ES2315693T3 - Procedimiento y dispositivo de captacion de agua dulce. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento de captación de agua dulce que procede de una fuente de agua dulce submarina (1) en el fondo del mar, en que el agua dulce es recogida en un primer conducto (2) cuyo extremo inferior (21) está dispuesto frente a dicha fuente y rodea de forma estanca, por lo menos una parte, preferentemente la totalidad del orificio de dicha fuente, el agua dulce es recogida a un caudal inferior o igual a un caudal determinado, en un segundo conducto (3) de diámetro inferior al de dicho primer conducto, presentando el segundo conducto su extremo superior (3 2) que desemboca en la superficie, y cuando el caudal de la fuente sobrepasa dicho caudal determinado, el exceso de caudal de la fuente es vertido, desde el extremo superior (22) de dicho primer conducto, en un depósito (4) de base abierta que contiene aire, aprisionando dicho depósito el aire contenido por encima de una interfaz agua-aire (6) situada en el interior de dicho depósito, caracterizado porque el extremo inferior (3 1) de dicho conducto (3) se extiende en el interior de la parte superior de dicho primer conducto y el extremo superior (2 2) de dicho primer conducto está situado por encima del nivel de dicha interfaz agua-aire (6) en el interior de dicho depósito.
Description
Procedimiento y dispositivo de captación de agua
dulce.
La presente invención se refiere a un
procedimiento de captación de agua dulce que procede de una fuente
de agua dulce submarina. La presente invención se refiere asimismo a
un dispositivo de captación de agua dulce y a un procedimiento de
colocación en el fondo del mar de un dispositivo de captación de
agua dulce. Estas fuentes de agua dulce constituyen unos
afloramientos de agua dulce submarina en el fondo del mar.
Se conocen ya diferentes procedimientos y
dispositivos de captación de fuentes submarinas de agua dulce, tales
como los descritos en particular en la solicitud de patente en
Francia FR 2 701 974 o en la solicitud internacional WO 00/79309 a
nombre del solicitante.
En estos procedimientos y dispositivos, se
utiliza una estructura-depósito con concavidad
dirigida hacia abajo, que cubre la fuente de agua dulce, y en la
cual el agua dulce es recogida en la parte alta gracias a su
densidad menor que la del agua de mar. Esta estructura está abierta
por su base para permitir la evacuación del agua de mar y/o el
llenado por el agua dulce.
Existen varias dificultades para realizar un
procedimiento y dispositivo de captación de agua dulce en el mar
satisfactorio.
En primer lugar, es preciso que el dispositivo
de captación sea simple y fácil de instalar en el fondo del mar y
poco costoso de realizar.
En segundo lugar, el procedimiento y el
dispositivo de captación deben permitir evitar la mezcla entre el
agua dulce y el agua de mar, de manera que se recoja agua dulce
pura.
Por último, es preciso que este procedimiento y
este dispositivo no generen perturbación de la carga hidráulica de
la fuente de agua dulce. Se sabe, en efecto, que una fuente de agua
dulce submarina abre su camino a través de los conductos naturales
subterráneos y que el flujo de la fuente puede ser perturbado,
incluso interrumpido de forma irremediable, cuando se ejerce una
sobrepresión hidráulica excesiva a nivel del orificio de flujo de la
fuente causando unos desperfectos o modificaciones en dichos
conductos naturales subterráneos frágiles. Para cada fuente, los
hidrogeólogos son capaces de determinar el valor de la sobrepresión
límite tolerable a no sobrepasar para no perturbar el flujo de dicha
fuente, sobrepresión hidráulica que se sitúa, en general, entre 0 y
0,1 bars (10^{4} Pa).
En ausencia de cualquier dispositivo de
captación, la presión hidráulica, a nivel del orificio de flujo de
la fuente de agua dulce, está ligada a la altura de la franja de
agua situada por encima de dicho orificio, es decir a la profundidad
del orificio a razón de 1 bar por decena de metros de profundidad.
Esta presión hidráulica es independiente del caudal natural de flujo
de la fuente.
En contrapartida, en presencia de un dispositivo
de captación, se producen unas pérdidas de carga por rozamiento del
agua que fluye en dicho dispositivo. Esta pérdida de carga por
rozamiento es proporcional al valor del caudal de flujo del agua en
el dispositivo de captación. Las fuentes de agua dulce pueden
experimentar unas variaciones naturales de caudal, en particular en
caso de crecida, que pueden ir hasta una multiplicación del caudal
por un factor 5, incluso 10. Estas variaciones de caudal inducen una
sobrepresión hidráulica a nivel de la fuente, debida al incremento
de pérdida de carga ligado al paso del agua a través de los
conductos de los dispositivos de captación en su caso.
