MX2011013710A - Sistemas, metodos y medios para generar circulacion de fluido en un estanque de cultivo de algas. - Google Patents

Abstract

Se describen sistemas, métodos y medios para generar flujo de fluido en un estanque de cultivo de algas. La circulación de fluido en el estanque de cultivo de algas es iniciada por lo menos por un chorro. La circulación de fluido genera una velocidad de flujo de fluido de por lo menos diez centímetros por segundo en el estanque de cultivo de algas. Se provee una cabeza para por lo menos un chorro que supera una pérdida de cabeza asociada con la velocidad de flujo de fluido de por lo menos diez centímetros por segundo en el estanque de cultivo de algas.

Description

SISTEMAS, MÉTODOS Y MEDIOS PARA GENERAR CIRCULACIÓN DE FLUIDO EN UN ESTANQUE DE CULTIVO DE ALGAS Campo de la Invención La presente invención se refiere en generalmente a movimiento de fluido en un estanque acuicultura, y muy particularmente al uso de chorros para iniciar la circulación del fluido en un estanque de acuicultura, tal. como un estanque de cultivo de algas.

Breve Sumario de la Invención En la presente se proveen sistemas, métodos y medios ilustrativos para generar 0 flujo de fluido en un estanque de cultivo de algas mediante el uso de chorros. En un primer aspecto, se describe un método para generar flujo de fluido en un estanque de cultivo de algas. La circulación de fluido en el estanque de cultivo de algas es iniciada por lo menos por un chorro. La circulación de fluido genera una velocidad de flujo de fluido de por lo menos diez centímetros por segundo en el estanque de cultivo de algas. Se provee una cabeza al por lo menos un chorro que supera una pérdida de cabeza asociada con la velocidad de flujo de fluido de por lo menos diez centímetros por segundo en el estanque de cultivo de algas.

En un .segundo aspecto, se describe un sistema para generar flujo de fluido mediante un chorro en un estanque de cultivo de algas. El sistema incluye por lo menos dos chorros sumergidos configurados para iniciar la circulación de .fluido en el estanque de cultivo de algas. El sistema está configurado de tal manera que una cabeza generada por lo menos por dos chorros supera la pérdida de cabeza del estanque de cultivo de algas cuando una velocidad del flujo de fluido en el estanque de cultivo de algas es por lo menos diez centímetros por segundo.

En un tercer aspecto, se describe un sistema para generar flujo de fluido mediante un chorro en un estanque de cultivo de algas. El sistema incluye una serie de boquillas acopladas a una fuente de fluido presurizada. La serie de boquillas está sumergida por debajo de una superficie de un estanque de cultivo de algas. El sistema incluye un procesador y un medio de almacenamiento legible por computadora que tiene modalizado en el mismo un programa ejecutable por el procesador para realizar un método para generar flujo de fluido en un estanque de cultivo de algas. El medio de almacenamiento legible por computadora está acoplado al procesador y la fuente de fluido presurizada. El procesador ejecuta las instrucciones en el medio de almacenamiento legible por computadora para medir una velocidad de flujo de fluido en el estanque de cultivo de algas y ajustar una energía generada por la fuente de fluido presurizada .

Los métodos descritos en la presente se pueden realizar por medio de un conjunto de instrucciones almacenadas en medios de almacenamiento (v.gr. , medios legibles por computadora) . Las instrucciones pueden ser recuperadas y ejecutadas por un procesador. Algunos ejemplos de instrucciones incluyen software, código de programa y firmware. Algunos ejemplos de medios de almacenamiento comprenden dispositivos de memoria y circuitos integrados. Las instrucciones son operacionales cuando son ejecutadas por el procesador para dirigir el procesador para operar de conformidad con modalidades de la presente invención. Los expertos en la técnica están familiarizados con instrucciones, procesador (es) , y medios de almacenamiento.

Breve Descripción de los Dibujos La figura 1 ilustra un sistema de circulación de chorro ilustrativo de conformidad con modalidades de la presente invención.

La figura 2 ilustra una modalidad de un sistema de distribución de arreglo de chorro como se describe en el contexto de la figura 1.

La figura 3 ilustra un método para generar flujo de fluido en un estanque de cultivo de algas de conformidad con las modalidades de la invención.

La figura 'es una fotografía de entrada de chorro de un co-flujo en un estanque de cultivo de algas de conformidad con modalidades de la invención.

La figura 5 ilustra datos experimentales de un sistema de circulación de chorro, de conformidad con modalidades de la presente invención.

Descripción Detallada de la Invención En la presente se proveen sistemas, métodos y medios ilustrativos para generar flujo de fluido en un estanque de cultivo de algas mediante el uso de chorros. Las algas pueden ser suspendidas en un fluido en el estanque de cultivo de algas, v.gr., fluido de estanque de cultivo de algas. El fluido de estanque de cultivo de algas puede incluir, por ejemplo, una mezcla de agua dulce y agua de mar, nutrientes para promover, crecimiento de. algas, gases disueltos, desinfectantes, productos de desecho, y similares. El estanque de cultivo de algas puede explotar el proceso natural de fotosíntesis a fin producir biomasa algal y lípidos para aplicaciones de volumen alto, tales como la producción de biocombustibles .

