ES2244190T3

ES2244190T3 - Metodo para deshidratar un material poroso.

Info

Publication number: ES2244190T3
Application number: ES99918591T
Authority: ES
Inventors: Egil Bjerke; Henning Olson
Original assignee: POWERSHIELD LLC
Current assignee: POWERSHIELD LLC
Priority date: 1998-04-15
Filing date: 1999-04-15
Publication date: 2005-12-01
Anticipated expiration: 2019-04-15
Also published as: US6117295A; US20020148731A1; AU3646799A; PT1073504E; WO1999052615A1; DE69924716D1; EP1073504B1; ATE292996T1; EP1073504A4; WO1999052615B1; EP1073504A2; US6372109B1; DK1073504T3; US6866761B2; DE69924716T2; CA2328318A1

Abstract

Un método para deshidratar un material (1) poroso usando electroósmosis, que comprende las etapas de: aplicar un patrón de impulsos de voltaje de corriente continua a un sistema (4) anódico embebido en el material (1) poroso, siendo el sistema (4) anódico eléctricamente interactivo con una estructura (5) catódica embebida en tierra (2), en donde el patrón de impulsos de voltaje de corriente continua tiene un periodo pulsatoro T y cada periodo pulsatoro T incluye una duración del impulso positivo de T+, una duración del impulso negativo de T- y y una duración del impulso neutro de T, en donde la duración del impulso positivo incluye al menos impulsos primero y segundo, caracterizado porque dichos impulsos primero y segundo están separados entre sí por un impulso negativo o un impulso neutro.

Description

Método para deshidratar un material poroso.

Antecedentes de la invención

La presente invención se refiere generalmente a un método para deshidratar materiales porosos, tales como paredes y/o suelos húmedos de una estructura de mampostería u hormigón, así como la estructura de contención de arcilla de un relleno de tierra, a través del uso de electroósmosis. Más particularmente, la presente invención se refiere a aplicar un voltaje de corriente continua de un patrón pulsatoro específico a un ánodo embebido en un material poroso y permitir que el voltaje atraviese el material poroso hasta un cátodo embebido en tierra.

Los problemas de humedad en estructuras de contención son comunes, particularmente en estructuras de edificios situadas al menos parcialmente de forma subterránea. Además, los esfuerzos actuales para minimizar el tiempo de construcción de edificios a menudo no permiten un tiempo de secado adecuado para el hormigón, conduciendo a problemas de humedad en la estructura del edificio.

Se ha desarrollado un número de métodos para deshidratar materiales porosos tales como estructuras de hormigón y mampostería. Aunque son marginalmente eficaces, un número de estos métodos requiere una energía y un tiempo significativos para alcanzar los resultados marginales.

El principio de la electroósmosis fue descubierto por el profesor F. F. Reuss en Moscú en 1807. La electroósmosis emplea una diferencia de potencial de voltaje entre dos puntos sobre caras opuestas de un material poroso. Si la estructura porosa del material se ha saturado mediante agua, los materiales porosos asumen un potencial negativo. Esto hace que los iones positivos del agua se sitúen alrededor de los materiales porosos para formar la llamada doble capa eléctrica. Los iones positivos se moverán hacia una región que tenga un potencial de voltaje inferior. Los iones positivos están hidratados y por lo tanto cada ion transporta una pequeña cantidad de agua, dando como resultado un flujo de agua hacia el potencial inferior.

Ha habido un número de intentos comerciales para deshidratar estructuras de edificios usando electroósmosis. En algunos países europeos, se ha empleado el llamado sistema de electroósmosis "pasiva", en el que se usa una diferencia de potencial natural que se crea entre un material húmedo y sus alrededores. Este tipo de instalación ha dado resultados marginales.

En otros tipos de sistemas de electroósmosis, se ha usado una corriente continua o corriente alterna convencional para generar una diferencia de potencial. Con estos sistemas, solo es posible transportar agua entre el ánodo y el cátodo a lo largo de un período de tiempo corto, debido a que las fuerzas después de algún período se invertirán de modo que el electrolito (agua) es transportado de nuevo hasta su origen. Los esfuerzos se dirigieron así a desarrollar un sistema capaz de funcionar a lo largo de un periodo de tiempo prolongado, sin que el llamado "potencial Z" se invierta, lo que significa que el agua vuelve de nuevo al material capilar. Se ha desarrollado un número de sistemas que utilizan una corriente continua pulsatora, esto es en los que la corriente se cambia entre potenciales positivos y negativos. Tales sistemas se describen en las Patentes de EE.UU. N° 5.368.709, 4.600.486 y 5.015.351, así como en las solicitudes de Patente Sueca 8106785-2 y 8601888-4 (P. Eliassen), la Patente Sueca N° 450264 y la Patente Polaca N° 140265 (Basinsky y otros). Estos sistemas conocidos tienen problemas relativos a la durabilidad de los electrodos en la cara anódica del sistema debido a que los ánodos son fácilmente corroídos debido a un fenómeno de reducción-oxidación. Además, estos sistemas conocidos no han equilibrado la energía de los impulsos positivos y negativos en voltaje-segundos, también denominado flujo magnético, a fin de que se obtenga un flujo de salida de agua máximo del material poroso de la estructura sin tener un humedecimiento adicional del material poroso en un momento ulterior.

Finalmente, la Patente de EE.UU. N° 5.755.945 y la Patente Canadiense N° CA-A-2 216 232, ambas de Kristiansen, describen un método y un aparato para deshidratar un material poroso usando electroósmosis en el que un patrón impulsos de voltaje de corriente continua se aplica a electrodos embebidos en el material poroso. El patrón pulsatoro incluye una duración del impulso positivo, que está seguida subsiguientemente por una duración del impulso negativo y una pausa, o impulso neutro. Significativamente, Kristiansen contempla un intervalo del impulso positivo T+ entre 0,8-0,98, un intervalo del impulso negativo T- entre 0,0-0,05 y un intervalo del impulso neutro T_{p} entre 0,02-0,15.

