ES2966061T3

ES2966061T3 - Sistemas y procedimientos para tratar una superficie sumergida de una estructura objetivo

Info

Publication number: ES2966061T3
Application number: ES19781883T
Authority: ES
Inventors: Hans Juerg Krause; Pierre-Olivier Jost
Original assignee: Fluid Impact Tech Corp; Sofchem
Current assignee: Fluid Impact Tech Corp; Sofchem
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2019-04-03
Publication date: 2024-04-18
Anticipated expiration: 2039-04-03
Also published as: CA3078640A1; US20220161907A1; EP3774519A1; US11186349B2; WO2019191836A1; US20210047015A1; PL3774519T3; EP3774519B1; US11685487B2; EP3774519C0; EP3774519A4; CA3000249A1; CA3078640C

Abstract

Un sistema ultrasónico para tratar una superficie sumergida de una estructura objetivo, incluyendo el sistema: un generador ultrasónico para generar energía eléctrica para accionar el primer y segundo transductores ultrasónicos, incluyendo la energía eléctrica al menos dos frecuencias diferentes que incluyen una primera y una segunda frecuencia de operación; primeros transductores ultrasónicos configurados para montarse como una primera matriz en la estructura objetivo, y conectables al generador ultrasónico y operables para generar una primera señal ultrasónica a partir de la primera frecuencia de operación; y segundos transductores ultrasónicos configurados para montarse como una segunda matriz en la estructura objetivo, y conectables al generador ultrasónico y operables para generar una segunda señal de ultrasonido a partir de la segunda frecuencia de operación, en donde los transductores ultrasónicos primero y segundo se pueden espaciar entre sí para producir formas de onda ultrasónicas guiadas a través de la estructura objetivo que incluyen frecuencias heterodinas de la primera señal de ultrasonido y la segunda señal de ultrasonido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y procedimientos para tratar una superficie sumergida de una estructura objetivo

Solicitudes relacionadas

Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente canadiense No 3,000,249, presentada el 4 de abril de 2018.

Campo de la tecnología

La presente tecnología se refiere a sistemas y procedimientos ultrasónicos para tratar una superficie sumergida de una estructura objetivo. Más en particular, la presente tecnología está dirigida a sistemas y procedimientos ultrasónicos para uno o más de: alterar la biopelícula, desnaturalizar la biopelícula, matar la biopelícula, prevenir la biopelícula, interrumpir el crecimiento de algas, matar algas y/u otros depósitos marinos, separar algas y/u otros depósitos marinos, impedir el crecimiento de algas y/u otros depósitos marinos, con el fin de limpiar o descontaminar superficies sumergidas externas o internas de estructuras objetivo.

Antecedentes

Es bien sabido que las embarcaciones o estructuras grandes que residen en parte debajo de la superficie del agua de mar o de agua dulce están sujetos a diversos niveles de bioincrustación por organismos marinos (agua salada) o acuáticos (agua dulce de lagos y ríos), respectivamente. Dichas incrustaciones pueden empezar a producirse a las pocas horas de la inmersión de la superficie en el agua. Por lo tanto, dichas superficies requieren protección y eliminación (limpieza) rutinaria de incrustaciones tales como algas, malezas, percebes, moluscos, etc., para mantener el rendimiento o incluso la función del objeto. En la base del mecanismo de incrustación de las embarcaciones y estructuras que residen en el mar o en agua dulce se encuentran las biopelículas formadas en dichas estructuras, que constituyen el material de unión entre los organismos marinos o acuáticos y la estructura real. Primero se forman las biopelículas y posteriormente los organismos incrustantes se adhieren a todas las estructuras subsuperficiales y, como resultado, cuanto más diversa, compleja o grande sea la estructura, más difícil y costoso es eliminar las biopelículas y estos organismos. La incrustación es un problema importante que provoca un mayor consumo de combustible para las embarcaciones y, en consecuencia, una mayor contaminación atmosférica. También puede provocar la propagación de especies exóticas que no pertenecen a un medio marino local lejano.

El impacto económico global de la bioincrustación marina es muy alto. Por ejemplo, en la Marina de los EE. UU., se recomienda la limpieza de la hélice hasta seis veces al año y la limpieza o tratamiento del casco hasta tres veces al año.

A nivel mundial, los costes anuales de la bioincrustación, tanto por los costes adicionales de combustible como por las actividades de prevención y eliminación, son del orden de miles de millones de euros; al mismo tiempo, el coste ambiental directo es del orden de millones de toneladas adicionales de dióxido de carbono emitido. Otro impacto ambiental es la transferencia de especies acuáticas invasoras a los ecosistemas, un problema que ha cobrado importancia en las últimas décadas.

Hoy en día, las superficies sumergidas suelen estar protegidas por recubrimientos del casco que repelen la bioincrustación y que típicamente contienen cobre metálico. Estos recubrimientos típicamente desaparecen en el mar, lo que cada año genera la adición de miles de toneladas de materiales tóxicos al medio marino. Además, los recubrimientos no pueden proteger totalmente contra la bioincrustación y aún requieren una limpieza periódica del casco. La limpieza o tratamiento de una embarcación o estructura marina (agua salada) o acuática (agua dulce) en general implica procedimientos que utilizan cepillos, raspadores, otros medios abrasivos para limpiar y rociadores de agua a muy alta presión. Los procedimientos abrasivos pueden dañar las soldaduras y remaches de las embarcaciones acuáticas o estructuras submarinas comprometiendo su integridad mecánica. Algunos de estos procedimientos requieren que la embarcación acuática esté en dique seco, lo que supone no solo un gran gasto sino también un riesgo para la estructura de la embarcación cada vez que se retira del agua. Los procedimientos actuales de limpieza o tratamiento requieren mucha mano de obra y no llegan a ser exhaustivos, y a menudo dejan atrás las biopelículas. Estos otros procedimientos de limpieza también tienden a eliminar una o más capas superficiales de recubrimientos o pintura que protegen la estructura de la embarcación o plataforma, lo que puede requerir que se vuelva a recubrir o pintar. Cuando la limpieza o el tratamiento se realizan debajo de la superficie del agua, puede ocurrir otro inconveniente debido al hecho de que los recubrimientos o la pintura eliminados del barco pueden ser tóxicos para la vida marina o acuática circundante.

Se han propuesto algunas soluciones al problema de la bioincrustación. Por ejemplo, la publicación de solicitud de patente de EE.UU No 2011/0117294 divulga un aparato y un procedimiento para calentar superficies objetivo a una temperatura que inhibe, previene o elimina la bioincrustación mediante el calentamiento por inducción al incluir un controlador electromagnético y circuitos de control para generar energía electromagnética dentro de un intervalo de frecuencias para corresponderse con una superficie objetivo. Una antena emite la energía electromagnética dentro de una región enfocada para reaccionar con átomos/moléculas en la superficie objetivo, lo cual provoca que la superficie objetivo se caliente a una temperatura dentro de un intervalo controlado. El aumento de la temperatura altera, mata o desnaturaliza los organismos bioincrustantes, las biopelículas y la materia orgánica en la superficie objetivo y/o desnaturaliza las biopelículas en la superficie. Se pueden aplicar materiales de recubrimiento a las superficies objetivo para optimizar la estructura molecular reactiva de RF. Un circuito de diagnóstico, posicionamiento y sensor de temperatura se comunica con el controlador electromagnético. Se utiliza un circuito de realimentación para mantener el nivel de potencia. Los mecanismos de calentamiento contemplados incluyen: histéresis magnética; histéresis dieléctrica; corrientes parásitas; y efecto pelicular mejorado.

