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Patent Searching and Data


Title:
SYSTEM FOR ROBOTIC RECOVERY FROM THE BOTTOM OF AN AQUATIC AREA BY MEANS OF OXYGEN NANOPARTICLES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/232657
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system for robotic recovery from the bottom of an aquatic area by means of oxygen nanoparticles, comprising at least one manned aquatic vehicle, at least one hydraulic pump system, at least one gas compression unit, at least one nanobubble generator, a plurality of hydraulic hoses and at least one compressed gas hose, wherein said system also comprises at least two tanks, at least one reciprocating hydraulic pump system and at least one remotely operated vehicle (ROV) submerged in the aquatic area, and comprising a plurality of propellers and crawlers, and having neutral buoyancy.

Inventors:
MIRANDA AGÜERO MANUEL (CL)
Application Number:
PCT/CL2019/050063
Publication Date:
December 12, 2019
Filing Date:
July 30, 2019
Export Citation:
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Assignee:
MIRANDA AGUEERO MANUEL (CL)
International Classes:
C02F1/00; B01F3/04; B63B35/00; B63B38/00; B63C11/00; B63G8/00; B63G8/42; C02F3/00; C02F3/02; C02F3/26; C02F7/00; C02F11/00
Foreign References:
JP2004113920A2004-04-15
JP2005324074A2005-11-24
CN205856130U2017-01-04
JPH07117792A1995-05-09
JP2004290863A2004-10-21
JPH08156876A1996-06-18
KR101637409B12016-07-08
Attorney, Agent or Firm:
MARAMBIO CASTAÑO, Paz (CL)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1 . Un conjunto de recuperación robótica de fondo de espacio acuático mediante nanopartículas de oxígeno, que comprende al menos un vehículo acuático tripulado, al menos un sistema de bombeo hidráulico, al menos una unidad compresora de gas, al menos un generador de nano-burbuja, una pluralidad de mangueras hidráulicas y al menos una manguera de gas comprimido, CARACTERIZADO porque el conjunto comprende además al menos dos tanques, al menos un sistema de bombeo hidráulico reciprocante y al menos un vehículo operado remotamente o ROV (Remotely Operated Vehicle) sumergido en el espacio acuático, y que comprende una pluralidad de hélices y orugas, y tiene flotabilidad neutra.

2. El conjunto según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el vehículo acuático tripulado es un barco.

3. El conjunto según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque las mangueras hidráulicas son seis.

4. El conjunto según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el sistema de bombeo, la unidad compresora de gas, el generador de nano-burbuja, los al menos dos tanques, el sistema de bombeo reciprocante, al menos cuatro mangueras hidráulicas y la manguera de gas comprimido se disponen sobre el vehículo acuático tripulado.

5. El conjunto según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque dos mangueras hidráulicas se encuentran parcialmente en el vehículo acuático tripulado y parcialmente sumergidas en el espacio acuático.

6. El conjunto según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque una de la pluralidad de mangueras hidráulicas se dispone con un extremo sumergido en el espacio acuático y su otro extremo conectado a la succión del sistema de bombeo.

7. El conjunto según la reivindicación 6, CARACTERIZADO porque una de la pluralidad de mangueras hidráulicas se dispone entre la descarga del sistema de bombeo con la entrada de un primer tanque.

8. El conjunto según la reivindicación 7, CARACTERIZADO porque una de la pluralidad de mangueras hidráulicas se dispone entre la salida del primer tanque con la succión de líquido del generador de nano-burbuja.

9. El conjunto según la reivindicación 8, CARACTERIZADO porque la unidad compresora de gas descarga gas comprimido a través de la manguera de gas comprimido desde la descarga de la unidad compresora de gas hasta la alimentación de gas del generador de nano-burbuja.

10. El conjunto según la reivindicación 9, CARACTERIZADO porque una de la pluralidad de mangueras hidráulicas se dispone entre la descarga del generador de nano-burbuja y la entrada de un segundo tanque.

1 1 . El conjunto según la reivindicación 10, CARACTERIZADO porque una de la pluralidad de mangueras hidráulicas se dispone entre la salida del segundo tanque y la succión del sistema de bombeo reciprocante.

12. El conjunto según la reivindicación 1 1 , CARACTERIZADO porque una de la pluralidad de mangueras hidráulicas se dispone entre la descarga de la bomba hidráulica reciprocante), y su otro extremo descarga el fluido que contiene las nano-burbujas sobre el fondo del espacio acuático, donde dicha manguera va sujeta al ROV.

13. El conjunto según la reivindicación 1 , CARACTERIZADO porque el ROV comprende al menos una cámara, la cual proporciona visualización de sus alrededores, acompañadas de luces.