Sumario de la invención

Un objetivo de la invención es proporcionar un método y un aparato nuevos para deshidratar materiales porosos, que mantienen el transporte de líquido en la dirección deseada.

Un objetivo adicional de la invención es proporcionar un método y un aparato electroosmóticos mejorados para deshidratar materiales porosos, que reducen el tiempo de secado y disminuyen la humedad relativa en comparación con métodos conocidos.

Otro objetivo más de la presente invención es proporcionar un método y un aparato electroosmóticos nuevos para deshidratar materiales porosos hasta un nivel de humedad relativa inferior que los métodos y los aparatos de la técnica anterior.

Los objetivos previos y otros se consiguen de acuerdo con esta invención mediante el suministro de un método para deshidratar un material poroso usando electroósmosis, que comprende las etapas de: aplicar un patrón de impulsos de voltaje de corriente continua a un sistema anódico embebido en el material poroso, siendo el sistema anódico eléctricamente interactivo con una estructura catódica embebida en tierra, en donde el patrón de impulsos de voltaje de corriente continua tiene un periodo pulsatoro T, y cada período pulsatoro T incluye una duración del impulso positivo de T+, una duración del impulso negativo de T- y una duración del impulso neutro de T_{p}, en donde la duración del impulso positivo incluye impulsos al menos primero y segundo separados entre sí por un impulso negativo o un impulso neutro.

Opcionalmente, el período pulsatoro T está en un intervalo de aproximadamente 3 a aproximadamente 60 segundos y la duración del impulso positivo de T+ es de aproximadamente 0,7 T a aproximadamente 0,97 T, una duración de un primer impulso negativo de T- es de aproximadamente 0,01 T a aproximadamente 0,05 T y una duración de un primer impulso neutro de T_{p} es de aproximadamente 0,02 T a aproximadamente 0,25T, y la duración del impulso positivo de cada periodo pulsatoro comprende una duración combinada de los dos impulsos positivos.

La invención también proporciona un aparato para deshidratar un material poroso usando electroósmosis, que comprende un sistema anódico; un generador de voltaje para producir impulsos de voltaje de corriente continua que han de aplicarse al sistema anódico; una estructura catódica embebida en tierra y situada para interactuar eléctricamente con al menos una porción del sistema anódico; un controlador para controlar el generador de voltaje para producir un patrón de los impulsos de voltaje continuo que tienen un periodo pulsatoro T en un intervalo de aproximadamente 3 a aproximadamente 60 segundos, y comprendiendo cada periodo pulsatoro T una duración del impulso positivo T+, una duración del impulso negativo T- y una duración del impulso neutro T_{p}, en donde dicho patrón pulsatoro comprende una duración del impulso positivo de T+ de aproximadamente 0,7 T a aproximadamente 0,97 T, una duración de un primer impulso negativo de T- de aproximadamente 0,01 T a aproximadamente 0,05 T y una duración de un primer impulso neutro de T_{p} de aproximadamente 0,02 T a aproximadamente 0,25 T, y en donde cada periodo pulsatoro incluye al menos dos impulsos positivos separados por un segundo impulso negativo o un segundo impulso neutro, y la duración del impulso positivo de cada período pulsatoro comprende una duración combinada de los dos impulsos positivos.

Se ha encontrado que utilizando un patrón pulsatoro de acuerdo con una modalidad preferida de la invención, puede mantenerse un diferencial de presión osmótica de una cara a otra de una estructura hecha de material poroso que es al menos diez veces mayor que la que es posible con técnicas electroosmóticas conocidas.

Otros objetivos, características y ventajas de la invención se harán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada de la invención cuando se toma junto con los dibujos adjuntos.

Breve descripción de los dibujos

La Fig. 1 es un diagrama que ilustra una situación ambiental convencional relativa a una estructura de un edificio de mampostería u hormigón.

La Fig. 2 es un diagrama que ilustra un boceto básico de un aparato para deshidratar materiales porosos de una estructura de edificio que puede utilizarse para poner en práctica el método de la invención.

La Fig. 3 es un diagrama de circuito básico para poner en práctica un método de acuerdo con la invención.

La Fig. 4 es un diagrama de circuito de bloques y un esquema de circuito para un circuito eléctrico que puede utilizarse para llevar a cabo un método de acuerdo con la invención.

La Fig. 5A, que está marcada "Técnica Anterior", es un diagrama de señales que ilustra un patrón pulsatoro de la técnica anterior.

La Fig. 5B ilustra un montaje de prueba que se usó para efectuar pruebas para medir la presión osmótica producida por diferentes patrones pulsatoros.

La Fig. 6A es un patrón de señales que ilustra un patrón pulsatoro de acuerdo con un aspecto de la presente invención.

La Fig. 6B es un patrón de señales que ilustra un patrón pulsatoro de acuerdo con otro aspecto de la presente invención.

La Fig. 7 ilustra un diagrama de bloques parcial de acuerdo con otro aspecto de la invención.

Descripción detallada de la invención

En referencia a la Fig. 1, se muestra una estructura 1 con paredes 1a y un suelo 1b que comprende un material poroso, tal como mampostería y/u hormigón, situada en la tierra 2 por debajo del nivel del suelo. Se muestra un tubo 3 de drenaje convencional que va desde un tejado (no mostrado) cerca de una pared 1a externa. Por lo tanto, el agua probablemente se infiltrará en la pared la porosa. Alguna absorción capilar representada por las flechas de la Fig. 1 del agua por la pared 1a externa y por el resto de la estructura de mampostería puede crear alta humedad relativa en el espacio encerrado por las paredes 1a. Una ventilación insuficiente del espacio encerrado creará una atmósfera húmeda mohosa que hace el espacio inadecuado para muchos usos.