Para mencionar otro ejemplo, la patente de EE.UU No 8,603,452 divulga un hidrogel biológico que está químicamente estabilizado con reticulaciones covalentes o no covalentes. El hidrogel biológico se utiliza para recubrir superficies de materiales para inmersión en agua marina. La disolución molecular en la superficie del hidrogel de agua marina impide la adhesión de organismos incrustantes. La velocidad de disolución puede controlarse tanto por la concentración del biopolímero en el hidrogel como por la naturaleza y concentración del reticulante utilizado. Se pueden añadir componentes adicionales, ya sean moleculares o de partículas, al hidrogel biológico antes o después de la reticulación para mejorar las propiedades.

La patente de EE.UU No 5,866,016 divulga un procedimiento y composiciones para controlar la bioincrustación utilizando combinaciones de un polímero de ioneno y una sal de dodecilamina. La tecnología se refiere a un procedimiento para inhibir que las bacterias se adhieran a una superficie sumergible. El procedimiento pone en contacto la superficie sumergible con un polímero de ioneno y una sal de dodecilamina en una cantidad combinada eficaz para inhibir la adherencia bacteriana a la superficie sumergible. También se divulga un procedimiento para controlar la bioincrustación de un sistema acuoso. Este procedimiento añade un polímero de ioneno y una sal de dodecilamina en una cantidad combinada eficaz para inhibir que las bacterias se adhieran a una superficie sumergida dentro del sistema acuoso. Este procedimiento controla eficazmente la bioincrustación sin matar sustancialmente los organismos incrustantes. También se divulgan composiciones que contienen un polímero de ioneno y una sal de dodecilamina utilizables en los procedimientos anteriores. Las composiciones comprenden un polímero de ioneno y una sal de dodecilamina en una cantidad combinada eficaz para inhibir que las bacterias se adhieran a superficies sumergibles o sumergidas.

El documento DE1031166 divulga un procedimiento y un dispositivo para prevenir la incrustación submarina de barcos por medio de varios dispositivos ultrasónicos distribuidos a determinados intervalos sobre la superficie del casco del barco e irradiar todo el casco del barco desde un generador común.

En los últimos años, la vibración ultrasónica de un casco se ha convertido en otro procedimiento antiincrustante bien conocido para embarcaciones pequeñas, típicamente de recreo. Todos estos dispositivos utilizan ultrasonido pulsado en modo masivo de baja potencia. El modo masivo es parecido a un martillo que golpea el casco a una frecuencia muy alta, normalmente entre 20-40 kHz. El casco vibra y la energía se transfiere a través del casco al agua. Sin embargo, muy poca energía se desplaza a través del casco dentro del cuerpo metálico, razón por la cual esta tecnología adolece de un alcance eficaz corto de aproximadamente un radio de 4-6 m, lo que posiblemente explica por qué dichos dispositivos aún no se han aceptado por la industria marina para proteger grandes embarcaciones comerciales y otras grandes estructuras sumergidas.

Otra desventaja de la protección ultrasónica contra incrustaciones es la variedad limitada de especies contra las que un sistema puede proteger. Las especies marinas que se encuentran en superficies sumergidas en todo el mundo se cuentan por miles, con tamaños variables. El tamaño de cada especie requiere básicamente de una frecuencia ultrasónica específica para conseguir una protección y eficacia óptimas. Sin embargo, todos los sistemas de ultrasonido convencionales utilizan transductores piezoeléctricos que solo pueden emitir una única frecuencia. Independientemente de cuántas frecuencias emita a veces el generador de tonos ultrasónicos, la unidad de transductor piezoeléctrico solo puede vibrar eficazmente en su frecuencia de resonancia. Cualquier frecuencia que se desvíe meramente dará como resultado la generación de calor, pero no una protección mejorada de amplio intervalo.

La incrustación en general tiene un impacto económico significativo, debido tanto al coste directo de las actividades relevantes como a la eficacia operativa en términos de mayores períodos de inactividad de las embarcaciones para llevarlas a cabo. Además, también existe un impacto ambiental indirecto adicional tanto en términos de la huella de carbono de estas actividades como de los residuos biológicos que se generan. A nivel mundial, el coste anual de las incrustaciones, tanto en costes adicionales de combustible como en actividades de prevención y eliminación, es del orden de miles de millones de euros. Al mismo tiempo, el coste ambiental directo es del orden de millones de toneladas adicionales de dióxido de carbono emitido. Otro impacto ambiental es la transferencia de especies acuáticas invasoras a ecosistemas que pueden estar a grandes distancias de su hábitat original, un problema que ha cobrado importancia en las últimas décadas y se ha convertido en el foco de atención de las organizaciones reglamentarias de todo el mundo.

Ninguna de las soluciones anteriores, tomadas individualmente o en combinación, proporciona una solución adecuada al problema de la bioincrustación, en particular en estructuras grandes. Se desea mejorar estos problemas y deficiencias identificados.

Compendio

En vista de determinadas desventajas de la técnica anterior, la presente invención proporciona un sistema según la reivindicación 1 y un procedimiento según la reivindicación 13.

El siguiente compendio se proporciona para facilitar la comprensión de algunas de las características innovadoras exclusivas de la tecnología actual y no pretende ser una descripción completa. Se puede obtener una apreciación completa de los diversos aspectos de la tecnología tomando la memoria descriptiva completa, las reivindicaciones, las figuras y el resumen en su totalidad. Sin embargo, el alcance de protección de la presente invención se define en las reivindicaciones adjuntas.

Determinados aspectos y realizaciones de la presente tecnología proporcionan sistemas y procedimientos de tratamiento o protección mejorados para prevenir o tratar bioincrustaciones provocadas por muchas especies biológicas diferentes. Por ejemplo, en determinadas realizaciones, se logra la prevención o el tratamiento de la bioincrustación de una mayor variedad de especies de algas (u otra materia biológica bioincrustante) en superficies sumergidas de estructuras objetivo, en comparación con las soluciones de la técnica anterior. En determinadas realizaciones, la presente tecnología puede prevenir y/o tratar (limpiar) la bioincrustación de cascos de barcos u otras grandes estructuras sumergidas.

Según determinados aspectos y realizaciones de la presente tecnología, se proporciona el uso de ondas ultrasónicas continuas de alta potencia en un modo de onda guiada en combinación con vibración continua de frecuencia dual o múltiple. El modo de onda guiada es antisimétrico en determinadas realizaciones (también llamado modo de flexión). Por antisimétrico se entiende perpendicular a la superficie sobre la que está montado el transductor (es decir, el plano de la dirección del sonido). En determinadas realizaciones, el modo guiado antisimétrico puede proporcionar la mayor vibración en la dirección fuera de la placa. En determinadas realizaciones, el modo de onda guiada reduce la pérdida de energía hacia las aguas circundantes al canalizar la energía para que se desplace dentro de la membrana de la superficie del objeto, lo que permite una protección antiincrustante eficaz en distancias mucho mayores.

