimentarse en el fondo (133) de la zona de sedimentación (13). De acuerdo a una primera forma de realización mostrada como ejemplo en la figura 3, el fondo (133) de la zona de sedimentación (13) es plano, y puede desmontarse en una sección horizontal (134), para permitir recuperar los sedimentos depositados.
De acuerdo a otra forma de realización no mostrada en las figuras, la zona de sedimentación (13) tiene en la parte inferior un desarrollo en embudo (136) que termina en una zona colectora (137) donde se recolectan los sedimentos. Convenientemente, dicha área de recolección puede removerse para la recolección de sedimentos.
Sin embargo, de acuerdo a otra forma de realización, la zona de entrada puede tener una sección ligeramente convergente, con variaciones de todos modos contenidas, de modo que se genere una reducción de presión que tenga un efecto de invitación de los sedimentos hacia la cámara de sedimentación. Esta configuración, al aprovechar el efecto Venturi, y, por tanto, una reducción de la presión en las secciones de menor área con aumento relativo de la velocidad, permitiría que la corriente y las partículas se dirigieran hacia la cámara de sedimentación. Viceversa, en el conducto de salida crea un aumento de presión en la dirección del flujo que ayuda a que no salgan las partículas. Los coeficientes de reducción o aumento de las secciones de cruce de los conductos de entrada y salida son parámetros de diseño variables en función de las corrientes previstas.
La trampa (1) de acuerdo a lo que se describe se encuentra configurada para instalarse de modo que mantenga la posición horizontal en el agua y se oriente automáticamente de modo que ofrezca la abertura de entrada (10) a la corriente. A tal fin, preferentemente pero no limitativamente, el dispositivo puede proporcionar en una o más superficies exteriores elementos hidrodinámicos configurados para ofrecer la menor resistencia al flujo de agua cuando el dispositivo se orienta según lo deseado. En cuanto al material con el que debe construirse la trampa, es necesario que se garantice tanto su durabilidad en un entorno fuertemente corrosivo y agresivo, como es el mar, como una cierta ligereza. Por lo tanto, los materiales utilizados para las trampas más comunes con desarrollo vertical son adecuados, como por ejemplo el plástico y los materiales metálicos con buena durabilidad en el mar, como por ejemplo el bronce.
Con el dispositivo de acuerdo con la invención, se han realizado pruebas sobre un modelo físico por el Laboratorio di Ingegneria Costiera - LIC del Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica (DICATECh) del Politecnico de Bari, simulaciones numéricas y una experimentación de campo a 590 m de profundidad por la zona de Glomar-Challenger Basin (Mar de Ross, Antártida Occidental).
Las pruebas demostraron lo siguiente:
1) la trampa de acuerdo con la invención permite los sedimentos que caen en presencia de corrientes horizontales;
2) la elección de los parámetros Rv y Ra es un elemento de diseño que puede modificarse en la etapa de realización de la trampa en función de la velocidad típica de las corrientes de la zona en la que se pretende instalar y en función de las dimensiones supuestas de las partículas a atrapar; 3) las pruebas sobre el modelo físico y mediante un código numérico detectaron la bondad de funcionamiento;
4) la prueba realizada en la Antártida detectó también la eficacia de la trampa propuesta, que, sólo por su desarrollo horizontal, no tiene los límites típicos de las trampas con desarrollo vertical conocidas en el estado de la técnica.
Lo que acabamos de describir ha sido confirmado por las pruebas de laboratorio en términos de velocidad y parámetros de turbulencia (véase el ejemplo A), por las simulaciones numéricas (véase el ejemplo B) y por la evaluación in situ (véase el ejemplo C).
Ejemplo A
El Laboratorio di Ingegneria Costiera - LIC del Dipartimento di Ingegneria Civile, Ambientale, del Territorio, Edile e di Chimica (DICATECh) del Politécnico de Bari ha realizado pruebas sobre un modelo físico que demuestran la notable reducción de la velocidad en la cámara de sedimentación. La figura 6 muestra los valores de velocidad medidos en el interior del dispositivo con el sistema ADV (velocímetro Doppler acústico) 3D que pone de manifiesto la reducción de velocidad en la cámara de atrapamiento central que permite la decantación de las partículas y por tanto su atrapamiento.
Ejemplo B
Se realizaron simulaciones numéricas mediante el software ANSYS de la velocidad y sedimentación variando la geometría de la trampa, la velocidad de entrada de la corriente y de las partículas.
Algunas de ellas, que permitieron la verificación del funcionamiento de la trampa propuesta, se describen a modo de ejemplo. La figura 7 muestra un desarrollo típico de los perfiles de velocidad en el conducto de entrada de la corriente, la figura 8 reproduce los perfiles de velocidad en el conducto de salida.
Los valores son uniformes cerca de la sección de entrada (alrededor de 6 m/s en la simulación analizada).
En la cámara de sedimentación, como se muestra en la figura 9, se observa lo que sigue.