La Fig. 2 muestra una estructura 1 de edificio similar que está cableada para llevar a cabo la deshidratación electroosmótica. Específicamente, un número de ánodos 4 se proporciona en las paredes porosas y/o en el suelo de la estructura de edificio subterránea. Preferiblemente, los ánodos están comprendidos por un material inerte tal como un ánodo de hilo cerámico de óxido de metal mixto (MMO). Tales ánodos de hilo pueden obtenerse de Ceranode Technologies International, que es una división de APS-Material, Inc., Dayton, Ohio, que comercializa tales ánodos de hilo bajo la marca comercial CerAnode. Alternativamente, los ánodos pueden comprender ánodos de grafito cauchutado convencionales que conducen la corriente, de acuerdo con la ley de Faraday, mediante el movimiento de iones carbono eléctricamente conductores. Una ventaja de usar un ánodo de óxido metálico mixto es que tiene una baja velocidad de disolución del orden de 1 a 10 mg/amp-año. En contraste, los ánodos de grafito cauchutado convencionales tienen una velocidad de disolución del orden de 2 kg de carbono/amp-año y por lo tanto tienen una duración relativamente corta. Los ánodos de hilo de MMO se instalan preferiblemente en grietas de 1,6 mm (1/16° de pulgada) de ancho cortadas en la mampostería en líneas paralelas separadas varias decenas de centímetros según se muestra mediante las líneas paralelas discontinuas en la Fig. 2.

Un cátodo 5 común comprende preferiblemente un cilindro de acero chapeado en cobre embebido en el terreno según se muestra en la Fig. 2. Los ánodos y el cátodo están conectados a una unidad 6 de control de potencia que suministra un patrón pulsatoro de voltaje de corriente continua entre los ánodos 4 embebidos en material poroso de la estructura del edificio y el cátodo 5. Aplicando un patrón pulsatoro de voltaje de corriente continua apropiado según se analiza más adelante, el agua se traslada desde un potencial positivo (+) en la pared hasta un potencial negativo (-) en el cátodo. Por lo tanto, el agua fluye fuera del material poroso y hacia la tierra 2 según se muestra por las flechas de la Fig. 2.

Un esquema simplificado del sistema electroosmótico se muestra en la Fig. 3, en donde números de referencia similares se usan para indicar componentes similares. En la Fig. 3, los ánodos 4' están en la forma de tacos de grafito cuachutado en oposición a los ánodos de hilo ilustrados en la Fig. 2.

La Fig. 4 ilustra la unidad 6 de control de potencia con más detalle. Según se muestra en la Fig. 4, la unidad 6 de control de potencia incluye preferiblemente una unidad 6A de control, una unidad 6B de potencia y una unidad 6C de salida. La unidad 6B de potencia recibe potencia de corriente altema en los terminales 12 de entrada. El voltaje de suministro de corriente altema se convierte reductoramente en el transformador 13, se rectifica en un rectificador 14 y se estabiliza adecuadamente (por ejemplo, mediante un capacitor convencional) para aportar voltaje de corriente continua, por ejemplo 30 voltios de corriente continua, a una entrada 8A de un dispositivo 8 de conmutación electrónica en la unidad 6C de salida.

La unidad 6A de control incluye preferiblemente un microprocesador 9 programable, un panel 10 de graduación del programa y una pantalla 11 de control. El microprocesador 9 está programado adecuadamente para producir señales de control en los cables 16 de control que controlan el funcionamiento de los conmutadores 17, 18, 19 y 20 electrónicos en una disposición 8 de conmutación en la unidad 6C de salida. El panel 10 de graduación del programa permite que se realicen ajustes en los parámetros del programa del microprocesador para ajustar las señales de control en el cable 16 de control para producir un patrón pulsatoro deseado en la salida de la unidad 6C de control como se analizará más adelante.

La señal de voltaje continuo en la entrada 8A está acoplada preferiblemente a una conexión en serie de conmutadores 17 y 19 electrónicos y otra conexión en serie de conmutadores 18 y 20. Los conmutadores 17, 18, 19 y 20 se controlan cada uno individualmente mediante un cable 16A, 16B, 16C y 16D de control respectivo. Otro cable 16E de control está conectado opcionalmente a un nodo 7 común que también está conectado a un terminal de cada uno de los conmutadores 19 y 20. Un resistor 23 está conectado entre el nodo 7 común y un electrodo 25 de tierra.

La Fig. 4 muestra adicionalmente dos grupos +A y +B diferentes de ánodos 4 acoplados mediante un cable 27 a un nodo 29 entre los conmutadores 17 y 19. El cable 27 está conectado a un terminal de relés 21 y 22 controlables respectivos que se activan selectivamente a través de los cables 16F y 16G de control para energizar uno seleccionado de los grupos +A y +B de ánodos. El cátodo 5 común de la Fig. 4 se indica mediante -A, -B, que está conectado mediante un cable 31 a un nodo 33 común entre los conmutadores 18 y 20. Se proporcionan grupos +A y +B múltiples de ánodos para utilizar la capacidad de trabajo total de la unidad 6 de control de potencia y su circuitería asociada. Grupos diferentes de ánodos proporcionarán más seguridad de funcionamiento al reducir la comente localizada y también incrementarán la capacidad de deshidratación, sin embargo, el procedimiento de deshidratación puede llevar más tiempo. El tiempo de deshidratación puede reducirse incrementando la capacidad de trabajo de la unidad de control de potencia.