En la invención, la superposición de dos o más frecuencias se excita mediante dos o más unidades de transductor distintas. El resultado es el efecto de la heterodinación. La superposición de dos o más frecuencias genera aproximadamente el doble de frecuencias de vibración. Ya no hace vibrar una sola frecuencia la superficie del objeto, sino cuatro frecuencias, concretamente, ambas frecuencias originales más la suma (f3=f1+f2) y la diferencia (f4=f1-f2) entre las dos frecuencias. Como resultado, esto amplía el número de especies marinas contra las que la tecnología actual es capaz de proteger. Además, al combinar (superponer) diferentes frecuencias, tales como una frecuencia relativamente más baja y una frecuencia relativamente más alta, se aumenta el intervalo eficaz de protección o tratamiento, debido a que la frecuencia más baja transporta la alta frecuencia superpuesta a distancias mayores de las que la alta frecuencia sería capaz de desplazarse como una onda de frecuencia única. Al generar dos o más vibraciones de frecuencia distintas o diferentes en forma de onda guiada por ultrasonido, que es opcionalmente antisimétrica, determinadas realizaciones de la presente tecnología logran una protección contra la incrustación de una amplia variedad de especies marinas combinada con una eficacia de largo alcance en estructuras grandes. Sorprendentemente, los desarrolladores de la tecnología actual descubrieron que la superposición de ondas continuas de alta frecuencia sobre ondas de alta energía de menor frecuencia en modo de onda guiada, ya sea antisimétrica o no, proporcionó un intervalo eficaz de vibración ultrasónica previamente inalcanzable para tratar o prevenir la bioincrustación en superficies sumergidas de las estructuras objetivo, tales como cascos de embarcaciones.

Según determinados aspectos y realizaciones de la presente tecnología, se proporciona un generador de tonos combinado ultrasónico que puede proporcionar dos o más salidas de frecuencia sincrónicas paralelas. El generador está alimentado por una fuente de potencia, tal como una fuente de potencia eléctrica. Cada una de dos o más salidas está conectada a transductores piezoeléctricos sustancialmente idénticos para cada frecuencia. Estos cabezales de transductor pueden encapsularse dentro de cerramientos metálicos o plásticos con una superficie de contacto metálica o plástica para su instalación en el interior (lado seco) de la superficie del objeto sumergido en una configuración de matriz. Dentro de esta matriz, los dos o más transductores están instalados en la superficie sumergida a distancias exactas entre sí y están dispuestos para vibrar de forma sincronizada para generar un modo de onda guiada, tal como un modo de onda guiada antisimétrica, en la estructura objetivo (p. ej., el casco). La distancia de separación entre dos transductores es una función exacta del material de la estructura objetivo (p. ej., el casco), el grosor de la estructura objetivo (p. ej., el casco) y la frecuencia ultrasónica, mientras que la colocación es una función de la geometría de la embarcación. Lo mismo ocurre con las matrices para ambas frecuencias.

En determinadas realizaciones, las ondas ultrasónicas resultantes no son abrasivas ni destructivas para ningún recubrimiento de la superficie sumergida, tal como el recubrimiento del casco existente, incluidos los recubrimientos contra la corrosión, recubrimientos antiincrustantes y otros recubrimientos. Las vibraciones ultrasónicas del tipo de onda guiada se centran en una membrana de la superficie sumergida de la estructura objetivo (p. ej., la membrana del casco) y, por lo tanto, reducen significativamente las fugas de energía al medio ambiente, lo que hace que el sistema sea inofensivo para las especies que viven en el entorno marino o acuático circundante.

Según determinados aspectos y realizaciones de la presente tecnología, se pueden impedir los depósitos marinos en grandes superficies de cascos de barcos, o se pueden destruir capas de incrustaciones marinas o acuáticas que se han adherido a las estructuras subsuperficiales hasta las biopelículas, sin destruir la integridad de la estructura/sustrato subyacente del casco.

En determinadas realizaciones, la presente tecnología puede reducir la necesidad de recubrimientos antiincrustantes que solo pueden frenar el crecimiento de la biopelícula sin prevenirla y/o eliminarla. Los recubrimientos/pinturas antiincrustantes tóxicos incorporan cobre, metales pesados y otros biocidas que, cuando se liberan debido a la ablación en el entorno marino o acuático circundante, representan un peligro cada vez mayor para la vida marina o acuática local. Por lo tanto, al reducir la necesidad de recubrimientos antiincrustantes, también se reduce el impacto medioambiental.

En la invención, la prevención de incrustaciones se realiza utilizando el principio de una vibración ultrasónica de una superficie sumergida tal como la superficie del casco de una embarcación. Para lograr un tratamiento prolongado de la superficie, se utiliza ultrasonido de onda guiada, tal como la onda guiada antisimétrica. Sin apegarse a ninguna teoría, se cree que el ultrasonido en modo de onda guiada continua (o casi continua) excita el casco, y se desplaza con una absorción de potencia muy baja por todo el casco. La acción disuasoria del ultrasonido contra la incrustación es doble. Por un lado, la energía de las ondas se filtra parcialmente en el agua sobre la superficie submarina del casco, lo cual produce corrientes que disuaden a los organismos marinos de acercarse al casco. Por otro lado, las macromoléculas que serían las encargadas de formar las capas iniciales de incrustación experimentan fuerzas de retroceso debido a la vibración del casco al colisionar con él, lo cual impide que se adhieran al mismo. Además, la tecnología actual puede ser igualmente eficaz independientemente de si la embarcación (u otra estructura objetivo) está en movimiento o estacionaria, lo cual es una limitación notable de la mayoría de los procedimientos antiincrustantes disponibles actualmente. Mientras están estacionarios, la eficacia de los recubrimientos antiincrustantes convencionales se ve significativamente comprometida y se requiere una limpieza mecánica con mayor frecuencia. En determinadas realizaciones, los transductores están dispuestos para funcionar sustancialmente de forma continua durante un período de tratamiento. Los transductores no están dispuestos para funcionar en modo pulsado.

En realizaciones de la presente tecnología, se pueden proteger grandes estructuras sumergidas de algas y otros depósitos marinos mediante el uso de una vibración de ultrasonido en modo de onda guiada continua, que puede ser antisimétrica, de una superficie sumergida con una onda de ultrasonido de segunda frecuencia paralela que da como resultado una heterodinación que produce dos frecuencias adicionales a partir de las dos frecuencias iniciales. Al combinar el ultrasonido de onda guiada con el efecto de heterodinación, la estructura resultante puede vibrar no solo con una única frecuencia, sino con cuatro frecuencias distintas, lo que permite una protección frente a una variedad mucho más amplia de especies marinas. Cada especie de incrustación marina tiene su frecuencia de resonancia específica, en la cual es en particular vulnerable a los daños provocados por el impacto ultrasónico. Al cuadriplicar el número de frecuencias utilizadas, las realizaciones de la tecnología actual pueden proteger contra una variedad mucho más amplia de especies, como las que se pueden encontrar en el medio marino de todo el mundo. Las ondas guiadas por ultrasonidos permiten proteger grandes estructuras sumergidas debido a la reducción de la fuga de energía ultrasónica en el agua y, por lo tanto, un intervalo eficaz de vibraciones ultrasónicas muy mejorado. Como resultado, en determinadas realizaciones, se impide la biopelícula y otras bioincrustaciones en estructuras submarinas, o se destruye y/o elimina la bioincrustación existente, como las algas biopelícula. Se pueden aplicar realizaciones de la presente tecnología a superficies sumergidas de embarcaciones tales como cascos, hélices, timones, puertos de entrada para el enfriamiento de submarinos nucleares, puertos de salida, carcasas de sonar, rejillas protectoras y otras estructuras que están sumergidas en entornos de agua salada o dulce.