Description:
S ISTEMA DE RECUPERACIÓN ROBÓTICA DE FONDO DE ESPACIO ACUÁTICO CON

NANQP ARTICULAS DE OXÍGENO

CAMPO DE APLICACIÓN

La presente invención pertenece al área de la industria acuícola para la recuperación de espacios acuáticos, en particular, de fondos de cuerpos de agua.

ANTECEDENTES

En la industria acuícola mundial, ríos, lagos, estuarios y cualquier área acuática están expuestos a problemas de falta de oxígeno en el lecho o subsuelo de sus fondos por exceso de nutrientes y descomposición anaeróbica.

En el estado del arte, existen tecnologías que solucionan en parte esta problemática, pues son utilizadas para mejorar las condiciones del fondo marino para su explotación. Un ejemplo es el documento US5950732, el cual describe un sistema para recuperar hidrocarburos líquidos de hidratos en un fondo oceánico que incluye un recipiente, un subsistema de posicionamiento acoplado al recipiente para mantener el recipiente en una ubicación deseada sobre una formación de hidrato, un subsistema de recuperación de hidratos acoplado al recipiente para liberar hidratos de un piso al recipiente y separando el gas de los hidratos removidos del fondo del océano, un subsistema de conversión de gas acoplado al subsistema de recuperación de hidratos para convertir el gas en líquidos, y un subsistema de almacenamiento y remoción. El exceso de energía del subsistema de conversión de gas se usa en otras partes del sistema. También se proporciona un método para recuperar hidratos de un fondo oceánico.

Otra solución que intenta mejorar las condiciones de falta de oxígeno del fondo del mar es la divulgada por el documento WO2017082427, el cual describe un sistema para recoger, levantar y recuperar recursos minerales del fondo marino, específicamente, un dispositivo en el que se genera hidrógeno gaseoso en el fondo marino, los recursos se elevan por la flotabilidad del gas a la superficie del mar y el gas hidrógeno que se ha convertido en una fuente de flotabilidad en exceso durante el levantamiento y la recuperación se absorbe en una sustancia orgánica que incluye tolueno, produciendo así compuestos hidrogenados que incluyen ciclometilhexano para recuperar la energía requerida para la producción de gas de hidrógeno. Sin embargo, dado que dichas soluciones no son destinadas en su totalidad a la recuperación del fondo, no son completamente eficientes en este aspecto.

Una forma de descontaminación y recuperación de las superficies de los fondos de los cuerpos de agua con una baja cantidad de oxígeno es la inyección de oxígeno por medio de millones de nano-partículas ultrafinas de aire. Este es un proceso altamente eficiente, ya que el oxígeno inyectado aumenta la actividad de los microorganismos aeróbicos de los fondos, los que ayudan a consumir la materia orgánica y los niveles de lodo. Junto a esto, ocurre la reducción de los niveles de fósforo y nitrógeno a través de la conversión de nutrientes, lo que restringe la estimulación del crecimiento de microalgas y algas. Hay un aumento de poblaciones de larvas y comunidades sanas. En paralelo, el oxígeno destruye microorganismos patógenos y anaeróbicos que producen ácidos y gases fétidos. Lo anterior produce un círculo virtuoso ya que al recuperar la actividad aeróbica no es necesario incorporar oxígeno por medios artificiales, ya que se autogenera.

Debido a su pequeño tamaño y la alta presión interna, las nano-burbujas pueden permanecer estables en agua durante prolongados periodos de tiempo. A diferencia de las micro y macro burbujas, que se elevan a la superficie, las nano-burbujas tienen una mínima flotabilidad y pueden dispersarse en todo el cuerpo de agua debido a los principios de movimiento browniano. La longevidad de las nano-burbujas en el agua, combinada con su gran superficie interfacial, aumenta significativamente la capacidad de transferencia de oxígeno al agua, mucho más que los sistemas de aireación tradicionales. Las nano-burbujas se pueden inyectar a cualquier profundidad y oxigenar toda la columna de agua, incluyendo la capa de lodo del fondo o subsuelo, que requiere oxígeno para mantener la descomposición aeróbica y la conversión de nutrientes. La inyección de oxígeno por medio de un generador de nano- burbujas, crea un ambiente rico en oxígeno y de baja turbulencia, permitiendo nuevamente la regeneración de las bacterias aeróbicas promoviendo su crecimiento de la manera más eficiente, obteniendo la descontaminación y recuperación de cuerpos de agua.