Abrir y cerrar selectivamente los conmutadores 17, 18, 19 y 20 hace que un impulso positivo, negativo o neutro (nivel de voltaje cero) se conduzca a través del cable 27 hasta uno o ambos de los grupos A y B de electrodos, dependiendo de si los relés 21 y 22 están abiertos o cerrados. Por ejemplo, si los conmutadores 17 y 20 están cerrados y los conmutadores 18 y 19 están abiertos, la entrada de voltaje de +25 voltios de corriente continua en la entrada 8A se aplicará a través de los ánodos +A y +B con relación al cátodo -A, -B. Por otra parte, si los conmutadores 17 y 20 están abiertos y los conmutadores 18 y 19 están cerrados, el potencial de ánodo a cátodo es -25 voltios de corriente continua. Un impulso neutro o de nivel de voltaje cero puede producirse en los ánodos abriendo los conmutadores 17 y 18 y cerrando los conmutadores 19 y 20. Se apreciará por los expertos en la técnica que los cables 16A a 16D de control pueden controlarse mediante el microprocesador 9 y el panel 10 de graduación del programa para conducir señales de control hasta los conmutadores 17 a 20, creando de ese modo cualquier patrón pulsatoro deseado de impulsos positivos, negativos y neutros en los ánodos.

La Fig. 5A ilustra un patrón pulsatoro conocido que se ha utilizado en el pasado para la deshidratación electroosmótica. Este patrón convencional incluye típicamente una duración del impulso positivo T+ que es aproximadamente 0,7 T, una duración del impulso negativo T- de aproximadamente 0,1 T y una duración del impulso neutro T_{p} de aproximadamente 0,2 T. Un patrón pulsatoro de este tipo se describe, por ejemplo, en la Patente de EE.UU. N° 5.368.709. La duración del patrón pulsatoro descrito en esta patente es 1,4 segundos.

Usando este patrón pulsatoro convencional mostrado en la Fig. 5A, con un periodo pulsatoro de T igual a 3 segundos, se ha encontrado que la presión osmótica se incrementa gradualmente y se nivela a niveles relativamente modestos después de unos pocos días.

En referencia a la Fig. 5B, se efectuó un experimento de laboratorio para medir la presión osmótica producida por diferentes patrones pulsatoros. El montaje de laboratorio incluía dos depósitos 30 y 32 de diferentes tamaños. El depósito 32 menor, que no tenía fondo, estaba soportado dentro del depósito 30 mayor con el borde 32a superior del depósito 32 menor interno separado del borde 30a superior del depósito 30 externo, definiendo un espacio 34. El interior del depósito 32 interno estaba comunicado con el interior del depósito externo mediante un material 35 poroso, para esta prueba un ladrillo, que estaba instalado en relación sellada con el fondo abierto del depósito 32 interno. Los depósitos 30 y 32 se rellenaban con agua 36 hasta el mismo nivel 36a inicial por encima del ladrillo 35. Un ánodo 37 estaba situado en el depósito 30 externo. Un cátodo 38 estaba situado en el agua 36 en el depósito 32 interno. El ánodo 37 y el cátodo 38 estaban conectados a salidas de una unidad 39 de control. La unidad de control creaba patrones pulsatoros de voltaje continuo en el ánodo 37 con relación al cátodo 38.

Un patrón pulsatoro que tiene las características de la Fig. 5 con los periodos de duración positivo, negativo y neutro T+, T- y T_{p}, respectivamente, según se analiza previamente, daba como resultado una elevación de 30 mm del nivel de agua en el depósito 32 que contenía el cátodo 38. No se observaba un cambio de nivel de agua adicional después de aproximadamente 48 horas.

Resultados sorprendentes y convincentes basados en una prueba y una verificación intensivas de la eficacia de las modalidades preferidas de la presente invención han establecido que variar ciertos parámetros pulsatoros incrementa la eficacia de deshidratación.

Se efectuó una serie de pruebas usando un grupo diferente de parámetros pulsatoros para cada prueba de la serie de pruebas. Para la prueba, se usaron magnitudes de los impulsos positivo y negativo iguales de 20, 40 y 66 voltios en la prueba de cada uno de varios patrones pulsatoros. Además, para cada patrón pulsatoro y cada magnitud de voltaje, se efectuó una prueba para duraciones del patrón de 3, 6, 10, 20, 30 y 60 segundos. En la siguiente descripción, cada patrón pulsatoro está representado por una secuencia de tres números separados por un guión, en donde el primer número es la duración del impulso positivo T+, el segundo número es la duración del impulso negativo T- y el tercer número es la duración del impulso neutro T_{p}. Para la prueba inicial, los patrones pulsatoros que se usaban en la prueba eran como sigue:

\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
 60-15-25 \+  \hskip1cm  \+
80  -  10  -  10 \+  \hskip1cm  \+
70  -  10  -  20\cr 
72  -  10  -  15 \+ \+
85  -  5  -  5 \+ \+
90  -  5  -  5\cr}

De acuerdo con la convención mencionada previamente, el patrón pulsatoro 60-15-25, por ejemplo, tiene una duración del impulso positivo T+ de 60, una duración del impulso negativo T- de 15 y una duración del impulso neutro T_{p} de 25. La prueba se efectuó para cada uno de estos seis patrones pulsatoros usando las magnitudes de voltaje y las duraciones de los patrones pulsatoros indicadas previamente. La duración de la prueba para cada grupo de parámetros era 48 horas.

Los resultados de la prueba mostraban que cambiar la magnitud del voltaje no afectaba significativamente a la cantidad de incremento en la altura del agua en el depósito interno. Por otra parte, la prueba demostraba que los mejores resultados se obtenían cuando la duración del patrón pulsatoro estaba entre 6 y 10 segundos. Además, se obtuvieron resultados más favorables para patrones pulsatoros en los que los impulsos de la cara positiva representaban 90% o más de la duración T del patrón pulsatoro.