Según un aspecto de la presente tecnología, se proporciona un sistema ultrasónico para tratar una superficie sumergida de una estructura objetivo según la reivindicación 1. Los primeros y/o segundos transductores ultrasónicos pueden disponerse para funcionar sustancialmente de forma continua dentro de un período de tratamiento. Los primeros y/o segundos transductores ultrasónicos pueden estar dispuestos para funcionar simultáneamente entre sí.

En algunas realizaciones, por lo menos uno de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos comprende un transductor ultrasónico piezoeléctrico. En algunas realizaciones, por lo menos uno de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos está unido a la estructura objetivo.

En algunas realizaciones, por lo menos uno de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos está conectado a la estructura objetivo por un medio de transferencia ultrasónico. En algunas realizaciones, el medio de transferencia ultrasónica es un material epoxi.

En algunas realizaciones, los primeros transductores ultrasónicos de la primera matriz están conectados eléctricamente en paralelo al generador ultrasónico; y los segundos transductores ultrasónicos de la segunda matriz están conectados eléctricamente en paralelo al generador ultrasónico.

En algunas realizaciones, los primeros transductores ultrasónicos están distanciados entre sí por una primera distancia aproximadamente equivalente a la mitad de una longitud de onda de la primera frecuencia de funcionamiento; y los segundos transductores ultrasónicos están distanciados entre sí por una segunda distancia aproximadamente equivalente a la mitad de una longitud de onda de la segunda frecuencia de funcionamiento.

En algunas realizaciones, una o ambas de la primera distancia y la segunda distancia son múltiplos de la mitad de una longitud de onda de la primera frecuencia de funcionamiento. Los múltiplos pueden ser pares o impares.

En algunas realizaciones, una o ambas de la primera y segunda distancia es función de un material, frecuencia y grosor de una pared que define la superficie sumergida.

En algunas realizaciones, los primeros transductores ultrasónicos de la primera matriz y los segundos transductores ultrasónicos de la segunda matriz están dispuestos en una o ambas de: una configuración en línea mediante la cual uno o ambos de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos están alineados linealmente entre sí; y una configuración triangular mediante la cual los adyacentes de los primeros transductores ultrasónicos o los segundos transductores ultrasónicos están dispuestos en diagonal uno frente al otro.

En algunas realizaciones, la primera frecuencia de funcionamiento está entre aproximadamente 20 y aproximadamente 30 kHz inclusive.

En algunas realizaciones, la segunda frecuencia de funcionamiento está entre aproximadamente 30 y aproximadamente 50 kHz inclusive.

En algunas realizaciones, la primera frecuencia de funcionamiento y la segunda frecuencia de funcionamiento son distintas entre sí.

En algunas realizaciones, el sistema también incluye un controlador para controlar las características de las señales generadas por el generador ultrasónico. El controlador puede comprender un sistema informático que tiene un procesador.

En algunas realizaciones, las características de las señales controladas por el controlador incluyen por lo menos una de entre una amplitud y una temporización.

En algunas realizaciones, uno o más de una tensión y una corriente de control del generador ultrasónico es ajustable.

En algunas realizaciones, el sistema también incluye un módulo de alarma configurado para implementar una alerta en respuesta a un fallo de cualquiera de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos.

En algunas realizaciones, el generador ultrasónico es operativo para realizar un barrido de frecuencia para sintonizar una o ambas de las frecuencias de funcionamiento primera y segunda con las frecuencias de resonancia primera y segunda de los primeros y segundos transductores, respectivamente. En determinadas realizaciones, el barrido de frecuencia es inferior a aproximadamente 3 kHz. En algunas otras realizaciones, el barrido es inferior a aproximadamente 5 kHz.

En algunas realizaciones, la estructura objetivo es el casco de una embarcación. En algunas realizaciones, la estructura objetivo es una estructura estática submarina.

En algunas realizaciones, el sistema está configurado para uno o más de: prevención o alteración de la biopelícula y alteración o prevención del crecimiento de algas.

Según otro aspecto de la presente tecnología, se proporciona una embarcación según la reivindicación 12. Las formas de onda ultrasónicas pueden ser antisimétricas.

En algunas realizaciones, por lo menos uno de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos comprende un transductor ultrasónico piezoeléctrico.

En algunas realizaciones, por lo menos uno de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos está unido al casco.

En algunas realizaciones, por lo menos uno de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos está conectado al casco por un medio de transferencia ultrasónica. En algunas realizaciones, el medio de transferencia ultrasónica es un material epoxi.

En algunas realizaciones, los primeros transductores ultrasónicos de la primera matriz están conectados eléctricamente en paralelo al generador ultrasónico y los segundos transductores ultrasónicos de la segunda matriz están conectados eléctricamente en paralelo al generador ultrasónico.

En algunas realizaciones, cada una de la primera y segunda distancia es función de un material, frecuencia y grosor de una pared que define la superficie sumergida.

En algunas realizaciones, la primera frecuencia de funcionamiento está entre aproximadamente 20 y aproximadamente 30 kHz inclusive. En algunas realizaciones, la segunda frecuencia de funcionamiento está entre aproximadamente 30 y aproximadamente 50 kHz inclusive.

En algunas realizaciones, la primera frecuencia de funcionamiento y la segunda frecuencia de funcionamiento son distintas o diferentes entre sí.

En algunas realizaciones, el sistema también incluye un controlador para controlar las características de las señales generadas por el generador ultrasónico.

En algunas realizaciones, la potencia generada por el generador ultrasónico es ajustable.

En algunas realizaciones, el generador ultrasónico es operativo para realizar un barrido de frecuencia de por lo menos una de las frecuencias de funcionamiento primera y segunda para sintonizar por lo menos una de las frecuencias de resonancia primera y segunda de los primeros y segundos transductores, respectivamente.

En algunas realizaciones, el barrido de frecuencia comprende transmitir señales eléctricas alrededor de una frecuencia de resonancia de por lo menos uno de los primeros transductores ultrasónicos o los segundos transductores ultrasónicos.

Según otro aspecto de la presente tecnología, se proporciona un procedimiento para tratar de forma ultrasónica una superficie sumergida de un objetivo según la reivindicación 13.

En algunas realizaciones, las señales eléctricas se transmiten de forma continua y simultánea durante un intervalo de tratamiento.

En algunas realizaciones, el procedimiento también incluye, antes de transmitir las señales eléctricas, realizar un barrido de frecuencia de por lo menos una de las frecuencias de funcionamiento primera y segunda para sintonizar por lo menos una de las frecuencias de funcionamiento primera y segunda a por lo menos una de las frecuencias de resonancia primera y segunda.

En algunas realizaciones, el barrido de frecuencia incluye la transmisión de señales eléctricas con un intervalo de variación de frecuencia de menos de aproximadamente 5 kHz, o menos de aproximadamente 3 kHz.