Más generalmente, en la práctica, es difícil
reunir las dos condiciones de no miscibilidad de agua de mar y de
agua dulce y de ausencia de sobrepresión hidráulica excesiva a nivel
de la fuente, utilizando al mismo tiempo un dispositivo de captación
simple y poco costoso de realizar y de instalar y fiable
técnicamente, sin aportación de energía tal como por bombeo.
Los procedimientos y dispositivos descritos en
el documento FR 2 701 974 están especialmente adaptados a la
captación de agua dulce a lo largo de las costas y no pueden ser
utilizados para unas fuentes situadas en alta mar, en el fondo del
mar y a gran distancia de la costa. En cualquier caso, estos
procedimientos y dispositivos de captación no permiten evitar la
mezcla de agua de mar salada y del agua dulce cuando tiene lugar su
captación.
En el documento WO 00/79309, se describen
diferentes procedimientos y dispositivos de captación de agua dulce,
en los cuales se recupera el agua dulce en un depósito de base
abierta, en forma de campana o sombrero, que recubre la fuente de
agua dulce en el fondo del mar, y después un tubo que sube desde la
parte superior de dicho depósito hasta la superficie del mar.
En un primer modo de realización del documento
WO 00/79309, la base abierta del depósito está amarrada al fondo del
mar a una cierta distancia del fondo, facilitando así la instalación
del dispositivo en caso de entorno ocupado del fondo del mar tal
como por unas rocas o un relieve accidentado. En estas condiciones,
no se llega sin embargo en la práctica a evitar la mezcla del agua
de mar y del agua dulce en el interior del depósito.
\newpage
En un segundo modo de realización del documento
WO 00/79309, la base abierta del depósito encaja con el fondo del
mar de forma estanca, de manera que se evite la mezcla del agua de
mar salada y del agua dulce después de la fase inicial de vaciado
del depósito inicialmente lleno de agua de mar. En este segundo modo
de realización, se prevén unas válvulas antirretorno que permiten la
evacuación del agua en caso de aumento de caudal de flujo de la
fuente, evitando así ocasionar una sobrepresión hidráulica excesiva
a nivel de la fuente. Sin embargo, en la práctica los aumentos de
caudal son tales que se está obligado a prever un gran número de
válvulas. Ahora bien, estas válvulas son unos dispositivos mecánicos
relativamente frágiles, calibrados para un caudal dado, y que
aumentan además el coste del dispositivo. Estos procedimientos y
dispositivos de captación no son por tanto satisfactorios, tanto
económicamente como técnicamente. Además, el dispositivo de
captación no es fácil de instalar cuando el fondo del mar, en la
proximidad de la fuente, es accidentado, puesto que, en este caso,
es difícil asegurar la estanqueidad entre el fondo del mar y la base
abierta del depósito que representa un diámetro relativamente
importante.
En resumen, los procedimientos y dispositivos de
captación de agua dulce submarina anteriores adolecen de las lagunas
e inconvenientes siguientes:
- -
- o bien el sistema es complemente estanco al agua salada pero el aumento de caudal de flujo de agua dulce en caso de crecida (pudiendo el caudal variar en una relación de 1 a 10 en algunas horas) induce un aumento de la pérdida de carga ligada al rozamiento y una subida de presión hidráulica de la fuente que puede generar unos daños irremediables en el conducto natural,
- -
- o bien el sistema implica la presencia de superficies abiertas al medio salado ambiente durante la evacuación del excedente episódico de agua dulce, lo que provoca unas contaminaciones a nivel de la interfaz agua dulce/agua salada, y
- -
- por último, un bombeo, en estos sistemas anteriores, puede generar unas variaciones negativas de presión en caso de aumento del caudal de la fuente y, por tanto, crear un fenómeno de aspiración del agua salada que contamina entonces el conducto corriente arriba.
El objetivo de la presente invención es por
tanto proporcionar unos procedimientos y dispositivos de captación
de agua dulce que sean simples y poco costosos de realizar y de
instalar, que funcionen de forma técnicamente fiable en el tiempo y
que acumulen las ventajas de ausencia de mezcla de agua de mar y de
agua dulce y de ausencia de riesgo de sobrepresión hidráulica
excesiva a nivel de la fuente, de manera que eviten generar daños
irremediables en el conducto natural, y que no necesiten aportación
de energía, por bombeo en particular.
Para ello, según un primer aspecto, la presente
invención proporciona un procedimiento de captación de agua dulce
que procede de una fuente de agua dulce submarina en el fondo del
mar según la reivindicación 1.
Se comprende que el extremo superior de dicho
primer conducto desemboca en el interior de dicho depósito.