De acuerdo con esto, se efectuó una prueba adicional usando patrones pulsatoros que tenían una duración total T de 6 segundos. Las pruebas se efectuaron durante un periodo de 48 horas. Las magnitudes de los impulsos positivo y negativo eran 40 voltios. Se efectuaron dos pruebas, Prueba A y Prueba B, para cada grupo de parámetros. Al final de cada período de prueba, se midió la altura del agua en el depósito 32 interno y los datos de medida se registraron. Los resultados de la prueba adicional se resumen en la Tabla I, para las dos pruebas, Prueba A y Prueba B. Cada patrón pulsatoro está representado por la secuencia de tres números de la convención mencionada previamente en la que el primer número de la secuencia es la duración del impulso positivo T+, el segundo número de la secuencia es la duración del impulso negativo T- y el tercer número de la secuencia es la duración del impulso neutro T_{p}.

TABLA I

Patrón Pulsatoro	Incremento en la Altura
	Prueba A	Prueba B
85-5-10	38 mm	30 mm
90-5-5	52 mm	38 mm
75-20-5	41 mm	26 mm
80-15-5	48 mm	33 mm
85-10-5	53 mm	37 mm
70-29-1	31 mm	22 mm
80-19-1	45 mm	32 mm
90-9-1	60 mm	43 mm
70-1-29	47 mm	34 mm
80-1-19	54 mm	38 mm
90-1-9	57 mm	41 mm
95-1-4	58 mm	45 mm

La diferencia en los resultados para la Prueba A y la Prueba B puede atribuirse a diferentes niveles de cloruro y pH tanto en el agua como en el ladrillo 35.

Para confirmar los resultados de estas pruebas, se efectuó una prueba adicional usando patrones pulsatoros seleccionados a partir de las pruebas iniciales, incluyendo los patrones pulsatoros 70-1-29, 80-1-19, 90-1-9 y 95-1-10 junto con otro patrón pulsatoro 85-1-14. Para estas pruebas, cada uno de los patrones pulsatoros tenía un periodo pulsatoro T de 6 segundos. Los patrones pulsatoros incluían amplitudes de los impulsos positivo y negativo iguales de 40 voltios de comente continua. La prueba para cada patrón pulsatoro se efectuó durante un período de 48 horas. La altura del agua en el depósito interno se midió al final de cada una de las pruebas. Los resultados de estas pruebas se resumen en la Tabla II. Los datos de prueba, expuestos en orden ascendente para la duración del impulso positivo, demuestran que se proporcionaba un incremento mayor en la altura del agua para periodos del impulso positivo mayores. El incremento en la altura del agua en el depósito interno variaba de 30 mm a 45 mm para la Prueba A y de 40 mm a 55 mm para la Prueba B. El mayor incremento en la altura se proporcionaba para el patrón pulsatoro 95-1-4, que tenía la duración del impulso positivo más larga para esta serie de pruebas.

TABLA II

Patrón Pulsatoro	Incremento en la Altura
	Prueba A	Prueba B
70-1-29	30 mm	40 mm
80-1-19	35 mm	45 mm
85-1-14	37 mm	47 mm
90-1-9	42 mm	54 mm
95-1-4	45 mm	55 mm

En vista de los resultados favorables obtenidos usando el patrón pulsatoro 95-1-4 para el periodo de prueba de 48 horas, se efectuó una prueba adicional durante un periodo de tiempo más largo, que era de 12 días para estas pruebas. La prueba adicional se efectuó usando el patrón pulsatoro 95-1-4 y teniendo un periodo pulsatoro T igual a seis segundos, y con amplitudes de los impulsos positivo y negativo iguales de 40 voltios de corriente continua. Al final de cada período de prueba, se midió la altura del agua en el depósito 32 interno y la medida se registró.

Los resultados obtenidos para la prueba adicional se resumen en la Tabla III para dos pruebas, marcándose los datos de medida obtenidos para las dos pruebas, Prueba A y Prueba B. Como puede observarse, para la Prueba A, la altura del agua en el depósito 32 interno (Fig. 5B) se incrementaba de 0 a 310 mm en el periodo de prueba de 12 días. Para la Prueba B, la altura del agua en el depósito interno se incrementaba de 0 a 245 mm en doce días. La diferencia en los resultados entre la Prueba A y la Prueba B puede atribuirse a diferentes niveles de cloruro y pH tanto en el agua como en el ladrillo 35.

TABLA III

Dato (tiempo)	Incremento en la Altura
		Prueba A	Prueba B
3/25	(1510)	0 mm	0 mm
3/26	(2030)	31 mm	20 mm
3/27	(1905)	53 mm	37 mm
3/28	(0930)	70 mm	51 mm
3/29	(1345)	96 mm	70 mm
4/01	(0820)	157 mm	118 mm
4/02	(1420)	182 mm	138 mm
4/03	(1320)	200 mm	153 mm
4/06	(1140)	250 mm	192 mm
4/07	(2045)	274 mm	212 mm
4/09	(0955)	296 mm	231 mm
4/10	(0750)	310 mm	245 mm

En contraste, usando el patrón pulsatoro conocido 70-10-20, según se describe en la Patente de Estados Unidos N° 5.368.709, la altura del agua en el depósito interno se incrementaba de 0 a solo 30 mm durante un periodo de tres días. No se apreció un incremento medible en la altura después de los tres primeros días.

Se efectuó una prueba adicional en la que el porcentaje del tiempo del impulso positivo, es decir la duración del impulso positivo T+, se seleccionaba para ser 0,90 T y 0,95 T para una duración del patrón pulsatoro T de seis segundos. En las dos pruebas, Prueba A y Prueba B, para las que T+ era 0,90 T, la duración del impulso negativo T- se incrementaba hasta 0,05 T. En las pruebas, Prueba A y Prueba B, para las que T era 0,95, la duración del impulso negativo T- se incrementaba hasta 0,04 T. Los resultados de estas pruebas se resumen en la Tabla IV.