En algunas realizaciones, los primeros transductores ultrasónicos están distanciados entre sí por una primera distancia aproximadamente equivalente a la mitad de una longitud de onda, o sus múltiplos de la misma, de la primera frecuencia de funcionamiento; y/o los segundos transductores ultrasónicos están distanciados entre sí por una segunda distancia aproximadamente equivalente a la mitad de una longitud de onda, o sus múltiplos de la misma, de la segunda frecuencia de funcionamiento. Los múltiplos pueden ser múltiplos pares o impares.

Este compendio se proporciona meramente a los efectos de resumir algunas realizaciones de ejemplo, para proporcionar una comprensión básica de algunos aspectos de la materia objeto descrita en la presente memoria. Por consiguiente, se apreciará que las características descritas anteriormente son meramente ejemplos y no deben interpretarse para limitar el alcance de la invención según se define en las reivindicaciones adjuntas. Otras características, aspectos y ventajas de la materia objeto descrita en la presente memoria serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada, figuras y reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

Otros aspectos y ventajas de la presente tecnología se entenderán mejor en referencia a la descripción en asociación con los dibujos siguientes en los que:

La figura 1 ilustra un sistema ultrasónico instalado en una embarcación, según determinadas realizaciones de la presente tecnología.

La figura 2 ilustra otra realización del sistema ultrasónico instalado en otra embarcación, incluida una disposición del cableado eléctrico del mismo.

La figura 3 ilustra una parte del sistema ultrasónico en una embarcación en diferentes condiciones de funcionamiento de carga y diseño, según determinadas realizaciones de la presente tecnología.

La figura 4 ilustra una aplicación de ejemplo del sistema ultrasónico dos frecuencias, con una configuración en línea (lado izquierdo) y una configuración triangular (lado derecho) de una matriz de transductores ultrasónicos según determinadas realizaciones de la presente tecnología.

La figura 5 ilustra diversas configuraciones de transductores, generadores y amplificadores de potencia ultrasónicos según determinadas realizaciones de la presente tecnología.

La figura 6 ilustra tensiones logradas con y sin un sistema y procedimiento de onda guiada, según determinadas realizaciones de la presente tecnología (Ejemplo 1).

La figura 7 ilustra espectros de frecuencias de transductores emitidos en condiciones de baja frecuencia, alta frecuencia y heterodinas, según determinadas realizaciones de la presente tecnología (Ejemplo 2).

Los expertos en la materia apreciarán que los elementos en las figuras se ilustran por motivos de sencillez y claridad y no necesariamente se han dibujado a escala. Por ejemplo, las dimensiones de algunos de los elementos en las figuras pueden exagerarse en relación con otros elementos para ayudar a mejorar la comprensión de las realizaciones de la presente tecnología.

Los componentes del aparato y del sistema se han representado cuando corresponde mediante símbolos convencionales en los dibujos, y se muestan solo aquellos detalles específicos que son pertinentes para comprender las realizaciones de la presente tecnología para no complicar la divulgación con detalles que serán fácilmente evidentes para las personas con experiencia ordinaria en la materia que tengan el beneficio de la descripción de la presente memoria.

Descripción detallada

En la presente memoria se proporcionan las descripciones detalladas de las realizaciones preferidas. se ha de entender, sin embargo, que la presente tecnología puede materializarse de diversas maneras. Por lo tanto, los detalles específicos divulgados en la presente memoria no deben interpretarse como limitativos, sino más bien como una base para las reivindicaciones y como una base representativa para enseñar a un experto en la materia el empleo de la presente tecnología en prácticamente cualquier forma o estructura del sistema apropiadamente detallada.

Se describirán realizaciones de la presente tecnología en referencia a las figuras adjuntas, en las que los números iguales representan elementos similares en toda la memoria descriptiva. Por otro lado, se ha de entender que la fraseología y la terminología empleadas en la presente memoria son para fines de descripción y no deben considerarse limitativas. El uso de "que incluye", "que comprende", "que tiene" y variaciones de los mismos pretende englobar los elementos enumerados después y los equivalentes de los mismos, así como elementos adicionales. Los términos "conectado" y "acoplado" se utilizan de manera amplia y engloban el montaje, la conexión y el acoplamiento tanto directos como indirectos. Además, "conectado" y "acoplado" no se limitan a conexiones o acoplamientos físicos o mecánicos.

Las realizaciones de la presente tecnología resumidas a continuación y definidas en las reivindicaciones se entienden mejor por referencia a la siguiente descripción detallada, que debería leerse junto con las figuras adjuntas. La descripción detallada de las realizaciones particulares se establece para permitir poner en práctica la presente tecnología, no pretende limitar las reivindicaciones, sino servir como un ejemplo particular de las mismas. Además, la lista de realizaciones presentadas en esta patente no es exhaustiva y los expertos en la materia pueden llevar a cabo nuevas realizaciones.

Se proporcionan sistemas ultrasónicos para tratar una superficie sumergida de una estructura objetivo. Las estructuras objetivo pueden incluir embarcaciones tales como un barco o una embarcación, un canal, las patas de plataforma petrolera, las patas de un puente, unas patas de soporte y otras estructuras que tienen por lo menos una parte sumergida en agua.

Con referencia a la figura 1, se muestra un sistema 10 ultrasónico instalado en una estructura 12 objetivo. En esta realización, la estructura 12 objetivo es un casco de una embarcación 100. El agua puede ser cualquier tipo de agua tal como agua salada (p. ej., mares y océanos), agua dulce, aguas residuales y similares. El sistema 10 ultrasónico puede considerarse como módulos de limpieza o tratamiento para la eliminación de capas de organismos de la superficie sumergida del casco 12. La capa de organismo puede ser algas o cualquier otro tipo de crecimiento biológico. La limpieza o tratamiento incluye la eliminación de una capa de biopelícula ("tratamiento") que favorece el crecimiento de organismos. En determinadas realizaciones, el módulo de limpieza eliminará tanto los organismos como la biopelícula, o impedirá el crecimiento de uno o ambos de los organismos y la biopelícula.

El sistema 10 ultrasónico incluye una pluralidad de matrices 1 espaciadas a lo largo de la embarcación 100. Las matrices 1 están separadas por dos veces el alcance eficaz de una única matriz 1 teniendo en cuenta el diseño real y las condiciones de funcionamiento. Cada matriz 1 tiene por lo menos unos primeros y segundos transductores ultrasónicos de sustancialmente la misma frecuencia de resonancia (es decir, la frecuencia de resonancia de cada uno de los transductores ultrasónicos de una matriz 1 dada es sustancialmente la misma). El sistema 10 también incluye una pluralidad de generadores 3 de potencia que suministran señales eléctricas de ultrasonido al tiempo que controlan las matrices 1 adyacentes. En esta realización, los generadores 3 están conectados a una unidad 2 de control central opcional instalada en la embarcación 100. La unidad 2 de control central opcional está configurada para la detección y gestión de las condiciones e informar al control central del barco de la embarcación 100. Cada generador 3 está conectado a un número seleccionado de matrices 1 y es operativo para generar energía eléctrica para accionar los transductores ultrasónicos de las matrices 1 a los que está conectado ese generador 3. Las matrices 1 se pueden conectar a matrices adicionales por medio de conexiones 4 que se extienden a lo ancho de la embarcación 100 (u otra estructura).