En la sección inicial de la cámara de sedimentación los valores de velocidad son muy altos, ya que la zona de paso es muy reducida. A continuación, en las dos secciones siguientes se puede ver cómo la velocidad asume diferentes valores (también de signo) al variar la coordenada vertical z. Esto explica la formación de vórtices con disipación de energía, caracterizados por velocidades siempre decrecientes hasta un cambio de signo. Es justo debido a la baja velocidad de la corriente que la partícula decanta en el fondo de la trampa. Es de notar como difieren los desarrollos superiores de la velocidad, firmando una disminución al aumentar la distancia x respecto a la sección de entrada. De hecho, la velocidad dentro de la trampa disminuye, según lo esperado. Además, hay que hacer una última observación para el punto en el que la velocidad es nula: mientras x aumenta el punto se hunde.
El comportamiento de las partículas sólidas en la trampa denota una sedimentación definitiva en el fondo de la cámara de sedimentación. La figura 11 muestra la trayectoria de las partículas sedimentadas en el caso de la simulación analizada.Ejemplo C
Se instaló una trampa horizontal a 590 m de profundidad en Morring H1, en la cuenca Glomar-Challenger (Mar de Ross, Antártida occidental, figura C1), cerca de una trampa vertical clásica.
En particular, en uno de los estudios realizados estaba presente una corriente con velocidad máxima de 10 cm/s. En esta condición hidrodinámica, la trampa horizontal (experimentada, como se ha dicho, con una trampa vertical clásica al lado) tenía una buena eficacia de captura, mucho mejor que las trampas verticales clásicas. En presencia de dicha corriente, el Flujo de Masa Total Anual, TMF en la trampa horizontal fue mayor que el de la trampa vertical. Se trata de partículas muy importantes desde el punto de vista científico que la trampa vertical no podría captar.
Claims (9)
1. Trampa (1) para sedimentos marinos, en la que dicha trampa comprende dos lados verticales, opuestos entre sí, una primera abertura de entrada (10) y una segunda abertura de salida (11), configuradas para permitir la entrada y la salida de la corriente marina, comprendiendo la trampa (1) entre las dos aberturas (10, 11):
- una zona de entrada (12), cuya sección diverge en términos de anchura entre la abertura de entrada (10) y la sección final (122) de la zona de entrada (12);
- una zona de sedimentación (13) que tiene una sección mayor que la sección final (122) de la zona de entrada (12), configurada para permitir la separación por gravedad de las partículas presentes en la corriente marina,
- y una zona de salida (14) cuya sección converge en anchura entre la sección donde la zona de salida (14) está conectada a la zona de sedimentación (13) y la segunda abertura de salida (11) caracterizada porque
la sección de la zona de entrada (12) converge en altura entre la abertura de entrada (10) y su propia sección extrema (122), siendo el fondo de la zona de entrada (12) convergente hacia arriba
y porque la sección de la zona de salida (14) diverge en términos de altura entre la sección en la que la zona de salida (14) está conectada a la zona de sedimentación (13) y la segunda abertura de salida (11).
2. Trampa (1) para sedimentos marinos de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque que dicha zona de entrada tiene una sección transversal constante a lo largo de su propio desarrollo axial.
3. Trampa (1) para sedimentos marinos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha zona de sedimentación (13) está provista de una anchura constante e igual a la anchura (L2) de la porción final de dicha zona de entrada (12), y porque dicha zona de sedimentación (13) está provista también de un aumento de profundidad con respecto a dicha zona de entrada (12) en la sección de unión de dichas zonas.
4. Trampa (1) para sedimentos marinos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha zona de salida (14) es simétrica a dicha zona de entrada (12) con respecto a un plano vertical que pasa por el centro de dicha zona de sedimentación (13) y ortogonal al flujo de corriente.
5. Trampa (1) para sedimentos marinos de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizada porque la variación de sección que aumenta entre la abertura (10) y la sección final (122) de dicha zona de entrada es de alrededor del 10 %, mientras que la altura disminuye más del 50 % entre las mismas secciones.
6. Trampa (1) para sedimentos marinos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el fondo (133) de dicha zona de sedimentación (13) es plano, y se puede desmontar en una sección horizontal (134), para permitir recuperar los sedimentos depositados.
7. Trampa (1) para sedimentos marinos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la zona de sedimentación (13) tiene en la porción inferior un desarrollo en embudo (136) que termina en una zona colectora (137) donde se recolectan los sedimentos.
8. Trampa (1) para sedimentos marinos de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende además en una o más superficies exteriores elementos hidrodinámicos configurados para ofrecer la menor resistencia al flujo de agua cuando el dispositivo se orienta de acuerdo con la dirección de la corriente marina.