Así se evita cualquier contacto y por tanto
cualquier contaminación entre el agua dulce y el agua salada pero
también se limita la sobrecarga hidráulica sobre la fuente generada
por el dispositivo.
En un modo preferido de realización, el agua
dulce es recogida en el extremo de dicho segundo conducto con un
caudal correspondiente al caudal medio de dicha fuente de agua
dulce.
Como se explicará más adelante, dicho primer
conducto t_{1} está dimensionado y el valor de H es determinado de
tal manera que:
\rho_{1} x g
x H + G + P_{1} \leq
\DeltaPS
- \bullet
- \rho_{1} = masa volumétrica del agua dulce,
- \bullet
- g = 9,81 m/s^{2},
- \bullet
- P_{1} = pérdida de carga en dicho primer conducto cuando el agua dulce fluye a dicho caudal dado, en particular caudal medio de flujo de la fuente,
- \bullet
- \DeltaPS = sobrepresión hidráulica límite tolerable por dicha fuente de agua dulce. Se trata de un valor conocido o determinable para cada fuente, siendo \DeltaPS preferentemente inferior o igual a 10^{4} Pa.
- \bullet
- G = ganancia del empuje de Arquímedes ligada al fenómeno de reemplazado del peso de la columna de agua de mar por el peso de la columna de agua dulce en dicho primer conducto.
Esta ganancia G se escribe:
G = (\rho_{1}
x g x H_{1}) - (\rho_{2} x g
H_{1}),
- \bullet
- H_{1} = altura del nivel de la interfaz agua-aire en el depósito con respecto al fondo del mar a nivel de la fuente.
- \bullet
- \rho_{2} = masa volumétrica del agua de mar.
La altura H y las dimensiones del primer
conducto son por tanto determinadas en función de \DeltaPS.
Según otra característica preferida de
realización del procedimiento, para que el segundo tubo t_{2}
permanezca siempre en contacto con el agua que circula en dicho
primer conducto t_{1}, dicha longitud 1 es superior o igual H.
En general, la sobrepresión hidráulica límite
tolerada (\DeltaPS) a nivel de la fuente es inferior o igual a 0,1
bar (10^{4} Pa).
Según otro aspecto de la invención, la presente
invención proporciona un dispositivo de captación de agua dulce que
procede de una fuente de agua dulce submarina para un procedimiento
según la reivindicación 5.
Según unos modos de realización particulares y
ventajosos del dispositivo según la invención:
- -
- el dispositivo comprende unos primeros medios de amarre de dicho primer conducto t_{1} al fondo del mar y/o a una base que descansa en el fondo del mar, y de dichos segundos medios de amarre de dicho segundo conducto y/o de dicho depósito así amarrado(s) al fondo del mar y/o a dicho primer conducto,
- -
- dicho depósito es solidario de dicho segundo conducto y rodea éste de forma estanca,
- -
- dicho depósito está constituido por una envolvente, que puede ser en particular flexible o rígida, atravesada de forma estanca por dicho segundo conducto t_{2},
- -
- dicha envolvente presenta en su parte superior una forma de casquete sustancialmente semiesférico o de campana,
- -
- dicha envolvente flexible es apta para adoptar una forma de casquete sustancialmente semiesférico o de campana en el fondo del mar cuando está amarrada y se inyecta aire comprimido debajo de dicha envolvente,
- -
- el dispositivo comprende unos medios de inyección de aire comprimido en el interior de dicho depósito,
- -
- el diámetro de la base abierta de dicho depósito es tal que su superficie de abertura sea por lo menos igual a la de la fuente,
- -
- la longitud de dicho primer conducto t_{1} es superior o igual a la altura de los relieves y/o objetos, naturales o no, que descansan en el fondo del mar en la proximidad de dicha fuente submarina en un radio correspondiente al de la base abierta del depósito,
- -
- la parte superior de dicho primer conducto t_{1} que rodea la parte inferior de dicho segundo tubo está acampanada en forma de embudo con su base menor inferior,
- -
- este modo de realización favorece el buen vertido del exceso de caudal de agua en el depósito en tanto es necesario,
- -
- el diámetro D_{1} de dicho primer conducto t_{1} a nivel del extremo inferior de dicho segundo conducto t_{2} es tal que la superficie anular entre los dos dichos primer y segundo conductos a este nivel es superior o igual a la superficie de la sección de dicho primer conducto (o sea superior a \piD_{1} 2/4 para una sección circular),
- -
- dicho segundo conducto sube directamente a la superficie, preferentemente sustancialmente verticalmente desde el extremo superior de dicho segundo conducto, y el agua dulce es recuperada en superficie y transportada a tierra preferentemente por un buque,
- -
- dicho segundo conducto puede descender de nuevo y descansar en el fondo del mar para alcanzar la costa, y así conducir el agua a la costa, desembocando en tierra preferentemente a una altura inferior al nivel del mar.
