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Title:
SYSTEM FOR MICROINJECTION AND METERING OF OXYGEN FOR DISCHARGE WATERS OF A HYDROELECTRIC PLANT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/207370
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention relates to a system for microinjection and metering of oxygen in order to increase the available oxygen in discharge waters of a hydroelectric plant, which comprises panels built using steel pipes for transporting the oxygen or air, connected perpendicularly with microperforated hoses that release oxygen or air bubbles supplied via the aforementioned microperforations. The aforementioned system allows the addition of oxygen to masses of water from hydroelectric plants which have high flow rates and high discharge speed.

Inventors:
SANCHEZ CASTELLANOS., Paola Andrea (Calle 8 No. 30 A 96, Neiva, CO)
QUINTERO BURGOS., Nelson William (Calle 19 No.44-35-Casa 20, Neiva, CO)
ACERO ZULUAGA., Juan Diego (Calle 167 No. 48-44, Bogotá, CO)
LIZCANO, Hector Enrique (Calle 22 No.59-31, Bogotá, CO)
Application Number:
IB2019/052237
Publication Date:
October 31, 2019
Filing Date:
March 19, 2019
Export Citation:
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Assignee:
EMGESA S.A., ESP. (Carrera 11 No. 82- 76 P 4, Bogotá, CO)
International Classes:
C02F7/00; C02F3/20; C02F3/26; E02B7/04; E02B9/02
Domestic Patent References:
WO2002098544A12002-12-12
WO2013116893A12013-08-15
Foreign References:
US6106729A2000-08-22
CN1398797A2003-02-26
Attorney, Agent or Firm:
ALICIA., LLOREDA RICAURTE (Calle 72 No.5-83 Piso 5, Bogotá, CO)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. Un panel tipo II para la micro inyección y dosificación de oxígeno para aumentar el OD en aguas de descarga de una hidroeléctrica que comprende una tubería de acero (12a) conectada a una o más tuberías de acero (12b) mediante codos (18) soldados y asegurados con acoples triclamp (16), mangueras microperforadas (13) unidas de manera perpendicular a la tubería de acero (12a) por medio de conectores de manguera de acero tipo triclamp (14), niples (21 ) y férulas (22), una malla de acero (15) y unos perfiles de sección cuadrada (23) que estabilizan la estructura.

2. El panel de la reivindicación 1 que adicionalmente comprende una T (19) que une dos tuberías de acero (12b) que a su vez se une en el extremo libre a una tubería de reducción (24) que va conectada a la tubería de alimentación y distribución de gas oxígeno o aire (25).

3. El panel de la reivindicación 1 o 2 que adicionalmente puede comprender una tubería de salida (20) unida a una T (19) ubicada entre dos de las tuberías de acero (12b).

4. Un panel tipo I para la micro inyección y dosificación de oxígeno para aumentar el OD en aguas de descarga de una hidroeléctrica que comprende dos tuberías de acero (12b) se conectan a una T (19) cuyo tercer extremo es conectado a una tubería (12a), para formar un Panel Tipo I (26), donde las tuberías (12a) comprenden además niples (21 ) y férulas (22) para asegurar el flujo de gas oxígeno o aire desde las tuberías de acero (12a) a las mangueras microperforadas (13).

5. Un sistema de micro inyección y dosificación de oxígeno para aumentar el OD en aguas de descarga de una hidroeléctrica que comprende uno o más paneles tipo I como el de la reivindicación 4 y/o tipo II como el de la reivindicación 1.

6. Un proceso para la oxigenación de agua de descarga de una hidroeléctrica que comprende el ingreso del agua de descarga (7) a la zona de oxigenación, que comprende paneles tipo I como el de la reivindicación 4, paneles tipo II o una combinación de los mismos a través de los cuales es liberado gas oxígeno proveniente de tanques de almacenamiento del gas (2).