La figura 2 muestra otra realización en la que el sistema 10 ultrasónico está instalado en una embarcación 100. En el sistema 10 de la figura 2, el generador 3 tiene dos o más salidas de frecuencia para suministrar las señales eléctricas de ultrasonido a las matrices 1. Más específicamente, el generador 3 tiene un primer generador de frecuencia A y un segundo generador de frecuencia B que generan señales de ultrasonido a distintas frecuencias. La potencia se suministra al generador 3 mediante una fuente de alimentación estándar C. Como se puede observar en la disposición del cableado eléctrico del sistema 10, una de las matrices 1 funciona a una primera frecuencia (frecuencia 1) y otra de las matrices 1 funciona a una segunda frecuencia (frecuencia n) y, por lo tanto, en consecuencia, son suministradas por los respectivos generadores de frecuencia primero y segundo A, B.

En determinadas realizaciones, como se muestra en la figura 3, los transductores 5 de ultrasonido de una o más de las matrices 1 están colocados debajo de la línea de flotación más baja posible. Dependiendo de las condiciones de funcionamiento y del diseño de la embarcación, en determinadas realizaciones, algunos transductores 5 de ultrasonido se colocan por encima del nivel de agua más bajo, al tiempo que permanecen por debajo del nivel de agua más alto. En determinadas realizaciones, el sistema ultrasónico limpiará, impedirá la deposición o realizará el tratamiento de una embarcación acuática tal como el casco de una embarcación marina. Esto puede incluir la eliminación de la capa de biopelícula (tratamiento) que favorece el crecimiento de organismos (el módulo de limpieza eliminará tanto los organismos como la biopelícula). Determinadas realizaciones del sistema de la tecnología de prevención comprenden tres elementos: un generador ultrasónico con dos salidas (una de cada uno de los generadores de frecuencia primero y segundo A, B), una primera matriz de los primeros transductores 1 ultrasónicos, y una segunda matriz de los segundos transductores 1' ultrasónicos. Cada matriz comprende transductores que tienen frecuencias de resonancia sustancialmente iguales o parecidas. Cada transductor puede comprender un transductor de ultrasonido piezoeléctrico encapsulado. Cada una de las matrices primera y segunda está instalada en una superficie sumergida del casco 12. En determinadas realizaciones, el sistema 10 completo comprende así un mínimo de un generador 3 de dos frecuencias y un mínimo de dos matrices 1, 1' de transductores, conteniendo cada una de ellas un mínimo de dos unidades 5 de transductor idénticas. El sistema 10 también puede incluir un amplificador 6 de potencia (se muestra en la figura 5).

Como se puede observar en la figura 4, las matrices 1, 1' pueden tener una configuración en línea o una configuración triangular. En la configuración en línea de las matrices 1, 1', los transductores 5 ultrasónicos de una determinada de las matrices 1, 1' están alineados linealmente entre sí y forman así una línea. Por otra parte, en la configuración triangular de las matrices 1, 1', los transductores ultrasónicos adyacentes de una determinada de las matrices 1, 1' están dispuestos en diagonal uno frente al otro.

Cada transductor 5 (también denominado unidad de transductor) contiene un transductor ultrasónico piezoeléctrico unido a la superficie de contacto (se muestra en las figuras 1 y 2) y conectado eléctricamente al generador 3 de potencia electrónico ultrasónico. La construcción general de una unidad 5 de transductor consiste en el dispositivo transductor ultrasónico piezoeléctrico, encapsulado en un cerramiento metálico o plástico, adherido por un lado a la superficie de contacto del mismo o diferente material, y sellado por el otro lado. Puede proporcionarse una cubierta para sellar el dispositivo transductor. Cada unidad 5 de transductor dentro de una matriz 1, 1' de dos o más unidades 5 de transductor está conectada eléctricamente en paralelo al generador 3 de potencia ultrasónica. La superficie de contacto es la superficie donde la energía de vibración mecánica generada por la unidad 5 de transductor se transferirá al propio objeto.

La presente tecnología, en determinadas realizaciones, proporciona además diferentes mecanismos de transferencia de energía para optimizar el guiado de la energía de vibración mecánica generada por el transductor piezoeléctrico hacia la superficie del objeto. Esta transferencia se puede lograr por diferentes medios, incluidos, entre otros, uniones epoxi o parecidas, o mediante un contacto libre. El contacto sin unión se asegura mediante un dispositivo adaptador que sujeta firmemente el conjunto de transductores en su lugar para asegurar la transferencia de energía directamente o a través de un medio de acoplamiento hacia el objeto.

El tamaño potencial del área objetivo de limpieza o tratamiento eficaz está determinado por el nivel de energía aplicado a cada unidad 5 de transductor, la cantidad de transductores 5 en las matrices 1, 1', la ubicación de una matriz dentro de la superficie de una embarcación u objeto, la exactitud de la geometría de la matriz y el nivel de contaminación en una ubicación geográfica determinada.

En su realización preferida, dos o más matrices 1, 1' de frecuencias distintas son alimentadas por un generador 3 de frecuencias múltiples (que tiene dos o más frecuencias) para producir ondas de ultrasonido en modo de onda guiada en toda la estructura del objeto sumergido para lograr un alcance eficaz mejorado de vibración ultrasónica.

En determinadas realizaciones, el alcance mejorado del ultrasonido de la onda guiada permite proteger un barco 100 completo u objeto con pocas matrices 1 y con hardware mínimo. Los depósitos reducidos en el casco 12 pueden reducir/eliminar el aumento de la fricción y el aumento del consumo de combustible, así como la contaminación del aire y del agua.

La creación de ondas guiadas en sí se consigue excitando dos o más transductores 5 simultáneamente, de forma continua y en paralelo, sobre una misma superficie, separados por su media longitud de onda o múltiplos de la misma (como se muestra en las figuras 2, 4 y 5). De esta manera se logra una eficacia energética mejorada, al desviar la energía que típicamente se desperdicia en el cuerpo de agua adyacente (modo masivo), hacia la membrana, por ejemplo, el casco 12 de un barco, con el resultado de obtener una vibración eficaz para distancias mucho mayores y así proteger o tratar superficies mucho más grandes contra las algas de lo que era posible previamente.

En realizaciones, la heterodinación se logra mediante la emisión de dos o más frecuencias continuas distintas mediante dos o más transductores piezoeléctricos emisores distintos. La emisión paralela y simultánea de dos o más frecuencias en un medio da como resultado la multiplicación de frecuencias, concretamente, todas sus frecuencias totales y también todas sus frecuencias diferenciales. Como ejemplo, la heterodinación de dos frecuencias da lugar a la emisión de cuatro frecuencias. Como cada tipo de alga es altamente vulnerable a una frecuencia específica, la emisión de un amplio espectro de frecuencias mejora significativamente la eficacia del tratamiento.

La combinación de ondas guiadas y heterodinación proporciona un efecto sinérgico inesperado. Las ondas de mayor frecuencia se transportan a distancias mayores de lo que sería posible de otro modo al solapar las frecuencias más altas a las ondas de menor frecuencia y más potentes energéticamente. En resumen, las ondas guiadas, en determinadas realizaciones, proporcionan un tratamiento de algas más eficaz desde el punto de vista energético, mientras que la heterodinación genera un tratamiento de especies de algas con un amplio espectro. Con su combinación sinérgica pueden tratar más especies, en mayores superficies (por ejemplo, barcos más largos), más eficaz energéticamente, con una reducción del coste de combustible y de las emisiones nocivas para el medio ambiente.