La presente invención proporciona asimismo un
procedimiento de colocación en el fondo del mar de un dispositivo de
captación de agua dulce según la reivindicación 15.
Los procedimientos y el dispositivo de captación
de agua dulce según la invención son ventajosos a varios
títulos.
En primer lugar, permiten captar el agua dulce
impidiendo cualquier contacto, y por tanto cualquier mezcla de agua
dulce-agua salada, y por tanto recoger agua dulce
pura. En efecto, el aire en el interior del depósito crea una
interfaz infranqueable por el agua salada que no puede contaminar el
agua dulce recogida a través de dicho segundo conducto t_{2}.
En segundo lugar, el procedimiento y el
dispositivo según la invención permiten captar el agua dulce con un
caudal de captación de agua dulce sustancialmente constante, sin
riesgo de sobrepresión excesiva y por tanto evitando cualquier
perturbación hidrogeológica de la fuente que pueda resultar de ello,
y esto, en ausenta de medio(s) mecánico(s)
de regulación de caudal en el interior de dichos primer y segundo conductos tales como unas válvulas antirretorno de evacuación, en particular a nivel de la unión de dichos primer y segundo conductos o a nivel del depósito.
de regulación de caudal en el interior de dichos primer y segundo conductos tales como unas válvulas antirretorno de evacuación, en particular a nivel de la unión de dichos primer y segundo conductos o a nivel del depósito.
En total, el procedimiento y el dispositivo
según la invención permiten regular el caudal extraído de la fuente
y la carga hidráulica de la fuente en su salida, independientemente
de su caudal natural, evitando el riesgo de intrusión de agua salada
en el conducto de conducción a tierra a través de dicho segundo tubo
en caso de bombeo excesivo, y esto por unos medios de regulación
fundados en un principio hidráulico y no mecánico y por tanto en
ausencia de la utilización de medios de regulación mecánicos
adicionales.
Como se ha representado en la figura 1, si el
caudal del agua dulce que fluye de la fuente, excede del caudal
límite dado, ésta puede seguir dos caminos en el extremo superior de
dicho primer tubo, a saber:
- -
- un primer camino C_{2} por el cual sube a la superficie a través de dicho segundo conducto t_{2} al caudal dado, preferentemente el caudal medio de la fuente, y
- -
- un segundo camino C_{1} por el cual pasa al espacio anular en el interior de dicho primer conducto t_{1} y en el exterior de dicho segundo conducto t_{2} con un caudal que corresponde al diferencial entre el caudal de la fuente y dicho caudal dado.
\vskip1.000000\baselineskip
Es posible determinar las dimensiones de los
conductos t_{1} y t_{2} y la altura H, entre la interfaz
agua-aire en el depósito y el extremo superior de
dicho primer tubo, de tal manera que, cuando el caudal de la fuente
corresponde al caudal que se desea extraer, en particular al caudal
medio de flujo de la fuente, toda el agua dulce sigue el camino
C_{2} a través de dicho segundo conducto y la sobrepresión, a
nivel de la fuente, permanece inferior o igual a la sobrepresión
límite tolerada por la fuente.
En efecto, la regulación de la altura H de la
interfaz influye directamente en el caudal que pasa por dicho
segundo conducto t_{2,} así como sobre el valor de la sobrepresión
generada sobre la fuente.
En la práctica, se puede proceder de la manera
siguiente:
- 1)
- Se mide el caudal medio de la fuente, y
- 2)
- Se determina la altura H de tl manera que la expresión \rho_{1} x g x H + G + P_{1} \leq \DeltaPS sea verificada.
\vskip1.000000\baselineskip
Las pérdidas de carga P_{1} en dicho primer
tubo t_{1}, están ligadas a la geometría y, evidentemente, al
estado de la superficie del material constitutivo de la pared
interna de dichos conductos, así como a la velocidad del agua que
circula en dicho primer tubo.
Así, en caso de crecida y de aumento del caudal
de agua dulce a nivel de la fuente, se observa que el caudal que
fluye a través de dicho segundo conducto t_{2} es constante,
cualquiera que sea el caudal de flujo a nivel de la fuente, y la
altura H permanece constante, fluyendo el exceso de caudal a través
de dicho segundo camino C_{1}. El agua dulce desborda del extremo
superior de dicho primer conducto t_{1} en el aire a lo largo de
la pared exterior de dicho primer conducto t_{1} y después llega
al agua salada, en la unión interfaz aire-agua, en
la parte baja de dicho depósito, lo que tiene por efecto expulsar,
por la parte inferior de dicho depósito, una cantidad equivalente de
agua, permaneciendo el volumen de aire constante en el interior de
dicho depósito y no siendo nunca sobrepasada la sobrepresión
hidráulica tolerada a nivel de la fuente.