Description:
SISTEMA DE MICRO INYECCIÓN Y DOSIFICACIÓN DE OXÍGENO PARA AGUAS DE DESCARGA DE UNA HIDROELÉCTRICA

ANTECEDENTES TÉCNICOS DE LA INVENCIÓN

Las centrales hidroeléctricas utilizan la energía potencial gravitatoria que posee una masa de agua debido a la presencia de un desnivel en un cauce natural o artificial, para producir energía mecánica mediante el paso de agua en su caída entre dos niveles, a través de una turbina hidráulica, la cual transmite energía de dicho caudal a un generador eléctrico transformando así la energía mecánica del caudal en energía eléctrica.

Típicamente, una central hidroeléctrica consta de una presa que eleva el nivel del agua de una fuente natural para crear una caída de agua y controlar el flujo de la misma. Adicionalmente, la central hidroeléctrica comprende una turbina que es accionada por la fuerza del agua que cae empujando contra las paletas de la misma haciéndola girar; y un generador que se encuentra conectado a la turbina, que convierte la energía mecánica de la turbina en energía eléctrica.

Ahora bien, la presa forma un depósito de agua, el cual a menudo se encuentra desprovisto de oxígeno debido al estancamiento, dicha disminución de oxígeno representa un riesgo ecológico dado que el oxígeno disuelto (OD) es indispensable en los ecosistemas para procesos de oxidación-reducción, respiración aeróbica de microorganismos y animales, solubilidad de minerales y la descomposición de materia orgánica, entre otros. Por tanto, una vez esta masa de agua con bajas concentraciones de OD introducida en un canal de descarga , es transportada río abajo generando efectos ambientales potencialmente peligrosos, especialmente para la vida silvestre.

De esta manera, resulta evidente que el OD es uno de los parámetros más importantes que se deben controlar para disminuir el impacto ambiental causado por las hidroeléctricas en los ecosistemas directamente relacionados. Es por esto que actualmente, con el fin de regular el OD en las aguas de descarga de hidroeléctricas, se han generado regulaciones a nivel mundial que requieren que se agregue oxígeno al agua descargada por las centrales hidroeléctricas en una cantidad suficiente para evitar el impacto ecológico relacionado a dicha ausencia de OD.

En el estado del arte son conocidos mecanismos que permiten que el oxígeno se disuelva en el agua descargada desde una presa sin requerir energía suplementaria o piezas móviles para la operación, como en el caso del documento US 6106729, que describe un aparato para airear el agua contenida en el depósito de agua de una presa cuando atraviesa un canal de descarga. Dicho aparato comprende un tubo principal que recibe el agua proveniente del depósito y un conjunto de aireación. El conjunto de aireación consiste en una serie de aireadores en comunicación con el tubo principal, de manera que el agua pasa desde el tubo principal a los aireadores que inyectan el oxígeno y posteriormente el agua rica en oxígeno es llevada al canal de descarga. Ahora bien, este sistema presenta la desventaja que los aireadores requieren un nivel óptimo de presión de agua de entre aproximadamente veinte y veinticinco libras por pulgada cuadrada a medida que entra agua en cada aireador para que cada aireador pueda descargar eficientemente de ocho a diez miligramos por litro de oxígeno disuelto.

De manera alternativa, el documento“A Reservoir Oxygenation System to Meet Re-licensing Water Quality Goals at Shepaug Dam” (Goals at Shepaug Dam Mark Mobley, Rich Szatkowski. Presented at Waterpower XV Chattanooga Convention Center. July 23-26, 2007. Paper No. 037 HCI Publications Chattanooga, Tennessee.

enseña un sistema para la oxigenación de aguas de descarga de una hidroeléctrica, que consiste de tuberías que comprenden difusores de oxígeno y que tienen hasta 4000 pies de longitud, que se ubican a lo largo del lecho del rio en el cual el agua es descargada.

De esta manera, resulta claro que las soluciones propuestas en el arte anterior son aproximaciones particulares para cada hidroeléctrica, y por tanto existe una necesidad inmediata y creciente de proporcionar un método universal para oxigenar el agua descargada de hidroeléctricas que resulte efectivo y versátil.

DESCRIPCIÓN GENERAL DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un sistema de micro inyección y dosificación de oxígeno para aumentar el OD en aguas de descarga de una hidroeléctrica.