TABLA IV

Patrón Pulsatoro	Incremento en la Altura
	Prueba A	Prueba B
95-4-1	51 mm	40 mm
90-5-5	45 mm	36 mm

Para la Prueba B que usaba el patrón pulsatoro 95-4-5, el incremento en la altura del agua era 40 mm.

Se efectuó una prueba adicional en la que el porcentaje del tiempo del impulso positivo, es decir, la duración del impulso positivo T+, se disminuía y la duración del impulso negativo T- se incrementaba. Los resultados de estas pruebas se resumen en las Tablas V y VI.

TABLA V

Patrón Pulsatoro	Incremento en la Altura
	Prueba A	Prueba B
75-10-15	39 mm	30 mm
80-10-10	40 mm	32 mm

TABLA VI

Patrón Pulsatoro	Incremento en la Altura
	Prueba A	Prueba B
60-15-25	28 mm	20 mm
70-10-20	37 mm	28 mm

Como puede observarse, usar un porcentaje de duración del impulso positivo menor daba como resultado un incremento reducido en la altura del agua en el depósito interno. En particular, el patrón pulsatoro 70-10-40, que es similar al usado en la Patente de Estados Unidos N° 5.368.709, proporcionaba un incremento de solo aproximadamente 28 a 37 mm con la duración del patrón pulsatoro más prolongada de 6 segundos, en comparación con el patrón pulsatoro de 1,4 segundos que se describe en esta patente.

Aunque el uso de duraciones del impulso positivo porcentuales menores puede dar como resultado incrementos menores en la altura del agua en el depósito interno, en modalidades preferidas, pueden usarse patrones pulsatoros que tienen 0,70 T < T+ \leq 0,97 T; 0,O1 T < T- \leq 0,05 T; 0,02 T < T_{p} \leq 0,25 T para proporcionar mejores resultados que métodos y aparatos de la técnica anterior. Por otra parte, aunque los resultados más favorables se obtienen cuando la duración del patrón pulsatoro está entre aproximadamente 6 y 10 segundos, patrones pulsatoros que tienen una duración de 3 segundos < T \leq 60 segundos son bastante eficaces.

Aunque el patrón pulsatoro, de acuerdo con la invención, puede proporcionar impulsos positivo y negativo substancialmente de igual magnitud, también puede usarse eficazmente un patrón pulsatoro en el que las amplitudes de los impulsos positivo y negativo son diferentes. El impulso positivo se selecciona preferiblemente en el intervalo de aproximadamente +12 voltios a +250 voltios de corriente continua. El impulso negativo se selecciona preferiblemente en el intervalo de aproximadamente -12 voltios a aproximadamente -250 voltios de corriente continua.

El periodo pulsatoro total T puede ser mayor que 3 segundos, pero menor que o igual a 60 segundos. En la modalidad más altamente preferida, el período pulsatoro T está entre aproximadamente 6 y 10 segundos. Sin embargo, seria posible fijar la duración del periodo pulsatoro total T a otros valores del intervalo, mientras que se retienen los intervalos de duración de los impulsos para T+, T- y T_{p}, según se indica previamente.

De acuerdo con la presente invención, puede desarrollarse una presión osmótica aún mayor dividiendo la duración del impulso positivo de cada periodo pulsatoro T en dos o más impulsos positivos separados T_{1}+ y T_{2}+, separados por al menos uno de un pulso neutro T_{p1}, según se muestra en la Fig. 6 o un impulso negativo según se muestra en la Fig. 6B, de corta duración (por ejemplo, 0,05 T). En una modalidad preferida, las duraciones de los impulsos del patrón pulsatoro de la Fig. 6A, en orden de presencia en el periodo T, son como sigue:

T_{1}+ = 0,2 T; T_{p1} = 0,05 T; T_{2}+ = 0,6; T- = 0,01 T; T_{p2} = 0,1 T

donde T_{p2} es la segunda presencia de un impulso neutro dentro del período T.

En una modalidad altamente preferida, las duraciones de los impulsos del patrón pulsatoro de la Fig. 6A, en orden de presencia en el período pulsatoro T, son como sigue:

T_{1}+ = 0,2 T; T_{p1} = 0,05 T; T_{2}+ = 0,7; T- = 0,02 T; T_{p2} = 0,3 T

donde T_{p2} es la segunda presencia de un impulso neutro dentro del periodo T que tiene una duración de 10 segundos.

En otra modalidad más, el patrón pulsatoro era:

T_{1}+ = 0,15 T; T_{p1} = 0,05 T; T_{2}+ = 0,60; T- = 0,05 T; T_{p2} = 0,15 T

donde T_{p2} es la segunda presencia de un impulso neutro dentro del periodo T. La duración del periodo T era 10 segundos.

En una modalidad, las duraciones de los impulsos del patrón pulsatoro de la Fig. 6B, en orden de presencia en el periodo pulsatoro T, son como sigue:

T_{1}+ = 0,2 T; T_{1}- = 0,05 T; T_{2}+ = 0,6; T_{2}- = 0,05 T; T_{p} = 0,1 T

donde T_{2}- es la segunda presencia de un impulso negativo dentro del periodo T.

Se efectuó una prueba adicional usando el patrón pulsatoro altamente preferido en el que T_{+1}+ = 0,2 T; T_{p1} = 0,05 T; T_{2}+ = 0,7; T- = 0,02 T; T_{p2} = 0,3 T, y en donde la duración del período T era 10 segundos. Para la prueba que usa este patrón pulsatoro, la altura del agua en el depósito interno se incrementaba en 420 mm. Esto representaba un 25% de incremento sobre el incremento de altura de 310 que se obtenía usando un patrón pulsatoro 95-1-4, para el que el periodo T era 10 segundos. Como se ha indicado previamente, el incremento de altura proporcionado usando el patrón pulsatoro 95-1-4 era 10 veces mayor que el producido usando el patrón pulsatoro conocido de 70-10-20.