El valor H permanece constante. Sin embargo, en
caso de extracción accidental superior al caudal natural de la
fuente, el nivel de agua dulce en la parte superior de dicho primer
conducto bajará y pasará bajo el extremo inferior de dicho segundo
conducto t_{2}, lo que tendrá por efecto hacer entrar aire en
dicho segundo conducto t_{2} 3 y no agua salada puesto que el
sistema se desceba momentáneamente.
En la práctica, dicho depósito es bajado al
fondo del mar, vacío de aire y por tanto lleno de agua de mar, y,
cuando está en posición encima del extremo superior de dicho primer
conducto t_{1}, se inyecta aire en el interior el depósito y es la
cantidad de aire inyectado en dicho depósito la que permite regular
la altura H.
Se comprende que la forma y el valor del volumen
de dicho depósito no tienen incidencia sobre el principio de
captación hidráulica del agua dulce y serán el más pequeño posible y
el más adaptado a la facilidad de instalación de dicho depósito en
el fondo del mar.
La estanqueidad en el extremo inferior de dicho
primer conducto se obtiene actuando de manera que el perímetro del
conducto encaje con el contorno del relieve del fondo del mar a
nivel de la fuente. Dicho primer conducto puede ser amarrado al
fondo del mar por unos lastres o un cordón periférico que descansa
en el fondo.
Para minimizar las pérdidas de carga en el
primer conducto t_{1} y por tanto la sobrepresión que inducen a
nivel de la fuente, es ventajoso utilizar un tubo t_{1} lo más
corto posible y de mayor diámetro. En la práctica, el primer tubo
t_{1} se extiende en una altura de agua preferentemente superior a
la altitud del relieve del fondo submarino, en la proximidad
inmediata de la fuente y/o de los obstáculos y ocupantes, naturales
o no, tales como principalmente unas rocas.
La base abierta del depósito puede así ser
amarrada al fondo del mar y/o a dicho primer tubo, separada a una
cierta distancia por encima de la fuente y, en particular, por
encima de dicho relieve y/o objetos, naturales o no, en la zona de
la fuente.
Otras características y ventajas de la presente
invención se pondrán más claramente de manifiesto a partir de la
descripción detallada siguiente de un modo de realización, haciendo
referencia a las figuras 1 y 2 que representan respectivamente un
dispositivo de captación instalado en el fondo el mar, encima de una
fuente submarina de agua dulce (figura 1) y el depósito 4 (figura
2).
Se ha realizado un dispositivo de captación de
agua dulce adaptado para recoger el agua dulce de la fuente
denominada de "la Mortola" situada en Italia entre Menton y
Vintimille. Esta fuente presenta un caudal medio de agua dulce de
100 l/s. Los hidrogeólogos han determinado que la sobrepresión
hidráulica máxima tolerable para esta fuente, es de 0,1 bar. Esta
fuente está situada a una profundidad de 36 m y su orificio sale al
pie de bloques rocosos de una altura de 5 m. La misma está situada a
800 m de la costa.
Teniendo en cuenta la configuración del orificio
de la fuente y de los obstáculos que circundan dicho orificio en el
fondo del mar, se utiliza un primer conducto t_{1} 2 de una altura
total de 7 m, que presenta una parte corriente tubular de sección
circular de diámetro de 0,4 m. Dicho primer conducto t_{1} 2 está
terminado en su extremo inferior 2_{1} por un embudo acampanado
hacia abajo y cuyo extremo inferior forma un círculo de diámetro 1,3
m, de manera que pase a rodear dicha fuente teniendo en cuenta la
geometría del orificio de salida de dicha fuente. Este primer embudo
inferior 2_{1} está constituido por una tela rígida, plástica o
metálica, que rodea el extremo circular de la parte corriente de
dicho primer conducto t_{1} 2 en su extremo inferior. Dicho embudo
inferior 2_{1} representa una altura de 4 m.
Dicho primer conducto t_{1} 2 comprende, en su
parte superior, un segundo embudo 2_{2} de pequeña y gran bases de
secciones circulares, realizado también por arrollado de una tela
metálica o de plástico termoconformado, que rodea la parte extrema
superior de dicho primer conducto. Esta forma acampanada hacia
arriba de la parte superior de dicho primer conducto prevé facilitar
el vertido del exceso de caudal de agua dulce de la fuente en el
interior del depósito 4.