El flujo resultante del chorro, o flujo de chorro, puede entrar al fluido de estanque cultivo de algas. En algunas modalidades, un co-flujo asociado con el fluido del estanque de cultivo de algas puede entrar continuamente al flujo de chorro y producir una mezcla sustancialmente homogénea de los chorros. El flujo de chorro puede inducir movimiento masivo de fluido en el estanque de cultivo de algas, v.gr., circulación, o flujo del estanque.

El uso de un sistema de circulación de chorro en un estanque de cultivo de algas puede proveer varias ventajas inesperadas que a su vez pueden aumentar la productividad, v.gr., rendimiento de algas por área unitaria, del estanque de cultivo de algas. Por ejemplo, un sistema de circulación de chorro puede acomodar pérdidas de cabeza asociadas con velocidades de flujo mayores que o igual a 10 cm/seg. El sistema de circulación de chorro puede promover velocidad uniforme en el fluido del estanque de cultivo de algas, que puede explicar las pérdidas de cabeza más bajas en el estanque de cultivo de algas. La velocidad de flujo uniforme en el estanque de cultivo de algas puede promover homogeneidad en el fluido del estanque de cultivo de algas. La homogeneidad incrementada puede promover, por ejemplo, suministro incrementado de nutrientes, gases disueltos tales como dióxido de carbono y/o distribución de temperatura incrementada en el fluido del estanque de cultivo de algas. La velocidad de flujo uniforme también puede reducir el estancamiento de fluido en el estanque de cultivo de algas. El estancamiento reducido de fluido asociado con velocidad de flujo uniforme puede evitar "zonas muertas" o regiones de productividad de algas baja.

El uso de un sistema de circulación de chorro puede incrementar la intensidad de turbulencia y formación de remolinos grandes en el fluido del estanque de cultivo de algas. Incrementos en intensidad de turbulencia pueden promover la liberación de subproductos que pueden ser disueltos en el fluido del estanque de cultivo de algas. Por ejemplo, las algas producen oxigeno durante el curso de la fotosíntesis, que se disuelve en una solución al producirse. La turbulencia en el flujo del estanque de cultivo de algas puede promover la liberación de oxígeno disuelto de la solución a la atmósfera. La ' liberación de oxígeno externamente impuesto debido a la turbulencia del fluido del estanque de cultivo de algas por lo 'tanto mantiene la capacidad del fluido del estanque de cultivo de algas para absorber oxígeno y, a su vez, puede promover la fotosíntesis en las algas. Por lo tanto, la eficiencia fotosintética de las algas puede incrementar y se pueden obtener rendimientos de algas más altos. Además, los chorros pueden producir un momento suficiente al fluido del estanque de cultivo dé algas de tal manera que la intensidad de turbulencia incrementada puede ser sostenida corriente abajo del chorro. Por lo tanto, la liberación de oxígeno y otros beneficios de turbulencia incrementada pueden ser fenómenos globales en el estanque de cultivo de algas.

Los incrementos en intensidad de turbulencia pueden promover fluctuaciones de pequeña escala en la velocidad de flujo de fluido del estanque de cultivo de algas, que a su vez incrementa la velocidad de rotación y la velocidad de deformación fluctuante del flujo. Dichas fluctuaciones en la velocidad de deformación promueven la formación de remolinos, que estimulan el mezclado vertical y lateral del fluido del estanque de cultivo de algas. Incrementos en intensidad de turbulencia puede dar por resultado una capa colindante turbulenta en las células algales e incrementar la velocidad de transferencia de masa a las células algales, incrementando asi la absorción de varios nutrientes y dióxido de carbono. Además, la velocidad fluctuante incrementada puede promover el recambio algal en la superficie, proveyendo a algas exposición a la luz a diferentes niveles del cultivo.

En algunas modalidades, la entrada de fluido del estanque de cultivo de algas en los chorros puede aumentarse al máximo. La entrada de chorro puede ser incrementada significativamente al generar remolinos coherentes Se escala grande, en particular anillos de remolino. La formación de los anillos de remolinos puede ser inducida por el enrollamiento de la capa de esfuerzo cortante del chorro. El enrollamiento incrementado de la capa de esfuerzo cortante del chorro puede ocurrir cuando la capa colindante en la boquilla desde la cual es expedido el chorro es laminar. La presencia de una velocidad de flujo más alta en el estanque de cultivo de algas puede afectar la capa de esfuerzo cortante de chorro y por lo tanto, el enrollamiento de la capa de esfuerzo cortante del chorro.

Los sistemas, métodos y medios presentados aquí pueden hacer uso de fuentes de energía a fin de proveer momento a los chorros. En algunas modalidades, puede ser deseable aumentar al máximo la eficiencia de energía del sistema del estanque de cultivo de algas para reducir al mínimo la entrada de energía. Alternativamente, puede ser deseable aumentar al máximo la intensidad de turbulencia en el estanque, lo' que puede implicar consumo de energía incrementado. Los objetivos de aumentar al máximo la eficiencia de energía y aumentar al máximo la turbulencia pueden ser adaptados y ajustados en tiempo real.