La Figura 1 , muestra que una hidroeléctrica se caracteriza por comprender por ejemplo: un dique (A), un vertedero (B), un túnel de desvió (C), una presa (D), una casa de máquinas (F), un túnel de carga (G) y un canal de descarga (E).

La Figura 2 ilustra una casa de máquinas (F) junto con el canal de descarga (E). El sistema de micro inyección y dosificación de oxígeno de la invención ha sido diseñado para instalarse en la posición (1 ) del canal de descarga (E) de una hidroeléctrica o en el lecho del río.

El sistema micro inyección y dosificación de oxígeno de la invención comprende paneles construidos con tuberías de acero para transportar el oxígeno o aire, conectados perpendicularmente con mangueras microperforadas que liberan burbujas de oxígeno o aire alimentado a través de las mencionadas microperforaciones. El mencionado sistema permite adicionar oxígeno a masas de agua con altos caudales y alta velocidad de descarga, es decir de alrededor de 7 m/s o mayor.

De esta forma, las burbujas de oxígeno o aire son transportadas de manera efectiva al caudal de agua de descarga de una hidroeléctrica, aumentando el DO en dichas aguas y previniendo así posibles consecuencias ambientales negativas.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra la estructura general de una hidroeléctrica desde una vista panorámica.

La Figura 2 ilustra una casa de máquinas de una hidroeléctrica.

La Figura 3 ilustra el Panel Tipo II de la invención. La Figura 4 ilustra la posible conexión entre dos paneles Tipo II de la invención.

La Figura 5 ilustra el Panel Tipo I de la invención.

La Figura 6 ilustra el proceso para la oxigenación de agua de descarga de una hidroeléctrica de la invención.

La Figura 7 ilustra modalidades particulares del sistema de oxigenación de la invención mediante la combinación de paneles Tipo I y Tipo II.

La Figura 8 ilustra el sistema de alimentación para el sistema de micro inyección y dosificación de oxígeno de la invención.

Descripción de los elementos que conforman el sistema de oxigenación de la invención

(1 1 ) Panel Tipo II

(12) (a) Tubería de acero mayor longitud y (b) Tubería de acero de menor longitud. Las tuberías 12a y 12b pueden tener un diámetro de 3” (80 mm) a 10” (250 mm), donde la selección del diámetro dependerá de la cantidad de oxígeno a inyectar, la cual a su vez es dependiente de la calidad de agua y el caudal del agua descargada.

(13) Mangueras microperforadas que pueden ser de caucho o látex. Las microperforaciones características de las mangueras de la invención tienen un diámetro de 0.03 a 0.09 mm. De manera preferida la microperforación tiene un diámetro de 0.07 mm.

(14) Conectores de la tubería a la manguera micro perforada que corresponden a conectores tipo triclamp.

(15) Malla de protección de acero fabricada a partir de varillas de acero con un diámetro seleccionado entre 3/32” (2.3812 mm) a 21/64” (8.3344 mm), donde la selección del diámetro dependerá del calibre de la tubería (12).

(16) Elementos de aseguramiento tipo triclamp.

(17) Posición que muestra como perfiles de sección cuadrada (23) se incrustan directamente a la tubería de acero (12) en su estructura tipo“I”. (18) Codos.

(19) Conector tipo T.

(20) Tubería de salida.

(21 ) Niples.

(22) Férulas.

(23) Perfiles de sección cuadrada.

(24) Tubería de reducción.

(25) Tubería de alimentación y distribución de aire y oxígeno hasta los Paneles Tipo I o Tipo II.

(26) Panel Tipo I.

(27) Acople mainfold.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La Figura 3 ilustra una modalidad preferida no limitativa de un Panel Tipo II (1 1 ) del sistema de micro inyección y dosificación de oxígeno de la invención, que se caracteriza por comprender una tubería de acero (12a) y una tubería de acero (12b). A la tubería de acero (12a) se encuentran unidas de manera perpendicular mangueras microperforadas (13) por medio de conectores de manguera de acero tipo triclamp (14).