La base inferior abierta del primer embudo
2_{1} es solidaria de una base 8 que descansa en el fondo del mar
y que rodea la fuente. La misma puede estar también rodeada por un
cordón de arena u hormigón u otro lastre periférico que asegura la
estanqueidad con el fondo del mar. La parte corriente de dicho
primer conducto t_{1} 2 puede estar constituida por un tubo
flexible o rígido. Está dispuesto verticalmente por encima de dicha
fuente.
Dicho depósito 4 está constituido por una
envolvente superior 4_{1} rígida atravesada en su centro por un
segundo conducto t_{2} 3, preferentemente rígido, de diámetro 0,4
m.
La envolvente rígida constitutiva de la parte
superior de dicho depósito 4 forma un casquete 4_{1} semiesférico
de diámetro 1,8 m y prolongado en su base por una superficie
troncocónica denominada a continuación cono 4_{2} de 2 m de altura
que rodea dicho primer conducto. Es la base abierta de dicho cono
4_{2} la que deja escapar el excedente de agua dulce en caso de
crecida de la fuente. En la figura 1, la base del cono 4_{2} está
amarrada por unos medios de amarre 7_{1} a dicho primer conducto
t_{1} 2, de tal manera que la base de dicho cono esté situada a
una altura de 5 m con respecto al fondo del mar.
La presencia del cono 4_{2} es facultativa. Se
puede amarrar la base del casquete 4_{1} directamente a dicho
primer conducto.
La porción de dicho segundo conducto t_{2} 3
situada en el interior de dicho depósito 4 tiene una longitud de 1
m.
Cuando se inyectan 2 m^{3} de aire comprimido
debajo de dicha envolvente constitutiva del depósito 4, después de
haber amarrado su base abierta 4_{3} en el fondo del mar o sobre
el primer conducto, se introduce una longitud l de 0,3 m de la parte
inferior 3_{1} de dicho segundo conducto t_{2} 3 en la parte
superior de dicho primer conducto t_{1} 2.
La altura H entre la interfaz
aire-agua 6 en el interior del depósito 4 y la
interfaz aire-agua en el extremo superior de dicho
embudo superior 2_{2} de dicho primer conducto t_{1} 2 es de 0,2
m.
El extremo inferior 3_{1} de dicho segundo
conducto t_{2} 3 presenta en su periferia unas cartelas o unas
aletas 9 que sirven de refuerzo y de centraje de dicho extremo
inferior del segundo conducto en el interior de dicho embudo 2_{1}
en el extremo superior de dicho primer conducto.
En la figura 1, se ha representado,
aproximadamente a media altura de dicho primer conducto, un
caudalímetro 10. Son las características de este caudalímetro 10 lo
que ha justificado utilizar una porción de dicho primer conducto
t_{1} 2 más estrecha a este nivel para adaptarla a dicho
caudalímetro 10 del cual se disponía.
En la base de dicho primer conducto t_{1} 2,
se han adaptado también unos elementos de refuerzo 7_{1} que
sirven asimismo de amarre por atornillado sobre una base 8 que rodea
de forma estanca el orificio de la fuente 1.
La determinación del valor H y el dimensionado
de dichos primer y segundo tubos 2 y 3 así como del volumen de aire
comprimido inyectado en dicho depósito 4 han sido determinados de
forma siguiente:
Cuando la fuente está en crecida y su caudal
excede de 100 l/s, en particular alcanza su valor máximo de 500 l/s
el caudal que pasa a través de dicho tubo t_{2} por el camino
C_{2}, permanece aproximadamente al caudal medio de 100 l/s,
mientras que el caudal del agua dulce, que pasa por el camino
C_{1} en el espacio anular entre el extremo inferior de dicho
segundo tubo t_{2} y el extremo superior de dicho primer tubo
t_{1}, es de 400 l/s como máximo en general. El agua de la fuente,
que sube a través de dicho primer conducto t_{1} 2, encuentra en
la base de dicho segundo conducto t_{2} 3, dos caminos posibles
C_{1} y C_{2}.
Por el camino C_{1}, el agua dulce desborda
del extremo superior de dicho primer conducto t_{1} 2 y fluye en
el aire a lo largo de la pared exterior de dicho primer embudo
superior 2_{1} y después llega al agua salada, lo que tiene por
efecto expulsar, por la parte inferior del depósito, una cantidad de
agua dulce de tal manera que el volumen de aire comprimido 5
contenido en el depósito 4 permanece constante así como la altura
H.