En este sentido, el documento WO20141571 18 describe un dispositivo de elevación de recursos del fondo marino capaz de provocar que el lodo profundo del mar que contiene elementos de tierras raras se eleve desde profundidades de más de 5000 m. Este dispositivo de elevación de recursos del fondo marino comprende: una manguera de transporte que comprende una primera manguera y una segunda manguera que cuelga de un recipiente de recuperación de recursos hasta el lecho marino; un colector tipo oruga provisto de una primera cámara de succión que envía barro desde el lecho marino a la primera manguera y una segunda cámara de succión que envía lodo desde el lecho marino a la segunda manguera; un electrolizador de agua que, por medio de la electricidad suministrada por el recipiente de recuperación de recursos, electroliza el agua para generar gas hidrógeno y oxígeno gaseoso; y un dispositivo de inyección de gas que inyecta el gas hidrógeno y el gas oxígeno en forma de nano burbujas generados en la primera cámara de succión y en la segunda cámara de succión, respectivamente. El barro que contiene elementos de tierras raras se eleva con agua de mar a través de la flotabilidad del gas de hidrógeno u oxígeno.

En la práctica, la única solución factible que ha sido utilizada para la limpieza de fondos (pequeñas lagunas y en bajas profundidades) es la inmersión de un buzo con una manguera que succione el sustrato del fondo.

Además, hay remediación de lagunas, embalses y estanques con micro y nano burbujas pero no específicamente de fondos. Basado en un estudio realizado en Japón, en la Bahía Kusuura, empleando 4 generadores de burbujas microscópicas de aire (Endo, et al. (2008). DO-increasing effects of a microscopio bubble generating system in a fish farm. Marine Pollution Bulletin, 57(1-5), 78-85. https://doi.Org/10. 1016/j.marpolbul.2007. 10.014), se obtuvo que el uso de burbujas microscópicas de aire favorece a la recuperación del ciclo biológico del fondo marino, entregando oxígeno disuelto al fondo marino eficientemente, y apoyando la existencia de bacterias aeróbicas y organismos bentónicos.

Sin embargo, el hecho de que el sistema presentado por (Endo et al., 2008), muestra movilidad limitada o nula, dificulta el uso de las burbujas microscópicas, como aplicación principal, para remediación de fondo marino, ya que todos los experimentos realizados en este trabajo, fueron realizados empleando el generador de burbujas microscópicas dentro de redes pesqueras, lo que produce que el enfoque principal sea disolver oxígeno dentro de las redes pesqueras e indirectamente colaborar a la recuperación del fondo marino.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con un conjunto compuesto por un vehículo acuático tripulado (barco), una bomba hidráulica, un compresor de aire, un generador de nano-burbuja, dos tanques (recipientes almacenadores de líquido, gas, flujo bifásico, etc.), una bomba hidráulica reciprocante, un ROV (Remotely Operated Vehicle), una pluralidad de mangueras hidráulicas y al menos una manguera de aire comprimido. El sistema se utiliza en su conjunto para operar sobre el fondo de un cuerpo de agua mediante la inyección de nano burbujas, para así aumentar la concentración de oxígeno en el fondo. Las ventajas técnicas de la presente invención son las siguientes:

1 . Descontaminación eficiente y dirigida mediante la regulación de la dirección del flujo que contiene nano-burbujas. La dirección del flujo se regula mediante el control de la ubicación del ROV que posee la manguera por la que fluye el fluido que contiene las nano-burbujas.

2. Permite descontaminar fondos acuáticos sin requerir la sumersión de personas en los cuerpos de agua, lo que reduce el riesgo humano.

3. Es un sistema que permite la descontaminación y se retira del ecosistema, reduciendo la influencia en el ecosistema en comparación con sistemas que se mantienen fijos en el espacio acuático luego de realizada la operación de estos equipos.

4. Las nano-partículas con oxígeno, menores a cinco micrones, inyectadas a la columna de agua y sobre el subsuelo, mantienen una mínima flotabilidad y gran longevidad, lo que aumenta significativamente la capacidad de transferencia de oxígeno al lecho o subsuelo del fondo del espacio acuático.

El empleo de un ROV permite usar la generación de burbujas microscópicas con movilidad fuera de las redes pesqueras, particularmente, por debajo de ellas, ya que por la presencia de las redes pesqueras se dificulta la sumersión de un generador de burbujas microscópicas a la ubicación deseada manualmente. Razón por la cual el uso de un ROV contribuye a poder colocar la descarga de las burbujas microscópicas en lugares deseados con facilidad y precisión, haciendo posible que el incremento de oxígeno disuelto en el fondo del espacio acuático sea mayor, y que la regeneración de su proceso biológico sea más rápida. DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La Figura 1 muestra una vista en perspectiva del conjunto, de acuerdo a una modalidad preferida de la invención.

La Figura 2 muestra una vista en superior del conjunto, de acuerdo a una modalidad preferida de la invención.