Los resultados de la prueba de laboratorio analizada previamente con duraciones de impulsos como las mostradas en las Figs. 6A y 6B muestran un grado aún mayor de incremento en la presión osmótica, alcanzando el nivel de agua 40 mm después de 48 horas y continuando ascendiendo a continuación hasta 420 mm en un periodo de prueba de 12 días.

Una ventaja importante de usar el método y el aparato de la invención para deshidratar material poroso es que el consumo de potencia es menor que para procedimientos electroosmóticos conocidos. Los patrones pulsatoros y las duraciones de los patrones pulsatoros de acuerdo con la invención hacen que se retire un nivel de humedad superior de la estructura porosa en un período de tiempo más corto en comparación con los resultados obtenidos usando técnicas conocidas. Como el material poroso se vuelve más seco, el uso de potencia eléctrica disminuye automáticamente debido a la falta de humedad y la resistencia incrementada del material poroso.

La presente invención también reduce la humedad relativa de la estructura porosa hasta un nivel estable de aproximadamente 50 por ciento, comparado con niveles estables de aproximadamente 80 por ciento o mayores dejados por métodos y aparatos de la técnica anterior. Se efectuaron pruebas para determinar la reducción en los niveles de humedad relativa proporcionada por diferentes patrones pulsatoros. Las pruebas se efectuaron en una estructura de contención que tenía paredes porosas que normalmente están sometidas a una humedad relativa muy alta, a niveles que superan 90 por ciento. Al efectuar estas pruebas, un detector de humedad se insertó en un agujero de aproximadamente 2,5 cm (una pulgada) de profundidad en una pared de la estructura de contención.

Una prueba efectuada usaba el patrón pulsatoro conocido que se describe en la Patente de Estados Unidos N° 5.368.709, que tenía la característica de la Fig. 5, con una duración positiva T+ de 70 por ciento, una duración negativa T- de 10 por ciento y una duración neutra T_{p} de 20 por ciento. El patrón pulsatoro se aplicó al ánodo con relación al cátodo. La duración del patrón pulsatoro era 1,3 segundos. Este patrón pulsatoro (70-10-20) daba como resultado una reducción en la humedad relativa del material poroso hasta un nivel estable de aproximadamente 79 por ciento.

Se efectuó una prueba adicional usando el patrón pulsatoro de acuerdo con la invención que tenía las características de la Fig. 6A, en el que la duración del impulso positivo de cada período pulsatoro T se divide en impulsos positivos separados T_{1}+ y T_{2}+, separados por un impulso neutro T_{p1} de corta duración y seguidos por un impulso negativo T- que, a su vez, estaba seguido por un impulso neutro adicional T_{p2}. Para una prueba que se efectuaba, el patrón pulsatoro era: T_{1}+ = 0,15 T; T_{p1} = 0,05 T; T_{2}+ = 0,60 T; T- = 0,05 T; T_{p2} = 0,15 T. La duración del período T era 10 segundos. Para esta prueba, el detector de humedad se situó en el mismo agujero de la pared de la estructura que se usaba para la prueba que usaba el patrón pulsatoro conocido. El patrón pulsatoro se aplicó al ánodo con relación al cátodo. La prueba adicional se efectuó después de un retraso en el tiempo, después de la prueba que usaba el patrón pulsatoro conocido, suficiente para permitir que la humedad relativa del material poroso volviera a cerca de 90 por ciento. Este patrón pulsatoro (15-5-60-5-15) daba como resultado una reducción en la humedad relativa del material poroso hasta un nivel estable de aproximadamente 52 por ciento. En general, el crecimiento de mohos no puede mantenerse por debajo de 65 por ciento de humedad relativa. Se sabe bien que los hongos dañinos no pueden sobrevivir o crecer a niveles de humedad relativa proporcionados por la presente invención. Además, una prueba reciente ha confirmado que la pulsación electroosmótica puede usarse para impedir la penetración de radón gaseoso. Los resultados preliminares han mostrado una reducción de 85 por ciento del potencial en la difusión de radón cuando el sistema de pulsación electroosmótica está en funcionamiento. Así, la presente invención puede usarse para reducir el radón en hogares y otros edificios. De acuerdo con esto, las estructuras contaminadas pueden protegerse ahora usando la presente invención.

La Fig. 8 muestra un diagrama de circuito que ilustra otra característica de la invención, en donde un sistema 40 detector está conectado en el circuito entre los ánodos 4 y el cátodo 5 para detectar diversos valores de parámetros para determinar si el sistema electroosmótico está funcionando apropiadamente. Si los valores de los parámetros detectados superan límites predeterminados, el sistema 40 detector produce una señal de alarma en el cable 42 que está alimentado por la unidad 6 de control de potencia para producir una alarma visual en la forma de una luz 44 o una alarma 46 audible.

El sistema 40 detector puede detectar, por ejemplo, cuándo existe una pérdida de potencia de salida en la unidad 6 de control de potencia. La pérdida de potencia de salida estaría indicada si el voltaje entre los ánodos 4 y los cátodos 5 fuera cero para un periodo de tiempo predeterminado. Adicionalmente, el sistema 40 detector puede determinar si se supera un voltaje superior de un límite de voltaje inferior, si se supera un límite de corriente superior o si hay una caída de corriente repentina, todo lo cual puede indicar un error del sistema. El sistema 40 detector puede ponerse en marcha mediante un microcontrolador que puede programarse para detectar los parámetros previos así como otros parámetros importantes del sistema. La unidad 6 del control de potencia puede tener detectores internos para activar la alarma 44 visual o la alarma 46 audible. Por ejemplo, la unidad 6 de control de potencia puede incluir un detector de temperatura (no mostrado) para producir una señal si la temperatura dentro de la unidad 6 de control de potencia supera un límite predeterminado indicando un problema del sistema.