La figura 1 ilustra un sistema de circulación de chorro ilustrativo 100 de conformidad con las modalidades presentadas aquí. El sistema de circulación de chorro 100 incluye una bomba 110, un sistema de distribución de arreglo de chorro 120, un centro de control 130, un estanque 140, un sistema de cosecha 150, una derivación de cosecha 160, un sistema de extracción 180, y una compensación 190. La bomba 110, por ejemplo, puede ser una bomba centrífuga. El sistema de distribución de arreglo de¦ chorro 120 está acoplado a la bomba 110 y configurado para generar chorros de fluido presurizado provisto por la bomba 110. Componentes adicionales del sistema de distribución de arreglo de chorro 120 son ilustrados y descritos en el contexto de la figura. 2. Un experto en la técnica apreciará que cualquier número de los puntos 110-190 puede estar presente en el sistema de circulación de chorro 100. Por ejemplo, cualquier número de sistemas de sistemas de distribución de arreglo de chorro 120 puede estar presente en un estanque 140 y múltiples estanques 140 pueden estar presentes en el sistema de circulación ,de chorro 100. Para todas las cifras mencionadas aquí, elementos de números similares se refieren a elementos similares en todas partes.

En algunas modalidades, el fluido puede ser bombeado desde la bomba 110 al sistema de distribución de arreglo de chorro 120- mediante una trayectoria 115. La bomba 110 provee energía para mover el fluido al sistema de distribución de arreglo de chorro 120, presurizando así el fluido. El sistema de distribución de arreglo de chorro 120 puede generar chorros desde el fluido presurizado y descargar los chorros hacia el estanque 140. El flujo asociado con los chorros descargados, o flujo de chorro, puede tener una presión dinámica más alta debido a la energía incrementada generada por la bomba 110. El fluido de los chorros puede entrar al fluido del tanque de cultivo de algas (no mostrado en la figura 1) y producir una mezcla homogénea de fluido del estanque de cultivo de algas corriente abajo de los chorros. El flujo de chorro, cuando se lleva a contacto con el fluido del estanque de cultivo de algas, que tiene una presión dinámica más baja, puede promover circulación del fluido del estanque de cultivo de algas.

El sistema de circulación de chorro 100 puede servir como un sistema de cultivo para grandes cantidades de algas. Por ejemplo, el sistema de circulación de chorro 100 se puede utilizar para cultivar algas para aplicaciones de volumen grande, tal como en la producción de biocombustibles . El sistema de circulación de chorro 100, como tal, se puede acoplar, por ejemplo, a un sistema de cosecha 150 y/o un sistema de extracción 180. Las algas pueden ser cosechadas periódicamente desde el estanque 140, v.gr., un estanque de cultivo de algas. Cuando la cosecha tiene lugar, el fluido del estanque de cultivo de algas puede ser dirigido desde el estanque 140 por medio de una trayectoria 145. Durante la cosecha, la biomasa de algas puede ser dirigida a un sistema de extracción 180 y el fluido del estanque de cultivo de algas puede ser dirigido a la bomba 110 por medio de una trayectoria 155. Alternativamente, el fluido del estanque de cultivo de algas puede ser descartado (no mostrado en la figura 1 ) .

A fin de mantener un nivel deseado de fluido del estanque de cultivo de algas, una derivación de cosecha 160 puede estar disponible en el sistema de circulación de chorro 100. La derivación de cosecha 160 puede incluir un componente de sobre-flujo, que puede actuar como un depósito para fluido del estanque de cultivo de algas excedente (componente de sobre-flujo no mostrado en la figura 1) . La derivación de cosecha 160 se puede usar para almacenar fluido del estanque de cultivo de algas en exceso cuando no tiene lugar la cosecha, tal como durante el mantenimiento y reparación, limpieza o condiciones climáticas desfavorables. En tales escenarios, el fluido del estanque de cultivo de algas puede ser dirigido por medio de una trayectoria 165 a la derivación de cosecha 160, y después por medio de una trayectoria 175 a la bomba 110.

Los componentes se pueden añadir al sistema de circulación de chorro 100 con base en condiciones que pueden jugar un papel en el cultivo de algas y/o las necesidades del género o especie particular de algas que se esté cultivando. Por ejemplo, estanques de cultivo de algas que tiene varias hectáreas de área superficie expuesta pueden perder grandes cantidades de agua mediante la evaporación al ambiente circundante. La evaporación por lo tanto, puede cambiar las concentraciones de varios nutrientes y/o desinfectantes en el fluido del estanque de cultivo de algas', asi como la temperatura del fluido restante. A fin de mantener las concentraciones deseadas de estos nutrientes y/o desinfectantes, una compensación 190 puede estar disponible en el sistema de circulación de chorro 100. La compensación 190 puede introducir agua fresca adicional, agua de mar, desinfectantes y/o nutrientes tales como amoniaco, soluciones de fósforo, y metales traza, tales como Co, Zn, Cu, Mn, Fe y Mo en concentraciones apropiadas. En algunas modalidades, la compensación 190 puede extraer fluido de la derivación de la cosecha 160 (se muestra trayectoria en la figura 1) .

La bomba 110, el sistema de distribución de arreglo de chorro 120, el estanque 140, el sistema de cosecha 150, la derivación de la cosecha 160, la extracción 180 y la compensación 190 pueden ser controladas y/o de otra manera monitoreadas por el centro de control 130. El centro de control 130 puede incluir cualquier número de componentes, v.gr., sensores, calibradores, sondas, válvulas de control, servidores, bases de datos, clientes, sistemas de control y cualquier combinación de estos (no mostrados en la Figura 1. para simplicidad) . Los sensores, servidores, bases de datos, clientes, etc. pueden ser comunicarse unos con otros mediante un número de tipo de redes, por ejemplo, LAN, WAN, Internet, móviles y cualquier otra red de comunicación que permite el acceso a los datos, asi como cualquier combinación de éstas. Los clientes pueden incluir, por ejemplo, una computadora de escritorio, una computadora Laptop, un asistente digital personal, y/o cualquier dispositivo de computación. El centro de control- 130 puede monitorear y/o medir varios parámetros en el estanque 140, tales como pH, velocidad de cabeza, la pérdida de cabeza asociada con la velocidad de flujo del estanque, temperatura, concentración de nutrientes, concentración de desinfectante, densidad de algas, contenido de oxigeno disuelto, turbidez, y similares. El centro de control 130 puede desplegar y/o generar reportes basados en los diversos parámetros medidos en el estanque 140.

El centro de control 130 puede almacenar y/o ejecutar programas de software y/o instrucciones a fin de tomar acción basada en los parámetros medidos. Por ejemplo, el centro de control 130 puede ejecutar un módulo que compare parámetros medidos del estanque 140 con un conjunto de parámetros deseado. Si los parámetros medidos no están dentro de un intervalo predeterminado del conjunto de parámetros deseado (v.gr., dentro de diez por ciento), el centro de control 130 puede hacer ajustes mediante la ejecución de un conjunto de instrucciones (v.gr., una rutina de software), a cualquiera de los bomba de 110, el sistema de distribución de arreglo de chorro 120, el estanque 140, el sistema de cosecha 150, la derivación de cosecha 160, la extracción 180 y la compensación 190 para llevar los parámetros medidos dentro de los intervalos predeterminados. Por ejemplo, si el pH del fluido del estanque de cultivo de algas cae a un nivel no deseable, v.gr., pH de 4, el centro de control 130 puede proveer instrucciones a la bomba 110 para extraer fluido de la compensación 190.

La figura 2 ilustra una modalidad del sistema de distribución de arreglo de chorro 120 como se describe en el contexto de la figura 1. Como se muestra en la figura 2, porciones del sistema de distribución de arreglo de chorro 120 pueden ser situadas en el estanque 140. Componentes del sistema de distribución de arreglo de chorro 120 pueden incluir una toma 210, un múltiple 220, una boquilla 230, una espita descendente 240, y un calibrador 250. La figura 2 además ilustra fluido del estanque de cultivo de algas en el estanque 140, una superficie del cual está indicada por un marcador de nivel de superficie 260. La boquilla 230 es sumergida en el fluido del estanque de cultivo de algas. La figura 2 además ilustra el fluido del estanque de cultivo de algas en el estanque 140, una superficie de la cual está indicada por un marcador de nivel de superficie 260. La boquilla 230 es sumergida en el fluido del estanque de cultivo de algas. La dirección de circulación, o flujo masivo de fluido del estanque de cultivo de algas, está indicado por 270. Un experto en la técnica reconocerá que cualquier número de componentes 210-260 puede estar presente en el sistema de distribución de arreglo de chorro 120.

En algunas modalidades, el fluido del estanque de cultivo de algas puede ser provisto a la bomba 110 mediante una toma 210 como se muestra en la figura 2. La toma 210 puede proveer fluido en el estanque de cultivo de algas a la bomba 110, como se muestra en la figura 2. Alternativamente, la toma 210 puede proveer fluido del estanque de cultivo de algas del componente mostrado en la figura 1, tal como el sistema de cosecha 150, la derivación de cosecha 160 y/o la compensación 190.

Con la toma del fluido del estanque de cultivo de algas, la bomba 110 puede proveer el fluido del estanque de cultivo de algas al múltiple 220. La bomba 110 puede proveer energía al fluido del estanque de cultivo de algas a fin de transportar el fluido del estanque de cultivo de algas al múltiple. La energía provista por la bomba 110 puede presurizar el fluido del estanque de cultivo de algas. El. múltiple 220 puede distribuir el fluido del estanque de cultivo de algas presurizado a las boquillas 230. Un experto en la técnica reconocerá que el múltiple 220 puede ser configurado para proveer fluido del estanque de cultivo de algas a cualquier número de boquillas 230 y no sólo a cuatro boquillas 230 como se muestra en la figura 2. Por ejemplo, una sola boquilla 230 puede proveer circulación en el estanque de cultivo de algas.

Las boquillas 230 pueden generar chorros desde el fluido del estanque de cultivo de algas presurizado (chorros no mostrados en la figura 2) . Un flujo asociado con los chorros puede proveer energía cinética a un flujo de estanque en el estanque de cultivo de algas. Por la "Ley de Continuidad" y "Ley de Conservación de la Energía", el fl-ujo en el estanque, que incluye el flujo de chorro y el co-flujo entrante, obtiene una velocidad del flujo de chorro. La energía cinética del flujo de chorro se traduce en una presión estática más alta. Puesto .que el flujo de estanque tiene una superficie libre, como se indica por el marcador de nivel de superficie 260, la presión estática más alta se traduce en una cabeza, iniciando así y/o manteniendo la circulación del fluido del estanque de cultivo de algas en el estanque de cultivo de algas.

El flujo asociado con los chorros, v.gr., flujo de chorro, puede entrar al co-flujo en- los chorros corriente abajo de las boquillas 230. La entrada del co-flujo en el flujo de chorro puede permitir distribución de nutrientes, gases disueltos, minerales y similares En algunas modalidades, un chorro puede expedir por boquilla 230. Un arreglo de chorros puede ser generado desde sistema de distribución de arreglo de chorro 120 basado en la colocación de las boquillas unas en relación con otras. Un arreglo de boquillas ilustrativo se muestra en la adicionalmente en la figura 4.

Las boquillas 230 pueden ser colocadas a cualquier profundidad en el estanque de 140. La profundidad de flujo puede ser caracterizada como una distancia .perpendicular entre una superficie libre del fluido del estanque de cultivo de algas como se indica por el marcador de nivel de superficie 260 y el piso 142. La profundidad de flujo puede ser medida inmediatamente corriente abajo de los chorros. Un intervalo preferido para profundidad de flujo puede variar desde diez a treinta centímetros. La profundidad de boquilla se puede caracterizar como una distancia perpendicular entre una superficie libre del fluido del estanque de cultivo de algas como se indica por el marcador de nivel de superficie 260, y una salida de una boquilla 230. Una profundidad de boquilla puede ser caracterizada en relación con la profundidad de flujo, v.gr., la profundidad de boquilla puede ser la mitad entre la superficie libre del fluido del estanque de cultivo de algas y el piso 142. En tales caracterizaciones, la profundidad de boquilla puede ser caracterizada como en, o aproximadamente en, la "mitad" de la profundidad de flujo. Una profundidad de boquilla ilustrativa para las boquillas 230 en el sistema de distribución de arreglo de chorro 120 puede variar de siete a quince centímetros desde la superficie libre del fluido del estanque de cultivo de algas en el estanque 140 a la salida de la boquilla. La profundidad de boquilla puede jugar un papel en la formación de anillos de remolino grandes y promover la entrada de co-flujo en el flujo de chorro.

La profundidad de boquilla puede jugar un papel en la determinación de espacio de boquilla, o la distancia entre dos boquillas. El espacio de boquillas se puede medir entre las salidas de dos boquillas' individuales 230. Las boquillas 230 en la figura 2 se muestran sustancialmente a la misma profundidad ' de boquilla y aproximadamente igualmente separadas unas de otras. La separación entre boquillas individuales 230 puede variar de veinte a cincuenta centímetros. El espacio entre boquillas puede ser determinado empíricamente y/o analíticamente con base en el diseño del estanque 140 y otros factores descritos en forma más completa aquí.

Las. boquillas 230 pueden incluir boquillas de cualquier diseño que pueden ser configuradas para expedir un chorro sumergido. Los diseños de las boquillas individuales 230 pueden jugar un papel en las propiedades asociadas con el flujo de chorro resultante, v.gr., formación de anillo de remolino, velocidades de flujo, entrada e intensidad de turbulencia. Por ejemplo, la formación de anillos de remolino puede ser afectada por la profundidad de cada boquilla 230. Las boquillas por lo tanto se pueden ver como unidades individuales, que se pueden añadir, remover y/o de otra manera manipular en tiempo real a fin de generar un flujo de chorro resultante deseado.

Las boquillas 230 se pueden seleccionar con base en características de flujo. Por ejemplo, una capa colindante laminar entre fluido en las boquillas 230 y las superficies interiores de las boquillas 230 (no mostradas en la figura 2) desde las cuales un chorro es expulsado puede promover la formación de anillos de remolino en el fluido del estanque de cultivo de algas. Puesto que la formación de anillos de remolino en el fluido del estanque de cultivo de algas puede facilitar la entrada del co-flujo del fluido del estanque de cultivo de algas en el flujo de chorro, se pueden mantener intervalos de velocidades de flujo de chorro tales que una capa colindante laminar se mantenga en las boquillas 230. Con respecto a las modalidades descritas en las figuras 1 y 2, los intervalos de velocidades de flujo se pueden determinar empíricamente y se pueden programar en un conjunto de instrucciones que son ejecutables por el centro de contr.ol de 130.

En algunas modalidades, el múltiple 220 puede proveer el fluido del estanque de cultivo de algas presurizado a las boquillas 230 mediante espitas opcionales 240. Las espitas 240 pueden ser útiles cuando el múltiple es colocado por arriba del estanque 140 y las boquillas 230 son sumergidas en el fluido del estanque de cultivo de algas, como se muestra en la figura 2. Se puede implementar una pluralidad de configuraciones del múltiple 220 más allá . de aquellas mostradas en la figura 2. Por ejemplo, el múltiple 220 y las boquillas 230 pueden ser sumergidas en el estanque de cultivo de algas 140. En dichas modalidades, el múltiple 220 puede ser colocar paralelo a la configuración mostrada en la figura 2, pero a lo largo del piso 142 del estanque de cultivo de algas, o enterrado en el piso 142 del estanque de cultivo de algas (colocación no mostrada en la figura 2) . Alternativamente, el múltiple 220 puede ser colocado a lo largo de una pared 144 del estanque de cultivo de algas (colocación no mostrada en la Figura 2.). Además, varios múltiples 220 pueden ser acoplados a la bomba 110 y colocados a varias profundidades en el estanque de cultivo de algas.

Cualquier número y/o tipo de calibradores y/o sensores 250 se pueden usar para medir varios parámetros en el sistema de distribución de arreglo de chorro 120. Por ejemplo, sensores de presión puede ser colocar al múltiple 220 para medir la presión estática en el múltiple 220. Medidores de flujo se pueden usar para medir la velocidad de flujo en el múltiple 220 para estimar la velocidad del chorro en la salida de cualquiera de las boquillas 230. Los calibradores 250 se pueden acoplar al centro de control 130, que puede almacenar y/o desplegar datos asociados con los calibradores 250. Los calibradores 250 se pueden acoplar al centro de control 130, que pueden ejecutar los algoritmos para determinar parámetros tales como la velocidad de flujo, la pérdida de cabeza, temperatura, pH, concentraciones de gases disueltos, la turbidez, características de la turbulencia, y similares.

El sistema distribución de arreglo de chorro de 120 puede ser usar junto con un estanque de cultivo de algas de cualquier diseño. El estanque de cultivo de algas puede incluir cualquier cuerpo de agua para el propósito de cultivar las algas. Por ejemplo, el sistema de distribución de arreglo de chorro 120 puede ser aplicado a estanques a cielo abierto usados en el cultivo de Dunaliella o Spirulina, acequias y/o canales de alga.

El sistema de distribución de arreglo de chorro 120 puede ser personalizado con base en el diseño del estanque de cultivo de algas y/o las necesidades del género o especie particular de algas que se esté cultivando ahí. Por ejemplo, el estanque 140 puede ser caracterizado por una pérdida de cabeza friccional asociada con un intervalo de velocidades estanque. A fin de promover la circulación en el estanque 140, la bomba 110 puede proveer la energía, o la cabeza, a los chorros. Como tales, las boquillas 230 pueden ser organizadas en un arreglo tal que el arreglo de chorro resultante, y el flujo de chorro resultante del arreglo de chorro, supere la pérdida de cabeza friccional asociadas con el estanque 140.

Las propiedades de flujo de chorro además pueden ser influenciadas por las interacciones de chorros individuales corriente abajo de las boquillas. Como tales, las boquillas 230 pueden ser organizadas en arreglos a fin de lograr varios objetivos corriente, abajo de las boquillas. Estos objetivos pueden incluir aumentar al máximo la eficiencia, reducir al mínimo de la distancia de entrada de chorro, aumentar al máximo la turbulencia del flujo de fluido en el estanque de cultivo de algas, reducir al mínimo los efectos de "zonas muertas", generar remolinos energéticos, y cualquier combinación de éstos. Un arreglo de boquillas lineal ilustrativo se muestra en la figura 2, con las cuatro boquillas aproximadamente la misma profundidad en el estanque de 140.

Las boquillas 230 pueden ser inmóviles y por lo tanto formar un arreglo estático. Alternativamente, el arreglo puede ser dinámico. Por ejemplo, las boquillas de 230 puede ser móviles y por lo tanto, varias configuraciones de arreglos pueden ser dispuestas en tiempo real con base en un flujo de chorro deseado resultante. Además,, el múltiple 220 puede ser configurado para proveer fluido del estanque de cultivo de algas presurizado a todas las boquillas 230, o a boquillas seleccionadas 230 con base en un chorro deseado y/o flujo de chorro resultante. La disposición de arreglos puede ser manejada en el centro de control 130. El centro de control 130 puede ejecutar instrucciones para manipular y disponer varios arreglos con base de un conjunto de criterios, que pueden incluir, por ejemplo, un flujo chorro resultante deseado, una relación deseada entre un flujo de chorro resultante y un flujo de fondo (co-flujo) en el estanque de cultivo de algas, y similares.

El número de chorros que forman el arreglo de chorro puede ser afectado por el diseño del estanque de cultivo de algas en particular. Por ejemplo, el número se puede determinar con base en uno de una profundidad de flujo del estanque de cultivo de algas, una distancia deseada entre dos chorros, un diámetro del chorro (basado en características de una sección de una boquilla desde la cual es expulsado el chorro) , una velocidad de co-flujo en el estanque de cultivo de algas, una relación deseada entre el flujo del estanque y el flujo de chorro, y cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, una distancia de treinta centímetros entre las boquillas 230 puede ser deseada a fin de aumentar al máximo la entrada de chorro.

La orientación de las boquillas 230 con respecto a la dirección de circulación puede jugar un papel en la formación de flujo de chorro resultante deseado. Por ejemplo, el arreglo de boquillas 230 mostrado en la figura 2 es sustancialmente horizontal, con cada boquilla sustancialmente paralela a la dirección de circulación, indicada por la flecha 270. Como tal, la horizontal puede ser caracterizada como la dirección de flujo masivo, o la circulación, en el estanque de cultivo de algas. Las boquillas pueden ser orientadas hacia el piso 142 del estanque 140 de tal manera que el ángulo de la boquilla, y por lo tanto el ángulo del chorro expulsado, sea negativo con respecto a la horizontal. Alternativamente, el ángulo de la boquilla puede estar angulado en alejamiento del piso 142 de tal manera que el ángulo del chorro expulsado sea positivo con respecto a la horizontal .

La figura 3 ilustra un 300 método para la generar flujo de fluido en un estanque de cultivo de algas. En algunas modalidades, el método 300 se puede usar para generar flujo de fluido del estanque de cultivo de algas en el estanque 140 por las boquillas 230 y el centro de control 130, como se describe en el contexto de las figuras. 1 y 2. En el paso 310, se determina una velocidad para flujo de fluido en el estanque de cultivo de algas. La velocidad para flujo de fluido en el estanque de cultivo de algas puede variar, por ejemplo, de 10 cm/s a 100 cm/s. A fin de reducir los efectos de "zonas muertas" que resultan del flujo de chorro, las velocidades de co-flujo de 40 cm/s a 70 cm/s en la proximidad de las salidas de la boquilla pueden ser efectivas .

En el paso 320, una pérdida de cabeza' asociada con la velocidad de flujo de fluido en el estanque de cultivo de algas se determina en el paso 310. La pérdida de cabeza asociada con la velocidad del flujo de fluidos se puede determinar con base en el diseño del estanque de cultivo de algas y la velocidad determinada para flujo de fluido en el paso 310 se puede tomar en cuenta. Por ejemplo, la pérdida de cabeza del estanque de cultivo de algas se puede caracterizar como una pérdida de energía debido a fricción del fluido a lo largo del piso 142, cualquiera de las paredes 144, así como a lo largo de vueltas y/o dobleces en el estanque de cultivo de algas que puede causar la separación del flujo.

En el paso 330, se determina la cabeza generada por el chorro. La cabeza generada por el chorro en el estanque se puede seleccionar para superar la pérdida de carga determinada en el paso 320 asociada con la velocidad para flujo de fluido determinada en el paso 3.10. En el paso 340, se genera un chorro que supera la pérdida de cabeza determinada en el paso 320. Este puede implicar el ajuste de una energía provista por la bomba 110 al fluido del estanque de cultivo de algas como se describe en el contexto de la figura 1. En el paso 350, se puede iniciar la circulación de flujo de fluido en el estanque de cultivo de algas. Las boquillas sumergidas 230 pueden generar chorros sumergidos del fluido presurizado. Los chorros pueden introducir ^simultáneamente un co-flujo en el estanque de cultivo de algas hacia el chorro y generar circulación del fluido del estanque de cultivo de algas, v.gr., un flujo de estanque.

La figura 4 es una fotografía de entrada de chorro de un co-flujo en un estanque de cultivo de algas, de conformidad con las modalidades descritas en el contexto de las figuras 1, 2 y 3 anteriores. La figura 4 muestra una pared 144 de un estanque 140 (v.gr., estanque de cultivo de algas), un múltiple 220, y tres boquillas 230. El estanque 140 es llenado con fluido del estanque de cultivo de algas. La figura 4 indica que las boquillas 230 son completamente sumergidas en el fluido del estanque de cultivo de algas. Los chorros 410 son expulsados desde las boquillas 230. Como se ilustra en la figura 4, los chorros 410 pueden entrar a un co-flujo en un estanque de cultivo de algas, como se muestra corriente abajo de los 410 chorros. La entrada del co-flujo en los chorros como se muestra en la figura 4 y la circulación en el estanque que resulta de los chorros pueden corresponder al paso 350 en el método 300 descrito anteriormente.

En algunas modalidades, la eficiencia de los chorros 410 puede ser aumentada al máximo a fin de conservar salida de energía po una fuente de fluido presurizada, tal como la bomba 110 descrita en el contexto de la figura 1. El sistema de circulación de chorro 100 puede ser implementado de tal manera que la fracción del flujo de chorro pueda iniciar la circulación del co-flujo del fluido del estanque de cultivo de algas en el estanque de 140. En algunas modalidades, menos de ocho por ciento del co-flujo en una sección transversal del estanque 140 se puede proveer al chorro.

Ej emplo La figura 5 ilustra, mediante un diagrama 500, datos experimentales recopilados por los inventores de un sistema de circulación del chorro, de conformidad con las modalidades descritas en las figuras 1, 2, 3 y 4 anteriores. Las boquillas de varios diseños se usaron en el curáo del experimento, como se muestra en la leyenda 520. El eje x 510 del diagrama 500 representa la pérdida de energía del estanque por boquilla 230. La pérdida de energía del estanque por boquilla puede ser directamente proporcional a la velocidad de flujo del co-flujo en el estanque de cultivo de algas Qp. El eje y 515 del diagrama 500 representa la relación del flujo de chorro Qj a Qp. La figura 5 ilustra que el sistema de circulación de chorro se puede usar para circular grandes cantidades de fluido (v.gr., Qp) con pequeñas cantidades de fluido (v.gr., Qj ) . Por ejemplo,- la curva 530, corresponde al rendimiento de la boquilla 'Proto de 0.635 cm' en el experimento. La naturaleza sustancialmente horizontal de la curva 530 indica que para cualquier velocidad de flujo en el estanque de cultivo de algas Qp, el flujo de chorro Qj puede ser tan bajo como 3.5% del Qp a fin de promover circulación en el fluido del estanque de cultivo de algas.

Las funciones y/o métodos anteriormente descritos pueden incluir instrucciones que son almacenadas en medios de almacenamiento. Las instrucciones pueden ser recuperadas y ejecutadas por un procesador. Algunos ejemplos de instrucciones son software, código del programa y firmware. Algunos ejemplos de medios de almacenamiento son dispositivos de memoria, cintas, discos, circuitos integrados y servidores. Las instrucciones son ' operacionales cuando son ejecutadas por el procesador para dirigir al procesador para que opere de conformidad con la invención. Los expertos en la técnica están familiarizados con las instrucciones, procesador (es) y medios de almacenamiento. Los medios de almacenamiento ilustrativos de conformidad con modalidades de la invención se describen en el contexto de, por ejemplo, el centro de control 130 de la figura 1. Además, porciones del método 300 pueden ser modalizadas en código que es ejecutable por una computadora asociada con el centro de control 130.