Por el camino C_{2}, el agua dulce pasa a
dicho segundo conducto t_{2} 3 fluyendo al caudal medio de la
fuente de 100 l/s teniendo en cuenta el dimensionado de dicho primer
tubo y la determinación del valor H por una parte, y al hecho de que
la sobrepresión hidráulica máxima tolerada por la fuente es de 0,1
bar.
El agua dulce toma siempre el camino que le
ofrece la menor "resistencia". Para el camino C_{1}, esta
"resistencia", a partir de la interfaz
aire-agua, es esencialmente determinada por la
energía \rho_{1}gH, siendo \rho_{1} = masa volumétrica del
agua dulce, g = 9,81m/s^{2}. Se observa así que cuando H aumenta,
se favorece el paso por C_{2}.
Para el camino C_{2}, la "resistencia"
que encuentra el agua dulce para fluir a través del tubo t_{2} es
igual a las pérdidas de carga generadas por su flujo en dicho tubo
t_{2} pero se calcula de forma convencional en función del
diámetro, de la longitud de dicho tubo t_{2} y del caudal de
flujo.
La envolvente rígida 4_{1} así como el cono
4_{2} constitutivos de dicho depósito 4, pueden estar realizados
en un material plástico, un material compuesto o en acero.
Este sistema de recogida de agua dulce puede
funcionar, como se ha mencionado anteriormente, sin bomba puesto que
el agua dulce, por su densidad más baja que el agua de mar, sube
naturalmente a la superficie.
Sin embargo, si el segundo conducto t_{2} 3
desciende de nuevo al fondo del mar para alcanzar la costa, el nivel
de altitud al cual desemboca dicho segundo conducto t_{2} 3, debe
estar suficientemente por debajo del nivel del mar para, por lo
menos, compensar las pérdidas de carga en el conducto t_{2}.
Claims (15)
1. Procedimiento de captación de agua dulce que
procede de una fuente de agua dulce submarina (1) en el fondo del
mar, en que el agua dulce es recogida en un primer conducto (2) cuyo
extremo inferior (2_{1}) está dispuesto frente a dicha fuente y
rodea de forma estanca, por lo menos una parte, preferentemente la
totalidad del orificio de dicha fuente, el agua dulce es recogida a
un caudal inferior o igual a un caudal determinado, en un segundo
conducto (3) de diámetro inferior al de dicho primer conducto,
presentando el segundo conducto su extremo superior (3_{2}) que
desemboca en la superficie, y cuando el caudal de la fuente
sobrepasa dicho caudal determinado, el exceso de caudal de la fuente
es vertido, desde el extremo superior (2_{2}) de dicho primer
conducto, en un depósito (4) de base abierta que contiene aire,
aprisionando dicho depósito el aire contenido por encima de una
interfaz agua-aire (6) situada en el interior de
dicho depósito, caracterizado porque el extremo inferior
(3_{1}) de dicho conducto (3) se extiende en el interior de la
parte superior de dicho primer conducto y el extremo superior
(2_{2}) de dicho primer conducto está situado por encima del nivel
de dicha interfaz agua-aire (6) en el interior de
dicho depósito.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agua dulce es recogida en el extremo
de dicho segundo conducto a un caudal correspondiente al caudal
medio de dicha fuente de agua dulce (1).
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2,
caracterizado porque la longitud (l) de dicho segundo
conducto en el interior de dicho primer conducto es superior o igual
a la altura (H) del extremo superior (2_{2}) de dicho primer
conducto por encima del nivel de dicha interfaz
agua-aire (6) en el interior de dicho depósito.
4. Procedimiento según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la altura (H) y
dicho primer conducto (2) son tales que:
\rho_{1} x g
x H + G + P_{1} \leq
\DeltaPS
- \bullet
- \rho_{1} = masa volumétrica del agua dulce,
- \bullet
- g = 9,81 m/s^{2},
- \bullet
- P_{1} = pérdida de carga en dicho primer conducto hasta el extremo inferior de dicho segundo conducto cuando el agua dulce fluye a dicho caudal determinado, en particular caudal medio de flujo e la fuente,
- \bullet
- \DeltaPS = sobrepresión hidráulica límite tolerable por dicha fuente de agua dulce. Se trata de un valor conocido o determinable para cada fuente, siendo \DeltaPS preferentemente inferior o igual a 10^{4} Pa.
- \bullet
- G = ganancia del empuje de Arquímedes ligada al fenómeno de reemplazado del peso de la columna de agua de mar por el peso de la columna de agua dulce en dicho primer conducto.