Los métodos y aparatos de deshidratación electroosmótica de la invención no solo son aplicables a mampostería y hormigón convencionales, sino que pueden aplicarse a cualquier estructura de contención hecha de material poroso incluyendo, por ejemplo, una estructura de contención de arcilla de un relleno de tierra.

Claims

1. Un método para deshidratar un material (1) poroso usando electroósmosis, que comprende las etapas de:

aplicar un patrón de impulsos de voltaje de corriente continua a un sistema (4) anódico embebido en el material (1) poroso, siendo el sistema (4) anódico eléctricamente interactivo con una estructura (5) catódica embebida en tierra (2), en donde el patrón de impulsos de voltaje de corriente continua tiene un periodo pulsatoro T y cada periodo pulsatoro T incluye una duración del impulso positivo de T+, una duración del impulso negativo de T- y una duración del impulso neutro de T_{p}, en donde la duración del impulso positivo incluye al menos impulsos primero y segundo, caracterizado porque dichos impulsos primero y segundo están separados entre sí por un impulso negativo o un impulso
neutro.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el periodo pulsatoro T está en un intervalo de aproximadamente 3 a aproximadamente 60 segundos, y la duración del impulso positivo de T+ es de aproximadamente 0,7 T a aproximadamente 0,97 T, una duración del primer impulso negativo de T- es de aproximadamente 0,01 T a aproximadamente 0,05 T y una duración del primer impulso neutro de T_{p} es de aproximadamente 0,02 T a aproximadamente 0,25 T y la duración del impulso positivo de cada período pulsatoro comprende una duración combinada de los dos impulsos positivos.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que cada periodo pulsatoro incluye impulsos positivo y negativo de magnitudes de voltajes substancialmente iguales.

4. El método de acuerdo con la reivindicación 2, en el que cada período pulsatoro incluye impulsos positivo y negativo de magnitudes de voltaje diferentes.

5. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que cada periodo pulsatoro incluye impulsos positivo y negativo que tienen magnitudes de voltaje en un intervalo de aproximadamente 12 voltios a aproximadamente 250 voltios.

6. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que la duración del periodo pulsatoro T está entre 6 segundos y 10 segundos.

7. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el que los dos impulsos positivos están separados solo por un impulso negativo.

8. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el que los dos impulsos positivos están separados solo por un impulso neutro.

9. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 8, en el que 0,80 T \leq T+ \leq 0,95 T, preferiblemente 0,90 T \leq T+ \leq 0,95 T; 0,01 T \leq T- \leq 0,05 T, preferiblemente 0,O1 T \leq T- \leq 0,05 T y 0,04 T \leq T_{p} \leq 0,15 T, preferiblemente 0,05 T \leq T_{p} \leq 0,10 T.

10. El método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 9, en el que los dos impulsos positivos son de duración diferente.

11. El método de acuerdo con la reivindicación 10, en el que una relación de la duración de los dos impulsos positivos es al menos 1:3.

12. El método de acuerdo con la reivindicación 2, que comprende además: conectar un sistema (40) detector en circuito con el sistema (4) anódico y la estructura (5) catódica para detectar valores de parámetros del sistema fuera de límites predeterminados; y generar una alarma cuando los límites predeterminados se superan.

13. El método de acuerdo con la reivindicación 12, en el que los parámetros del sistema que son detectados incluyen al menos uno de pérdida de potencia para un periodo de tiempo dado, un límite de voltaje superior, un límite de voltaje inferior, un límite de corriente superior y una caída de corriente repentina.

14. Un aparato para deshidratar un material (1) poroso usando electroósmosis, que comprende un sistema (4) anódico; un generado de voltaje para producir impulsos de voltaje de corriente continua que han de aplicarse al sistema (4) anódico; una estructura (5) catódica embebida en tierra (2) y situada para interactuar eléctricamente con al menos una porción del sistema (4) anódico; un controlador para controlar el generador de voltaje para producir un patrón de los impulsos de voltaje continuo que tienen un periodo pulsatoro T en un intervalo de aproximadamente 3 a aproximadamente 60 segundos, y comprendiendo cada periodo pulsatoro T una duración del impulso positivo T+, una duración del impulso negativo T- y una duración del impulso neutro T_{P}, en donde dicho patrón pulsatoro comprende una duración del impulso positivo de T+ de aproximadamente 0,7 T a aproximadamente 0,97 T, una duración del primer impulso negativo de T- de aproximadamente 0,01 T a aproximadamente 0,05 T y una duración del primer impulso neutro de T_{P} de aproximadamente 0,02 T a aproximadamente 0,25 T, y en donde cada período pulsatoro incluye al menos dos impulsos positivos y la duración del impulso positivo de cada periodo pulsatoro comprende una duración combinada de los dos impulsos positivos; caracterizado porque los dos impulsos positivos están separados por un segundo impulso negativo o un segundo impulso neutro.

15. El aparato de acuerdo con la reivindicación 14, en el que el controlador es programable para proporcionar una duración del impulso positivo de T+ de aproximadamente 0,80 T a aproximadamente 0,95 T, una duración del impulso negativo de T- de aproximadamente 0,01 T a aproximadamente 0,05 T y una duración del impulso neutro T_{P} de aproximadamente 0,04 T a 0,15 T.

16. El aparato de acuerdo con la reivindicación 14 o la reivindicación 15, en el que la duración del periodo pulsatoro T están entre aproximadamente 6 segundos y 10 segundos.

17. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el que los dos impulsos positivos están separados solo por un impulso negativo.

18. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 14 a 16, en el que los dos impulsos positivos están separados solo por un impulso neutro.

19. El aparato de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 18, en el que los dos impulsos positivos son de duración diferente.