9. Trampa (1) para sedimentos marinos según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque dicha zona de entrada es horizontalmente divergente y verticalmente convergente, reduciendo así en conjunto el área de la sección de paso en la dirección del flujo, y dicha zona de salida es horizontalmente convergente y verticalmente divergente, aumentando así en conjunto gradualmente el área de la sección de paso en la dirección del flujo.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT102019000000931A IT201900000931A1 (it) | 2019-01-22 | 2019-01-22 | Trappola per sedimenti marini a flusso orizzontale |
| PCT/IB2020/050374 WO2020152553A1 (en) | 2019-01-22 | 2020-01-17 | Trap for horizontal flow marine sediments |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2964292T3 true ES2964292T3 (es) | 2024-04-05 |
Family
ID=66218329
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES20703831T Active ES2964292T3 (es) | 2019-01-22 | 2020-01-17 | Trampa para sedimentos marinos de flujo horizontal |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP3914890B1 (es) |
| CN (1) | CN113348354A (es) |
| AU (1) | AU2020211049A1 (es) |
| ES (1) | ES2964292T3 (es) |
| IT (1) | IT201900000931A1 (es) |
| WO (1) | WO2020152553A1 (es) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2085843B (en) * | 1980-10-02 | 1985-03-06 | Nunny Robert Stephen | Sampling and separating device |
| US4762009A (en) * | 1987-03-04 | 1988-08-09 | Research Foundation Of State University Of New York | In-situ integrated suspended sediment stream sampler |
| CN107478458B (zh) * | 2017-09-15 | 2018-12-18 | 青岛海洋地质研究所 | 三维时序矢量沉积物捕获器 |
-
2019
- 2019-01-22 IT IT102019000000931A patent/IT201900000931A1/it unknown
-
2020
- 2020-01-17 ES ES20703831T patent/ES2964292T3/es active Active
- 2020-01-17 EP EP20703831.6A patent/EP3914890B1/en active Active
- 2020-01-17 CN CN202080010334.0A patent/CN113348354A/zh active Pending
- 2020-01-17 AU AU2020211049A patent/AU2020211049A1/en active Pending
- 2020-01-17 WO PCT/IB2020/050374 patent/WO2020152553A1/en unknown
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2020152553A1 (en) | 2020-07-30 |
| EP3914890B1 (en) | 2023-09-27 |
| CN113348354A (zh) | 2021-09-03 |
| IT201900000931A1 (it) | 2020-07-22 |
| AU2020211049A1 (en) | 2021-07-29 |
| US20220120644A1 (en) | 2022-04-21 |
| EP3914890C0 (en) | 2023-09-27 |
| EP3914890A1 (en) | 2021-12-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Zhang | Transport of microplastics in coastal seas | |
| Kostaschuk et al. | Flow and sediment transport over large subaqueous dunes: Fraser River, Canada | |
| Kraines et al. | Wind-wave driven circulation on the coral reef at Bora Bay, Miyako Island | |
| Houwing et al. | In Situ Erosion Flume (ISEF): determination of bed-shear stress and erosion of a kaolinite bed | |
| Khatmullina et al. | Thin synthetic fibers sinking in still and convectively mixing water: laboratory experiments and projection to oceanic environment | |
| Hurd et al. | Visualization of seawater flow around morphologically distinct forms of the giant kelp Macrocystis integrifolia from wave‐sheltered and exposed sites | |
| ES2964292T3 (es) | Trampa para sedimentos marinos de flujo horizontal | |
| US11982600B2 (en) | Trap for horizontal flow marine sediments | |
| Bakri et al. | Distribution pattern of water salinity analysis in Jeneberang river estuary using ArcGIS | |
| Shounda et al. | Spatial-averaged turbulence statistics over regular arrays of hemispherical roughness | |
| Sanchez et al. | Fluid dynamics and secondary currents in an asymmetrical rectangular canal with sidewall streamwise rib | |
| CN100455192C (zh) | 藻类的抑制方法 | |
| JP2011144589A (ja) | 水中設置構造物およびこれを備える水中設置構造物群 | |
| RU2626200C2 (ru) | Устройство для отбора проб минеральной взвеси с различных горизонтов в придонном слое моря | |
| Abbs et al. | A model study of the hydraulics related to fish passage through backwatered culverts | |
| Wang et al. | Flow characteristics of the wind-driven current with submerged and emergent flexible vegetations in shallow lakes | |
| Rendu et al. | Laboratory investigation of Fallopia× bohemica fruits dispersal by watercourses | |
| MoayeriKashani et al. | Experimental investigation of fine sediment deposition using particle image velocimetry | |
| Kato et al. | Field measurement of sand movement on river-mouth tidal flat using color sand tracing | |
| Rollnic et al. | Application of a probabilistic sediment transport model to guide beach nourishment efforts | |
| Kobayashi et al. | Field observations of vertical profiles of microplastic concentrations in a river | |
| Naqshband et al. | Experimental investigation of low-angle dune morphodynamics | |
| CA2989233C (en) | Alternating side-baffle fish ladder for passing fish at dams or natural barriers | |
| Chechko et al. | On field studies of suspended matter that forms in a ship canal under the effect of moving ships | |
| Vital | Sediment Characterization at the Distal Part of the Nile Littoral Cell Using Sediment Traps and Surface Samples |