En determinadas realizaciones, el modo de onda guiada para las ondas de ultrasonido se logra separando los dos o más transductores 5 por media longitud de onda A. Esta distancia real es función de la frecuencia, el grosor de la placa, las propiedades del material y, opcionalmente, otros parámetros.

Al observar la separación de las unidades de transductor (o múltiplos de la misma) dentro de cada matriz 1, calculada mediante una fórmula, las dos o más unidades 5 de transductor ultrasónicas logran ondas de vibración que están exactamente superpuestas y así mejoran la amplitud de cada una, lo que da como resultado una forma de onda guiada.

En determinadas realizaciones, se puede lograr el mismo resultado o parecido mediante la determinación empírica de la separación de la unidad de transductor. Después de instalar una unidad 5 de transductor fija en el casco 12, se mantiene móvil una segunda unidad 5 de transductor (no fijada a la superficie del casco 12). Una tercera unidad 5 de transductor pasiva se colocará, por ejemplo, a aproximadamente 1 m de la primera unidad 5 de transductor y se conectará a un osciloscopio. A continuación, ambas unidades 5 de transductor se activarán con la misma señal de ultrasonido síncrona que se origina desde el generador 3 de potencia ultrasónico. Al observar la amplitud del osciloscopio, la segunda unidad 5 de transductor se acercará y alejará lentamente de la unidad 5 de transductor fija, y se observará la amplitud del osciloscopio. Con la mayor amplitud posible al mover la segunda unidad 5 de transductor sobre la superficie del objeto, la segunda unidad 5 de transductor se detendrá y se anotará la distancia exacta entre las unidades 5 de transductor. Esta distancia es la distancia necesaria para lograr el modo de onda guiada en la configuración determinada. En la figura 4 se muestran diferentes configuraciones de matriz, pero no se limitan a ellas. Una matriz puede ser una matriz lineal o una matriz triangular, como se representa. Dependiendo, por ejemplo, del diseño de un barco, la instalación de transductores en una línea a través del barco 100 puede ser más práctica, mientras que en otra aplicación se necesita aplicar más energía en un espacio más pequeño, lo cual es posible con una disposición triangular. Sin embargo, cualquier matriz 1 comprende dos o más transductores 5. El número de transductores 5 está determinado por el tamaño del objeto 100, el diseño del objeto 100, las condiciones de funcionamiento, los requisitos especiales y las condiciones ambientales. La figura 5 muestra dos disposiciones de los transductores 5, el generador 3 y el amplificador 6 de potencia. Son posibles otras disposiciones y están dentro del alcance de la tecnología actual. Por ejemplo, dependiendo del diseño del objeto 100, la contaminación de algas encontrada, el tipo de funcionamiento, por ejemplo, una embarcación, y otros factores, se pueden usar uno o más generadores 3 para una cobertura completa. También es posible tener una unidad 2 de control central, con generadores 3 de potencia descentralizados, conectados mediante un sistema de bus o tipos de enlace parecidos.

Dentro de cada matriz 1 de frecuencias, y dentro de un tiempo de tratamiento determinado, las unidades 5 de transductor ultrasónico funcionan de forma continua, ininterrumpida y en paralelo entre sí para lograr la forma de onda necesaria que es fundamental para la protección y/o destrucción de los depósitos marinos en el lado del agua de la estructura.

El nivel de potencia real transmitido por el generador 3 de tonos ultrasónicos será ajustable para permitir unos ajustes de potencia óptimos para diferentes situaciones, aplicaciones, entornos marinos y condiciones de funcionamiento. La capacidad de salida de potencia ultrasónica del generador de tonos de ultrasonido 3 será suficiente para proporcionar el nivel de potencia total de todos los transductores 5 dentro de la matriz 1 alimentado por él.

Para situaciones con bajos niveles de contaminación, resulta posible hacer funcionar las realizaciones de la presente tecnología de forma intermitente y/o por debajo de los ajustes de potencia máxima. Los niveles de temporización y potencia son ajustables en el generador 3 de tonos ultrasónico.

Las frecuencias seleccionadas para las dos o más matrices 1 dependen del tipo de contaminación presente en el medio marino. Se han encontrado algunas frecuencias eficaces, entre otras, el uso de una frecuencia ultrasónica baja por encima de 20 kHz y una frecuencia más alta, por ejemplo, alrededor de 40 kHz. Las frecuencias emitidas por el generador 3 de tonos ultrasónicos deben sintonizarse para corresponderse con las frecuencias de resonancia de las unidades 5 de transductor utilizadas dentro de cada matriz 1. Se puede utilizar un barrido de frecuencia limitada para mejorar la eficacia.

Ejemplos

Los siguientes ejemplos son ilustrativos del amplio intervalo de aplicabilidad de la presente tecnología y no pretenden limitar su alcance. Se podrán realizar modificaciones y variaciones en la misma sin salirse del alcance de la tecnología. Aunque cualquier procedimiento y material parecido o equivalente a los que se describen en la presente memoria se pueden utilizar en la práctica para someter a prueba la presente tecnología, se describen los procedimientos y materiales preferidos.

Ejemplo 1

Sobre una placa de acero dulce se instalaron dos transductores 5 de 50 W activos (transmisión) de forma continua y se conectaron a un generador 3 de 40 kHz. En la misma placa de acero, en una ubicación fija a aproximadamente 1 metro de distancia de los transductores 5, se instaló un transductor pasivo (detección) y se conectó a un osciloscopio Fluke. Para la primera medición, los dos transductores 5 activos se colocaron para la transmisión masiva, a una distancia de inducción de ondas no guiadas, y transmitieron a 50 W cada uno. La medición se realizó utilizando el osciloscopio. Para la segunda medición, los dos transductores 5 se movieron a una posición de amplitud máxima, siendo una posición de inducción de ondas guiadas antisimétrica, según determinadas realizaciones de la presente tecnología. La amplitud se midió de la misma forma que en la medición anterior. La figura 6 muestra que con onda guiada, se podría lograr una tensión más alta para la misma amplitud.

Ejemplo 2

La emisión de frecuencia de ruido de fondo en aguas abiertas se midió usando un hidrófono (espectros superiores de la figura 7). Esto se comparó con el espectro de frecuencias de una unidad de transductor de la técnica anterior (espectros medios de la figura 7). El transductor de la técnica anterior comprendía un transductor único dispuesto para emitir una señal pulsada de baja potencia y frecuencia única. En el espectro inferior de la figura 7, se ilustra la emisión de frecuencia de dos transductores en condiciones heterodinas, según un componente de la presente tecnología. Los transductores se orientaron en la misma dirección para lograr la superposición. Ambos transductores se hicieron funcionar de forma continua y simultánea a una potencia de aproximadamente 30 W para cada transductor. Puede observarse que el espectro de frecuencias emitidas está significativamente ampliado y mejorado en comparación con la técnica anterior.