La Figura 3 muestra una vista inferior del conjunto, de acuerdo a una modalidad preferida de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con un conjunto de recuperación (1 ) robótica de fondo de espacio acuático mediante nanopartículas de oxígeno. El conjunto (1 ) comprende al menos un vehículo acuático tripulado (10), preferentemente un vehículo de superficie como un barco, al menos un sistema de bombeo hidráulico (1 1 ), al menos una unidad compresora de gas (12), al menos un generador de nano-burbuja (13), al menos dos tanques (14), al menos un sistema de bombeo hidráulico reciprocante (15), al menos un vehículo operado remotamente (20) o ROV (Remotely Operated Vehicle), una pluralidad de mangueras hidráulicas (30) y al menos una manguera de gas comprimido (40). En una modalidad de la invención, la pluralidad de mangueras hidráulicas (30) son preferentemente seis mangueras hidráulicas.

Sobre el vehículo acuático tripulado (1 0) se encuentran dispuestos el sistema de bombeo (1 1 ), la unidad compresora de gas (1 2), el generador de nano-burbuja (13), los al menos dos tanques (14), el sistema de bombeo reciprocante (15), al menos cuatro mangueras hidráulicas (30) y la manguera de gas comprimido (40). Dos mangueras hidráulicas (30) se encuentran parcialmente en el vehículo acuático tripulado (10) y parcialmente sumergidas en el espacio acuático. El ROV (20) se encuentra sumergido en el espacio acuático.

Se dispone una manguera hidráulica (30) con un extremo sumergido en el espacio acuático que tiene su otro extremo conectado a la succión del sistema de bombeo (1 1 ). Luego una manguera hidráulica (30) une la descarga del sistema de bombeo (1 1 ) con la entrada de un tanque (14). Seguidamente, una manguera hidráulica (30) une la salida del tanque (14) mencionado con la succión de líquido del generador de nano-burbuja (13). Por otro lado, la unidad compresora de gas (12) succiona aire del ambiente (o cualquier gas suministrado a la succión de la unidad compresora) y lo descarga a través de una manguera de gas comprimido (40) desde la descarga de la unidad compresora de gas (12) hasta la alimentación de gas del generador de nano-burbuja (13). El generador de nano-burbuja (13) mezcla ambos fluidos y genera un fluido bifásico que contiene las nano-burbujas. Posteriormente, el fluido bifásico fluye a una manguera hidráulica (30) que tiene conectado un extremo en la descarga del generador de nano-burbuja (13) y el otro en la entrada de un segundo tanque (14). A la salida de este segundo tanque (14) se encuentra conectado un extremo de una manguera hidráulica (30), que tiene su otro extremo conectado a la succión del sistema de bombeo reciprocante (15). Finalmente, hay una manguera hidráulica (30) conectada a la descarga de la bomba hidráulica reciprocante (15), esta manguera (30) va sujeta al ROV (20), y su otro extremo descarga el fluido que contiene las nano-burbujas sobre el fondo del espacio acuático.

En una modalidad de la invención, el ROV (20) comprende una pluralidad de hélices y orugas, y tiene flotabilidad neutra. El ROV, mediante el uso de las orugas, puede desplazarse sobre el fondo del espacio acuático mediante la rotación de las orugas; y mediante el uso de las hélices puede desplazarse por el espacio acuático. Además, el ROV cuenta con al menos una cámara, la cual proporciona visualización de sus alrededores, acompañadas de luces. Las orugas, las hélices, los movimientos de las cámaras y el ajuste de luminosidad de las luces, son regulados mediante un operador en una base de mando ubicada en el vehículo acuático tripulado y mediante electrónica de la cual dispone el ROV y conecta con la base de mando mediante el cable eléctrico del ROV.

El sistema hidráulico en el cual se unen el flujo de agua succionado del espacio acuático con el flujo de gas comprimido (aire comprimido u otro gas comprimido) y que finaliza al ser entregado como flujo bifásico sobre el fondo del espacio acuático, cuenta con válvulas reguladoras de caudal y válvulas reguladoras de presión para así regular el caudal y la presión en función de la necesidad específica del espacio acuático en el cual se implemente el sistema.

El sistema de bombeo (1 1 ), la unidad compresora de gas (12), el generador de nano-burbuja

(13), el sistema de bombeo reciprocante (15), el ROV (20) y la base de mando, son abastecidos de electricidad mediante un generador eléctrico.

Listado de elementos

(I ) Conjunto de recuperación

(10) Vehículo acuático tripulado (barco)

(I I ) Sistema de bombeo hidráulico

(12) Unidad compresora de gas

(13) Generador de nano-burbuja

(14) Tanques

(15) Sistema de bombeo reciprocante

(20) Vehículo operado remotamente o ROV (Remotely Operated Vehicle)

(30) Mangueras hidráulicas

(40) Manguera de gas comprimido