Al leer este documento, será evidente para un experto en la técnica que se pueden hacer varias modificaciones a los sistemas, métodos y medios descritos aquí sin apartarse del alcance de la descripción. Comó tal, la descripción no debe ser interpretada en un sentido limitante, sino como una base para el soporte de las reivindicaciones anexas.

Claims (21)

REIVINDICACIONES

1. Un método para generar flujo de fluido en un estanque de cultivo de algas, el método comprendiendo: iniciar una circulación de fluido en el estanque de cultivo de algas por lo menos mediante un chorro, la circulación de fluido generando una velocidad de flujo de fluido de por lo menos diez centímetros por segundo en el estanque de cultivo de algas; y proveer una cabeza al por lo menos un chorro que supera una pérdida de cabeza asociada con la velocidad del flujo de fluido de por lo menos diez centímetros por segundo en el estanque de cultivo de algas.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el inicio de la circulación de fluido en el estanque de cultivo de algas incluye generar una velocidad de veinte centímetros por segundo en el estanque de cultivo de algas.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el inicio de la circulación de fluido en el estanque de cultivo de algas incluye proveer al chorro menos de ocho por ciento de un flujo en una sección transversal del estanque de cultivo de algas.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el chorro se origina desde una boquilla sumergida en el estanque de cultivo de algas.

5. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde el inicio de circulación de fluido en el estanque de cultivo de algas por lo menos mediante un chorro incluye generar dos o más chorros.

6. El método de conformidad con la reivindicación 5, en donde los dos o más chorros forman un arreglo de chorros .

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde una profundidad del chorro desde una superficie del estanque de cultivo de algas está aproximadamente en una mitad de un flujo profundidad del estanque de cultivo de algas .

8. El método de conformidad con la reivindicación 7, en donde la profundidad del chorro desde la superficie del estanque de cultivo de algas es entre veinte y treinta centímetros .

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, que además comprende: medir la velocidad del flujo de fluido en el estanque de cultivo de algas; y ajustar la cabeza generada por el chorro.

10. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde una boquilla desde la cual es expulsado el chorro incluye una capa colindante laminar.

11. El método de conformidad con la reivindicación I, que comprende además iniciar una entrada de un flujo en el estanque de cultivo de algas en el chorro.

12. El método de conformidad con la reivindicación II, en donde el inicio de una entrada de un flujo en el estanque de cultivo de algas es por medio de una pluralidad de remolinos.

13. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la cabeza generada por el chorro inicia la circulación de un co-flujo en el estanque de cultivo de algas.

14. El método de conformidad con la reivindicación 13, que además comprende aumentar al máximo una eficiencia del chorro basada en un flujo de chorro y el co-flujo en el estanque de cultivo de algas.

15. Un sistema para generar flujo de fluido por medio de un chorro en un estanque de cultivo de algas, el sistema comprendiendo: por lo menos dos chorros sumergidos configurados para iniciar la circulación de fluido en un estanque . de cultivo de algas, de tal manera que una cabeza generada por los por lo menos dos chorros supera una pérdida de cabeza del estanque de cultivo de algas cuando una velocidad del flujo de fluido en el estanque de cultivo de algas es por lo menos diez centímetros por segundo.

16. El método de conformidad con la reivindicación 15, . en donde los por lo menos dos chorros forman un arreglo de chorros.

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, en donde un número de chorros que forman el arreglo de chorros se determina con base en una de profundidad de flujo del estanque de cultivo de algas, una distancia deseada entre dos chorros del arreglo de chorros, una sección transversal de una salida de boquilla asociada con un chorro del arreglo de chorros, una velocidad de un flujo en el estanque, de cultivo de algas, y cualquier combinación de las mismas.

18. Un sistema para generar flujo de fluido por medio de un chorro en un estanque de cultivo de algas, el sistema comprendiendo: una serie de boquillas sumergidas por debajo de una superficie de un estanque de cultivo de algas, la serie de boquillas acoplada a una fuente de fluido presurizado; un procesador; y un medio de almacenamiento legible por computadora que tiene modalizado en el mismo un programa ejecutable por el procesador para realizar un método para generar flujo de fluido en un estanque de cultivo de algas, en donde el medio de almacenamiento legible por computadora está acoplado al procesador y la fuente de fluido presurizado, el procesador que ejecuta las instrucciones en el medio de almacenamiento legible por computadora para: medir una velocidad de flujo de fluido en el estanque de cultivo de algas, y ajustar una energía generada por la fuente de fluido presurizado.

19. El sistema de conformidad con la reivindicación 18, en donde el método ejecutado por el procesador además comprende : iniciar una circulación de fluido en el estanque de cultivo de algas por lo menos mediante un chorro, la circulación de fluido generando una velocidad de flujo de fluido de por lo menos diez centímetros por segundo en el estanque de cultivo de algas; y proveer una cabeza al chorro que supera una pérdida de cabeza asociada con la velocidad de flujo de fluido de por lo menos diez centímetros por segundo en el estanque de cultivo de algas.

20. El sistema de conformidad con la reivindicación 18, en donde una distancia entre dos boquillas de la serie de boquillas es de aproximadamente treinta centímetros.

21. .El sistema de conformidad con la reivindicación 18, en donde el método ejecutado por el procesador además comprende generar un reporte basado en la pérdida de cabeza del estanque de cultivo de algas y la cabeza generada por la fuente de fluido presurizado.