Ejemplo 3

Se instaló un sistema según una realización de la presente tecnología en el casco de un velero de 20 metros (65 pies). El sistema comprendía dos conjuntos de transductores, comprendiendo cada conjunto dos transductores, y teniendo los transductores de los diferentes conjuntos frecuencias distintas. Los transductores se hicieron funcionar de forma continua durante un tiempo de tratamiento de 2 meses. Durante ese tiempo se impidió el crecimiento de algas en el casco del velero. Después, el sistema estuvo sin funcionar durante un mes mientras el velero estuvo en el puerto. Durante el período sin funcionamiento, se formó un crecimiento de algas en el velero, lo que provocó que el velero no pudiera alcanzar la velocidad del casco a causa de la fricción adicional por el crecimiento de algas depositado durante el mes sin protección. Después de tres días de funcionamiento del sistema mientras el velero estaba en el puerto, las algas murieron, lo que permitió que el velero alcanzara la velocidad del casco después de que las algas muertas fueran eliminadas durante el movimiento del agua durante el movimiento del barco. Las algas vivas mantienen la adherencia a la superficie del casco incluso con el movimiento del agua, mientras que las algas muertas pierden su adherencia y son fácilmente arrastradas por la corriente de agua (pero no mientras están estacionarias).

Si bien se han mostrado y descrito realizaciones específicas, son posibles muchas variaciones. Debería tenerse en cuenta que la invención no se limita a las realizaciones particulares descritas e ilustradas en la presente memoria, sino que incluye todas las modificaciones y variaciones que se encuentran dentro del alcance de la invención como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un sistema (10) ultrasónico para tratar una superficie sumergida de una estructura (12) objetivo, siendo la estructura objetivo el casco de una embarcación o una estructura estática submarina, comprendiendo el sistema:

un generador (3) ultrasónico operativo para generar energía eléctrica para accionar unos transductores (5) ultrasónicos primero y segundo, comprendiendo la energía eléctrica por lo menos dos frecuencias diferentes que incluyen una primera frecuencia de funcionamiento y una segunda frecuencia de funcionamiento;

los primeros transductores (5) ultrasónicos configurados para montarse como una primera matriz (1) en la estructura objetivo, y conectables al generador ultrasónico y operativos para generar una primera señal de ultrasonido a partir de la primera frecuencia de funcionamiento, estando distanciados los primeros transductores ultrasónicos entre sí por una primera distancia aproximadamente equivalente a la mitad de una longitud de onda, o múltiplos de la misma, de la primera frecuencia de funcionamiento; y

segundos transductores (5) ultrasónicos configurados para montarse como una segunda matriz (1') en la estructura objetivo, y conectables al generador ultrasónico y operativos para generar una segunda señal de ultrasonido a partir de la segunda frecuencia de funcionamiento, estando distanciados los segundos transductores ultrasónicos entre sí por una segunda distancia aproximadamente equivalente a la mitad de una longitud de onda, o múltiplos de la misma, de la segunda frecuencia de funcionamiento,

en donde los primeros transductores ultrasónicos de la primera matriz y los segundos transductores ultrasónicos de la segunda matriz están espaciados entre sí para producir formas de onda ultrasónicas guiadas a través de la estructura objetivo y en donde la superposición de la primera señal de ultrasonido y la segunda señal de ultrasonido en la estructura objetivo produce frecuencias heterodinas.

2. El sistema de la reivindicación 1, en donde por lo menos uno de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos comprenden un transductor ultrasónico piezoeléctrico.

3. El sistema de la reivindicación 1 o la reivindicación 2, en donde por lo menos uno de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos está unido a la estructura objetivo.

4. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en donde por lo menos uno de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos está conectado a la estructura objetivo por un medio de transferencia ultrasónico.

5. El sistema de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en donde:

los primeros transductores ultrasónicos de la primera matriz están conectados eléctricamente en paralelo al generador ultrasónico; y

los segundos transductores ultrasónicos de la segunda matriz están conectados eléctricamente en paralelo al generador ultrasónico.

6. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en donde una o ambas de la primera y segunda distancia es función de un material, frecuencia y grosor de una pared que define la superficie sumergida.

7. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde los primeros transductores ultrasónicos de la primera matriz y los segundos transductores ultrasónicos de la segunda matriz están dispuestos en una o ambas de:

una configuración en línea mediante la cual uno o ambos de los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos están alineados linealmente entre sí; y

una configuración triangular mediante la cual los adyacentes de los primeros transductores ultrasónicos o los segundos transductores ultrasónicos están dispuestos en diagonal uno frente al otro.

8. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en donde la primera frecuencia de funcionamiento está entre aproximadamente 20 y aproximadamente 30 kHz inclusive.

9. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, que comprende además un controlador para controlar las características de las señales generadas por el generador ultrasónico.

10. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el generador ultrasónico es operativo para realizar un barrido de frecuencia para sintonizar una o ambas de la primera y segunda frecuencias de funcionamiento con la primera y segunda frecuencias de resonancia de los primeros y segundos transductores, respectivamente.

11. El sistema de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en donde la estructura objetivo es una estructura estática submarina.

12. Una embarcación (100), que comprende:

un casco (12); y

el sistema (10) ultrasónico de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, siendo la estructura objetivo el casco de modo que el sistema ultrasónico está configurado para tratar una superficie sumergida del casco, estando montados los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos en el casco,

en donde los primeros transductores ultrasónicos de la primera matriz y los segundos transductores ultrasónicos de la segunda matriz están espaciados entre sí para producir formas de onda ultrasónicas guiadas a través del casco y en donde la superposición de la primera señal de ultrasonido y la segunda señal de ultrasonido en el casco produce frecuencias heterodinas.

13. Un procedimiento para tratar de forma ultrasónica una superficie sumergida de una estructura (12) objetivo, siendo la estructura objetivo el casco de una embarcación o una estructura estática submarina, comprendiendo el procedimiento:

transmitir señales eléctricas a una primera frecuencia de funcionamiento y una segunda frecuencia de funcionamiento a una primera matriz (1) de unos primeros transductores (5) ultrasónicos y una segunda matriz (1') de unos segundos transductores (5) ultrasónicos respectivamente, los primeros transductores ultrasónicos y los segundos transductores ultrasónicos montados en la estructura objetivo,

estando los primeros transductores ultrasónicos distanciados entre sí por una primera distancia aproximadamente equivalente a la mitad de una longitud de onda, o sus múltiplos de la misma, de la primera frecuencia de funcionamiento,

los segundos transductores ultrasónicos están distanciados entre sí por una segunda distancia aproximadamente equivalente a la mitad de una longitud de onda, o sus múltiplos de la misma, de la segunda frecuencia de funcionamiento; y

permitir que los primeros transductores generen una primera señal de ultrasonido a partir de la primera frecuencia de funcionamiento, y que los segundos transductores generen una segunda señal de ultrasonido a partir de la segunda frecuencia de funcionamiento, de modo que la superposición de la primera señal de ultrasonido y la segunda señal de ultrasonido en la estructura objetivo produce una señal heterodina a través de la estructura objetivo.

14. El procedimiento de la reivindicación 13, en donde las señales eléctricas se transmiten de forma continua y simultánea durante un intervalo de tratamiento.

15. El procedimiento de la reivindicación 13 o 14, que además comprende, antes de transmitir las señales eléctricas, realizar un barrido de frecuencia de por lo menos una de las frecuencias de funcionamiento primera y segunda para sintonizar por lo menos una de las frecuencias de funcionamiento primera y segunda a por lo menos una de las frecuencias de resonancia primera y segunda.