La Figura 4 muestra la unión de las mangueras microperforadas (13) a las tuberías de acero (12a) comprenden además niples (21 ) y férulas (22) para asegurar el flujo de gas oxígeno o aire desde las tuberías de acero (12a) a las mangueras microperforadas (13).

De acuerdo con la Figura 3, la estructura anteriormente descrita se encuentra protegida por una malla de acero (15) y unos perfiles de sección cuadrada (23) los cuales se incrustan directamente a la tubería de acero (12) en su estructura tipo Ί” como se muestra en la posición (17) de la Figura 4.

Dada la estructura rectangular del panel Tipo II (11 ), las tuberías de acero (12a) se conectan a tuberías de acero tipo (12b) mediante codos (18) soldados y asegurados con acoples triclamp (16).

Para asegurar la alimentación del gas de oxígeno o aire, dos tuberías de acero (12b) se unen a una T (19), que a su vez se une en el extremo libre a una tubería de reducción (24) que va conectada a la tubería de alimentación y distribución de gas oxígeno o aire (25) que se muestra en la Figura 8.

El panel (1 1 ) también puede opcionalmente comprender una tubería de salida (20) unida a una T (19) ubicada entre dos de las tuberías de acero (12b) como se muestra en la figura 4, donde la tubería de salida (20) va unida a un segundo panel (1 1 ). Alternativamente, dicha tubería (20) puede estar ausente, de manera que el panel (1 1 ) no se une a otro.

En una modalidad alternativa, como se muestra en la Figura 5 dos tuberías de acero (12b) se conectan a una T (19) cuyo tercer extremo es conectado a una tubería (12a), para formar un Panel Tipo I (26). De manera similar al panel tipo II, las tuberías (12a) comprenden además niples (21 ) y férulas (22) para asegurar el flujo de gas oxígeno o aire desde las tuberías de acero (12a) a las mangueras microperforadas (13).

El sistema de micro inyección y dosificación de oxígeno de la invención es anclado al canal de descarga (E) en la posición (1 ) de acuerdo con la Figura 2, mediante la instalación de vigas de acero inoxidable que soportan el sistema y que son ancladas al concreto del canal de descarga (E) mediante pernos de acero inoxidable. La ubicación exacta de cada viga y perno dependerá de las condiciones particulares del canal de descarga (E) de la hidroeléctrica en la cual se instale el sistema de micro inyección y dosificación de oxígeno de la invención, y las cuales resultan obvias para el experto medio en la materia.

Para alimentar el sistema de micro inyección y dosificación de oxígeno de la invención, tal como se muestra en la Figura 6, se instalan tanques de almacenamiento de oxígeno (2), evaporadores (3), unidades de control (4) y protección, tubería de transporte del oxígeno con sus válvulas de protección (5), y tuberías de distribución hasta los paneles Tipo I y/o Tipo II.

El experto en la materia reconocerá que el sistema de micro inyección y dosificación de oxígeno de la invención comprenderá múltiples paneles de Tipo II (Figura 7A), múltiples paneles Tipo I (Figura 7B) o una combinación de paneles Tipo I y Tipo II (Figura 7C). Adicionalmente, de micro inyección y dosificación de oxígeno de la invención tiene la posibilidad de operar parcial o totalmente con aire, al acoplarse con el sistema por medio de un mainfold (27), el cual flexibiliza la operación como se muestra en la Figura 8.

Finalmente, tal como ilustra la Figura 6, la presente invención se refiere a un proceso para la oxigenación de agua de descarga de una hidroeléctrica que comprende el ingreso del agua de descarga (7) a la zona de oxigenación, que comprende paneles tipo I, paneles tipo II o una combinación de los mismos como se muestra en la posición (8), a través de los cuales es liberado gas oxígeno proveniente de tanques de almacenamiento del gas (2).

El método para la oxigenación de la invención resulta eficiente al aumentar los niveles de OD en el agua de descarga de una hidroeléctrica tal como se evidencia en la tabla siguiente: