ES2965255T3 - Dispositivo de extracción in situ de gases disueltos y aparato de medición correspondiente - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un dispositivo (1) para la extracción in situ de gas disuelto en un medio líquido, comprendiendo el dispositivo (1): - un depósito (11) de disolvente inmiscible con el líquido, - un canal de entrada (12). para líquido procedente del medio líquido, - un módulo (14, 15) para inducir el flujo del disolvente y del líquido, - una cámara tubular (13) atravesada de un extremo al otro por una mezcla del disolvente procedente del depósito (11) y el líquido procedente del canal de entrada (12) con el fin de transferir el gas del líquido al disolvente, - un tanque de sedimentación (16) dispuesto para recibir la mezcla del disolvente y el líquido a través de una entrada (160) y luego permitir que la mezcla se separe por gravedad en dos fases, una primera fase más densa de las cuales está situada en el fondo del decantador y una segunda fase más ligera está situada en la superficie del decantador. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Dispositivo de extracción in situ de gases disueltos y aparato de medición correspondiente
1. Campo de la invención
La invención se refiere al campo de la extracción de gases en medio líquido. Más particularmente, se refiere a un aparato de medición que incluye un dispositivo de extracción in situ de gases disueltos en medio líquido.
2. Técnica anterior
Se conocen sistemas que ponen en práctica la extracción de gases disueltos in situ. No obstante, el entorno acuático y la presión hidrostática en profundidad comprometen el funcionamiento de tales sistemas. En particular, los sistemas de medición de concentración de gases in situ presentan un acondicionamiento resistente a la corrosión y a la presión hidrostática que induce una fuerte histéresis que alarga el tiempo de medición.
Ahora bien, la extracción in situ es interesante concretamente para efectuar cartografías finas de los recursos de gases disueltos en medio marino, lo cual necesita un tiempo de medición corto.
Por otro lado, este entorno es frágil y, por tanto, es necesario no usar ningún producto tóxico para no contaminarlo. El documento JP2005049279 A presenta un estado de la técnica.
3. Objetivos de la invención
La invención propone una solución destinada a aliviar los inconvenientes anteriormente mencionados. Un objetivo de la invención es permitir una extracción in situ de gases con vistas a realizar cartografías finas de las concentraciones de gases de los medios estudiados, explotar los recursos de gases de los medios estudiados o incluso las fuentes de gas que alimentan estos medios estudiados.
4. Sumario de la invención
La invención se refiere a un aparato de medición in situ, es decir en entorno acuático y a presión hidrostática en profundidad, de la concentración de gases, incluyendo el aparato de medición un dispositivo de extracción de gases disueltos en medio líquido y un dispositivo de medición de la concentración de gases disueltos en el disolvente. Incluyendo el dispositivo de extracción:
- un depósito destinado a recibir un disolvente no miscible en el líquido,
- un canal de admisión de líquido del medio líquido,
- un módulo de puesta en circulación del disolvente y del líquido,
- un recinto tubular destinado a atravesarse de un extremo a otro por una mezcla del disolvente procedente del depósito con el líquido procedente del canal de admisión, recinto en donde se opera la transferencia del gas del líquido hacia el disolvente por contacto directo entre el líquido y el disolvente,
- un decantador dispuesto para recibir por una entrada la mezcla del disolvente con el líquido y después para permitir la separación por gravedad de la mezcla en dos fases, entre ellas una primera fase más densa situada en el fondo del decantador y una segunda fase más ligera situada en la superficie del decantador, evacuándose a continuación la primera fase por una primera evacuación en el fondo del decantador y evacuándose la segunda fase por una segunda evacuación situada por encima de la primera evacuación y destinada a estar por encima de la separación entre las dos fases, - un elemento de mantenimiento de la verticalidad, definiéndose la verticalidad por la dirección del campo de la pesadez. Por tanto, el campo de la pesadez apunta hacia el fondo o la parte inferior del decantador, apuntando el sentido inverso hacia arriba o la parte superior del decantador. El elemento de mantenimiento de la verticalidad incluye un peso y está previsto para mantener el decantador en posición vertical cuando está en funcionamiento. Un aparato de medición de este tipo se usa, por ejemplo, para la extracción de metano o de dióxido de carbono en medio marino y permite una extracción continua de gases, por ejemplo para efectuar una cartografía de los recursos de gases disueltos en el medio líquido o para explotar los recursos de gases.
El disolvente se elige de manera que la solubilidad del gas en el disolvente es superior a la del gas en el líquido, por ejemplo diez veces superior. El disolvente usado es preferiblemente un producto inerte, por tanto no tóxico o contaminante como, por ejemplo, un fluorocarbono.
Se constata por otro lado que la solubilidad del gas en el disolvente es más importante a alta presión.
Según una realización particular de la invención, el elemento de mantenimiento de la verticalidad incluye un brazo unido de manera solidaria con el decantador y terminado por el peso dispuesto de manera que el brazo esté en paralelo a la dirección vertical del decantador.
Según una realización particular de la invención, el módulo de puesta en circulación del disolvente y del líquido incluye:
- un módulo de puesta en circulación del disolvente que incluye una primera conexión con el depósito y una segunda conexión con el recinto, aspirando el módulo de puesta en circulación del disolvente el disolvente del depósito por la primera conexión e inyectando el disolvente en el recinto por la segunda conexión,
- un módulo de puesta en circulación del líquido que incluye una primera conexión con el canal de admisión y una segunda conexión con el recinto, aspirando el módulo de puesta en circulación del líquido el líquido del canal de admisión por la primera conexión e inyectando el líquido en el recinto por la segunda conexión.
La presencia de módulos de puesta en circulación separados para el disolvente y el líquido permite gestionar de manera fina los caudales respectivos del disolvente y del líquido.
Según una realización particular de la invención, el recinto tubular se extiende según una longitud L y presenta una sección transversal de superficie A, siendo la razón L/A superior a 100 mm-1, y preferiblemente superior a 1000 mm-1, aún mejor superior a 2000 mm-1.
Una razón L/A de este tipo asegura una superficie de contacto importante entre el líquido y el disolvente y garantiza una transferencia importante de gas del líquido hacia el disolvente.
Según una realización particular de la invención, el disolvente se inyecta en el recinto con un caudal Qs y el líquido se inyecta en el recinto con un caudal Qe, siendo la razón (LxA)/Qs superior a 60 s y siendo la razón (LxA)/Qe superior a 30 s.
Tales razones (LxA)/Qs y (LxA)/Qe permiten mantener la mezcla del líquido y del disolvente durante un tiempo suficientemente prolongado en el recinto tubular para obtener una transferencia importante de gas del líquido hacia el disolvente.
Según una realización particular de la invención, el módulo de puesta en circulación del disolvente y/o del líquido incluye una bomba. Dicha bomba es, por ejemplo, una bomba peristáltica u osmótica y permite hacer circular líquido o disolvente en un gran intervalo de caudales con precisión.
Según una realización particular de la invención, el módulo de puesta en circulación del disolvente y/o del líquido incluye un pistón.
Incluyendo la invención también un dispositivo de medición de la concentración de gases disueltos en el disolvente.
Un aparato de medición de este tipo permite realizar cartografías precisas de las concentraciones de gases en un medio líquido de manera relativamente rápida y simple con respecto a los aparatos de la técnica anterior.
Según una realización particular de la invención, el dispositivo de medición es un dispositivo de medición óptico que incluye:
- una célula de medición,
- un módulo de puesta en circulación del disolvente enriquecido en gas que inyecta disolvente procedente del decantador en la célula de medición,
- una fuente luminosa que emite un haz luminoso inicial y orientada de manera que el haz luminoso inicial atraviesa la célula de medición,
- un medio de medición de la intensidad luminosa que mide la intensidad del haz luminoso que ha atravesado la célula de medición.
Un aparato de medición de este tipo permite una medición continua del contenido en gas sin fenómeno de histéresis.
Según una realización particular de la invención, la fuente luminosa es una fuente de infrarrojos. El uso de luz infrarroja permite una medición fiable de la concentración de gas, concretamente para el metano y el dióxido de carbono.
Según una realización particular de la invención, el dispositivo de medición incluye:
- una lámina de separación aguas arriba de la célula de medición que divide el haz luminoso inicial en un haz de medición que atraviesa la célula de medición y un haz de referencia inicial que no atraviesa la célula de medición;
- un primer espejo aguas abajo de la célula de medición que refleja el haz de medición en un haz reflejado en dirección a la lámina de separación;
- un obturador que presenta un estado cerrado en donde interrumpe el haz de medición antes de que el haz alcance la célula de medición y un estado abierto en donde el haz de medición atraviesa la célula de medición; y
- un segundo espejo que refleja el haz de referencia inicial en dirección a la lámina de separación de manera que la lámina de separación combina el haz reflejado con el haz de referencia reflejado en un haz combinado cuya intensidad luminosa se mide a continuación por el medio de medición.
El registro de una medición de intensidad luminosa con el obturador en el estado cerrado permite restar la intensidad del haz de referencia de la intensidad del haz combinado con el fin de obtener una medición de intensidad que depende directamente de la concentración de gases y eliminar todas las otras variaciones que pudieran perturbar la medición, concretamente la variación de intensidad de la fuente luminosa. Una calibración también permite hacer fiable la medición de intensidad.
Según una realización particular de la invención, el aparato de medición incluye un recipiente de líquido que incluye el gas que va a dosificarse disuelto en una concentración conocida, siendo el recipiente adecuado para conectarse al canal de admisión con vistas a realizar una calibración o una verificación in situ.
Según una realización particular de la invención, el aparato de medición comprende además un compartimento estanco mantenido a presión atmosférica que incluye componentes electrónicos u ópticos sensibles a la presión hidrostática. La presencia de un compartimento estanco mantenido a presión atmosférica permite efectuar mediciones en profundidad, concretamente en el fondo marino. Por su parte, la célula de medición está a presión hidrostática. La célula se sumerge, por ejemplo, en un fluido en equipresión con el medio líquido y contenido en una cubierta. Un portillo asegura la separación entre la célula y el compartimento estanco.
Según una realización particular de la invención, el aparato de medición incluye un medio de almacenamiento del disolvente una vez realizada la medición. El medio de almacenamiento del disolvente permite no expulsar el disolvente al medio líquido, en particular cuando el disolvente es contaminante.
La invención también se refiere a un procedimiento de extracción en entorno acuático y a presión hidrostática en profundidad de gases disueltos en el entorno acuático realizado con un aparato de medición según la invención, incluyendo el procedimiento de extracción las siguientes etapas:
- una admisión de líquido del medio líquido,
- una puesta en circulación del líquido y de un disolvente,
- una mezcla del disolvente con el líquido para una transferencia del gas del líquido hacia el disolvente,
- un sistema de decantación en posición vertical para permitir la separación por gravedad de la mezcla en dos fases, una que contiene el disolvente enriquecido en gas y otra que comprende el líquido empobrecido en gas, entre ellas una primera fase más densa situada en el fondo y una segunda fase más ligera situada en la superficie. El gas podrá ser, por ejemplo, metano.
Según una realización particular de la invención, el disolvente es un fluorocarbono, por ejemplo FC770 o FC72.
Según una realización particular de la invención, el gas extraído es metano o dióxido de carbono.
5. Lista de las figuras
Otras características y ventajas innovadoras, se desprenderán de la siguiente descripción, proporcionada a título indicativo y en absoluto limitativo, haciendo referencia a los dibujos adjuntos, en donde:
- la figura 1 representa esquemáticamente un dispositivo de extracción in situ de gases disueltos en medio acuoso según un modo de realización de la invención;
- la figura 2 representa esquemáticamente un dispositivo de medición de la concentración de gases según un primer modo de realización de la invención;
- la figura 3 representa esquemáticamente un dispositivo de medición óptico de la concentración de gases que funciona en transmisión según un segundo modo de realización de la invención;
- la figura 4 representa esquemáticamente un dispositivo de medición óptico de la concentración de gases que funciona en reflexión según un tercer modo de realización de la invención;
- la figura 5 representa esquemáticamente y de manera parcial una realización de un dispositivo de medición óptico según el tercer modo de realización;
- la figura 6 representa una vista en perspectiva de un dispositivo de medición óptico según la realización de la figura 5; y
- la figura 7 representa una vista en perspectiva de un aparato de medición in situ según un modo de realización de la invención.
6. Descripción detallada
En la figura 1 se representa un dispositivo 1 de extracción in situ de gases disueltos en medio acuoso según un modo de realización de la invención. El gas que va a extraerse es, por ejemplo, un hidrocarburo como el metano. El medio acuoso es, por ejemplo, el medio marino, lacustre o hidrotérmico. Más generalmente, el medio de extracción es un medio líquido, por ejemplo un condensado de hidrocarburo. La extracción puede realizarse en pequeña cantidad, por ejemplo con fines de mediciones, o en grandes cantidades, con vistas a explotar o almacenar el gas extraído.
A continuación, la verticalidad se define por la dirección del campo de la pesadez G. Por tanto, el campo de la pesadez apunta hacia el fondo o la parte inferior, apuntando el sentido inverso hacia arriba o la parte superior.
El dispositivo 1 de extracción incluye un depósito 11 de disolvente, un canal 12 de admisión de agua, un recinto tubular 13 de mezcla del disolvente con el agua, un módulo 14 de puesta en circulación del disolvente, un módulo 15 de puesta en circulación del agua, un decantador 16, un elemento 17 de mantenimiento de la verticalidad.
El depósito 11 de disolvente está diseñado para contener un disolvente S adaptado para solubilizar el gas disuelto en el medio acuoso. El depósito está dimensionado de manera que contiene una cantidad de disolvente adaptada para absorber la cantidad de gas que va a extraerse. El disolvente es un fluido no miscible en el agua, por ejemplo un fluorocarbono. El disolvente se elige de manera que la solubilidad del gas en el disolvente es superior a la del gas en el líquido, por ejemplo diez veces superior. La solubilización del gas en el disolvente debe ser rápida, preferiblemente la solubilización es efectiva en unos segundos.
El canal 12 de admisión de agua está diseñado para admitir agua Eg del medio acuoso cargada con gases disueltos. Según diferentes variantes:
- el agua Eg pasa directamente del medio acuoso al canal de admisión; o
- el agua Eg muestreada del medio acuoso se somete a tratamientos como, por ejemplo, una filtración, antes de pasar al canal de admisión; o incluso
- el agua Eg se almacena de manera transitoria antes de pasar al canal de admisión; o finalmente
- el agua Eg se almacena antes o después de un tratamiento de manera transitoria y, a continuación, pasa al canal de admisión.
El recinto tubular 13 se extiende según una dirección principal de longitud L y presenta una sección transversal de superficie A de manera ortogonal a la dirección principal. La sección transversal está, por ejemplo, en forma de círculo, de cuadrado o cualquier otro polígono. El recinto 13 se atraviesa de un extremo a otro por una mezcla del disolvente procedente del depósito con el agua procedente del canal de admisión. La mezcla así formada es heterogénea en la medida en que el disolvente S no es miscible con el agua Eg. Dicho de otro modo, la mezcla incluye una primera fase formada por el disolvente y una segunda fase formada por el agua Eg. La transferencia del gas del agua Eg hacia el disolvente S se opera en el recinto 13 por contacto directo entre el agua Eg y el disolvente S. La transferencia se ve favorecida por el aumento de la superficie de contacto entre el agua y el disolvente, es decir entre la primera fase y la segunda fase. La superficie de contacto es tanto más grande cuanto que las dos fases presentan un bajo espesor y extensión. De este modo, un tubo que presenta una sección de baja superficie A y de gran longitud L favorece la transferencia del gas del agua hacia el disolvente. Por ejemplo, la transferencia se ve favorecida para una razón L/A superior a 100 mm-1, y preferiblemente superior a 1000 mm-1, aún mejor superior a 2000 mm-1. El recinto 13 es, por ejemplo, un tubo de teflón de una longitud de 1 metro y de un diámetro de 0,8 milímetros (mm).
Por otro lado, un aumento del tiempo de contacto entre el agua y el disolvente tiende a aumentar la transferencia de gas del agua hacia el disolvente. Ahora bien, al inyectarse el disolvente en el recinto con un caudal Qs y al inyectarse el agua en el recinto con un caudal Qe, la duración de atravesar el recinto tubular por el disolvente viene dada por la relación (LxA)/Qs y la duración de atravesar el recinto tubular por el agua viene dada por la relación (LxA)/Qe. Por consiguiente, el aumento de las razones (LxA)/Qs y (LxA)/Qe favorece la transferencia del gas del agua hacia el disolvente. Por ejemplo, la transferencia se ve favorecida para una razón (LxA)/Qs superior a 60 segundos (s) y una razón (LxA)/Qe superior a 30 segundos (s).
Según una variante no representada, el recinto 13 incluye asperezas en su interior o contiene objetos macizos, por ejemplo pequeñas bolas, que modifican las características del fluido que lo atraviesa de manera que se aumenta la superficie de contacto entre el agua y el disolvente. Esta variante permite en particular desprenderse de las restricciones de las razones L/A, (LxA)/Qs y (LxA)/Qe.
El módulo 14 de puesta en circulación del disolvente incluye una primera conexión 141 con el depósito 11 y una segunda conexión 142 con el recinto 13. El módulo 14 de puesta en circulación del disolvente aspira el disolvente S del depósito 11 por la primera conexión 141 e inyecta el disolvente S en el recinto 13 por la segunda conexión 142. El módulo 14 de puesta en circulación del disolvente es, por ejemplo, una bomba o un conjunto que incluye un conducto flexible y un módulo de sujeción que permite propulsar un fluido de un extremo a otro del conducto flexible sujetando progresivamente el conducto flexible de un extremo a otro.
El módulo 15 de puesta en circulación del agua incluye una primera conexión 151 con el canal 12 de admisión y una segunda conexión 152 con el recinto 13. El módulo 15 de puesta en circulación del agua aspira el agua Eg del canal 12 de admisión por la primera conexión 151 e inyecta el agua Eg en el recinto 13 por la segunda conexión 152. El módulo 15 de puesta en circulación del agua es, por ejemplo, una bomba o un conjunto que incluye un conducto flexible y un módulo de sujeción que permite propulsar un fluido de un extremo a otro del conducto flexible sujetando progresivamente el conducto flexible de un extremo a otro.
El decantador 16 está dispuesto para recibir por una entrada 160 la mezcla del disolvente S con el agua Eg y después para permitir la separación por gravedad de la mezcla en dos fases, entre ellas una primera fase más densa situada en el fondo del decantador y una segunda fase más ligera situada en la superficie del decantador, evacuándose a continuación la primera fase por una primera evacuación 161 en el fondo del decantador y evacuándose la segunda fase por una segunda evacuación 162 situada por encima de la primera evacuación y destinada a estar por encima de la separación entre las dos fases. En el ejemplo representado, el disolvente presenta una densidad más importante que el agua, por consiguiente, el disolvente Sg enriquecido en gas se evacua por la primera evacuación 161 y el agua E empobrecida en gas se evacua por la segunda evacuación 162. En una variante, si el disolvente presenta una densidad más baja que el líquido del medio, la primera evacuación 161 permite evacuar el líquido y la segunda evacuación 162 permite evacuar el disolvente.
En el ejemplo de la figura 1, el decantador 16 incluye una cara superior 163 y la segunda evacuación está colocada de manera que es tangente a la cara superior 163 del decantador 16. Los caudales Qs y Qe están adaptados de manera que se mantiene la superficie de separación de las fases entre la primera evacuación 161 y la segunda evacuación 162. Para funcionar, el decantador debe mantenerse en vertical a pesar de las turbulencias del medio acuoso en donde se encuentra el dispositivo 1 de extracción.
El elemento 17 de mantenimiento de la verticalidad asegura el mantenimiento de la verticalidad del decantador 16. El elemento de mantenimiento de la verticalidad incluye, por ejemplo, un brazo 171 unido de manera solidaria con el decantador 16 y terminado por un peso 172 dispuesto de manera que el brazo 171 esté en paralelo a la dirección vertical del decantador. El peso mantiene el brazo 171, y por tanto la dirección vertical del decantador, alineados con el campo de la pesadez.
Según un modo de realización de la invención no representado, el dispositivo de extracción está dimensionado para extraer cantidades importantes de gases presentes en el fondo marino con vistas a explotar o almacenar el gas, por ejemplo para constituir reservas energéticas de hidrocarburo o eliminar de este medio compuestos químicos que favorecen el calentamiento climático. En este caso, el gas disuelto en el disolvente se recupera, por ejemplo, durante una desgasificación en superficie, resultando la desgasificación de la disminución de la solubilidad del gas en el disolvente a medida que disminuye la presión durante la subida a la superficie. El disolvente, una vez extraído el gas, puede o bien volver a emplearse directamente en el proceso, o bien almacenarse con vistas a reciclarse o evacuarse.