\vskip1.000000\baselineskip
5. Dispositivo de captación de agua dulce que
procede de una fuente de agua dulce submarina (1) para un
procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, que
comprende:
- -
- un primer conducto (2) que está posicionado frente a dicha fuente (1), rodeando su extremo inferior (2_{1}) de forma estanca dicha fuente en su totalidad o en parte, y cuyo diámetro del extremo inferior (3_{1}) permite que éste recubra dicha fuente en su totalidad o en parte, y
- -
- un segundo conducto (3) cuyo diámetro de la parte inferior (3_{1}) es inferior al de la parte superior (2_{2}) de dicho primer conducto (2), y
- -
- un depósito (4) de base abierta apropiado para cooperar con dicho segundo conducto (3), estando el extremo superior (2_{2}) de dicho primer conducto (2) recubierto por dicho depósito (4) y desembocando en el interior de éste por su dicha base abierta, siendo la pared maciza de dicho depósito estanca de manera que pueda aprisionar aire entre dicha pared del depósito y el nivel del agua en el interior de dicho depósito, y obteniendo de esta manera una interfaz agua-aire (6), caracterizado porque el extremo inferior (3_{1}) de dicho segundo conducto (3) está sumergido en el interior de la parte superior de dicho primer conducto (2) y el extremo superior del primer conducto (2) está situado por encima del nivel de la interfaz agua-aire (6) en el interior del depósito (4).
\vskip1.000000\baselineskip
6. Dispositivo según la reivindicación 5,
caracterizado porque comprende unos primeros medios de amarre
(7_{1}) de dicho primer conducto al fondo del mar y/o a una base
(8) que descansa en el fondo del mar, y dichos segundos medios de
amarre (7_{2}) de dicho segundo conducto y/o de dicho depósito así
amarrado(s) al fondo del mar y/o a dicho primer conducto.
7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó 6,
caracterizado porque dicho depósito (4) es solidario de dicho
segundo conducto y rodea éste de forma estanca.
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque dicho depósito (4) comprende una
envolvente (4_{1}) atravesada de forma estanca por dicho segundo
conducto (3).
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque dicha envolvente (4_{1}) presenta en
su parte superior, una forma de casquete sustancialmente
semiesférico o de campana.
10. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 5 a 9, caracterizado porque comprende unos
medios de inyección de aire comprimido en el interior de dicho
depósito.
11. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 5 a 10, caracterizado porque la parte
superior de dicho primer conducto (2) que rodea la parte inferior de
dicho segundo conducto (3), está acampanada en forma de embudo
(2_{1}) con su base menor inferior.
12. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 5 a 11, caracterizado porque el diámetro de
dicho primer conducto a nivel del extremo inferior de dicho segundo
conducto es tal que la superficie anular entre dichos dos primer y
segundo conductos a este nivel es superior o igual a la superficie
de la sección de dicho primer conducto.
13. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 5 a 12, caracterizado porque dicho segundo
conducto sube directamente a la superficie, preferentemente
sustancialmente verticalmente, y el agua dulce es recuperada en
superficie y transportada a tierra preferentemente por un buque.
14. Dispositivo según una de las
reivindicaciones 5 a 12, caracterizado porque dicho segundo
conducto (3) puede descender de nuevo y descansar en el fondo del
mar para alcanzar la costa, y conducir así el agua a la costa,
desembocando preferentemente en tierra a una altura inferior al
nivel del mar.
15. Procedimiento de colocación en el fondo del
mar de un dispositivo de captación de agua dulce según una de las
reivindicaciones 5 a 14, caracterizado porque se realizan las
etapas siguientes, en las cuales:
- 1)
- se posiciona dicho primer conducto (2) por encima de dicha fuente de agua dulce submarina (1) y se amarra (5_{1}) dicho primer conducto al fondo del mar, de tal manera que el extremo inferior de dicho primer conducto rodea de forma estanca la totalidad o parte de dicha fuente de agua dulce, y
- 2)
- se descienden al fondo del mar dichos segundo conducto y depósito (3) que se amarran (5_{2}) al fondo del mar y/o a dicho primer conducto (2), de tal manera que el extremo inferior de dicho segundo conducto (3) esté contenido en el interior de la parte superior (2_{1}) de dicho primer conducto (2), y
- 3)
- se inyecta aire en el interior de dicho depósito (4) de manera que se obtenga una interfaz agua- aire (6) por debajo del extremo superior de dicho primer conducto de manera que el extremo superior del primer conducto se encuentre a una altura (H) de la interfaz agua-aire (6) en el interior de dicho depósito.
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|---|---|---|---|
| FR0308308A FR2857389B1 (fr) | 2003-07-08 | 2003-07-08 | Procede et dispositif de captage d'eau douce |
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Publications (1)
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|---|---|
| ES2315693T3 true ES2315693T3 (es) | 2009-04-01 |
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