Según un primer modo de realización de la invención, el dispositivo 1 de extracción está asociado con un dispositivo 2 de medición de la concentración de gases representado en la figura 2 para formar un aparato de medición. El dispositivo 2 de medición de la concentración de gases incluye una célula 21 de medición adaptada a la presión hidrostática y destinada a recibir el disolvente Sg enriquecido en gas procedente del decantador 16 del dispositivo 1 de extracción para efectuar una medición de la concentración de gases en este disolvente Sg. El dispositivo 2 de medición de la concentración de gases incluye además un módulo 22 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas, un compartimento estanco 20 mantenido a presión atmosférica que incluye componentes electrónicos u ópticos sensibles a la presión hidrostática y una interfaz 200 mecánica u optomecánica que separa la célula 21 de medición a presión hidrostática del compartimento estanco 20 mantenido a presión atmosférica.
El módulo 22 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas incluye una primera conexión 221 con el dispositivo 1 de extracción y una segunda conexión 222 con la célula 21 de medición. El módulo 22 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas aspira el disolvente Sg enriquecido en gas del dispositivo 1 de extracción por la primera conexión 221 e inyecta el disolvente Sg enriquecido en gas en la célula 21 de medición por la segunda conexión 222. El módulo 22 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas es, por ejemplo, una bomba, un cilindro hidráulico que incluye un pistón, una jeringa o un conjunto que incluye un conducto flexible y un módulo de sujeción que permite propulsar un fluido de un extremo a otro del conducto flexible sujetando progresivamente el conducto flexible de un extremo a otro.
En la célula 21 de medición, el disolvente Sg enriquecido en gas se expone a una radiación o se pone en contacto con un componente sensible al contenido en gas. Es decir que la radiación o el componente presenta una propiedad física, química o mecánica que varía en función del contenido en gas. El dispositivo 2 de medición incluye además medios de cuantificación de las variaciones de la propiedad física, química o mecánica afectada por el contenido en gas. El dispositivo 2 también incluye medios de calibración que permiten correlacionar las variaciones de dicha propiedad con el contenido en gas con el fin de permitir al dispositivo 2 de medición proporcionar una medición del contenido en gas. El componente es, por ejemplo, un compuesto con efecto de superficie o un microsistema electromecánico.
Según un segundo modo de realización de la invención, el dispositivo 1 de extracción está asociado con un dispositivo 3 de medición óptico de la concentración de gases que funciona en transmisión representado en la figura 3 para formar un aparato de medición. El dispositivo 3 de medición de la concentración de gases incluye una célula 31 de medición adaptada a la presión hidrostática y destinada a recibir el disolvente Sg enriquecido en gas procedente del decantador 16 del dispositivo 1 de extracción para efectuar una medición de la concentración de gases en este disolvente Sg. El dispositivo 3 de medición óptico de la concentración de gases incluye además un módulo 32 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas, un primer compartimento estanco 301 y un segundo compartimento estanco 302 colocados a ambos lados de la célula 32 de medición y mantenidos a presión atmosférica que incluyen componentes electrónicos u ópticos sensibles a la presión hidrostática y dos interfaces optomecánicas 300 que separan la célula 31 de medición a presión hidrostática respectivamente del primer compartimento estanco 301 y del segundo compartimento estanco 302.
El módulo 32 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas incluye una primera conexión 321 con el dispositivo 1 de extracción y una segunda conexión 322 con la célula 31 de medición. El módulo 32 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas aspira el disolvente Sg enriquecido en gas del dispositivo 1 de extracción por la primera conexión 321 e inyecta el disolvente Sg enriquecido en gas en la célula 31 de medición por la segunda conexión 322. El módulo 32 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas es, por ejemplo, una bomba, un cilindro hidráulico que incluye un pistón, una jeringa o un conjunto que incluye un conducto flexible y un módulo de sujeción que permite propulsar un fluido de un extremo a otro del conducto flexible sujetando progresivamente el conducto flexible de un extremo a otro.
En la célula 31 de medición, el disolvente Sg enriquecido en gas está expuesto a un haz l luminoso inicial emitido por una fuente luminosa 33 colocada en el primer compartimento estanco 301, siendo el haz l luminoso inicial sensible al contenido en gas. La fuente luminosa 33 está orientada de manera que el haz luminoso inicial atraviesa la célula de medición desde el primer compartimento estanco 301 hacia el segundo compartimento estanco 302. El dispositivo 3 de medición óptico de la concentración de gases también incluye un medio 34 de medición de la intensidad luminosa colocado en el segundo compartimento estanco 302. El medio 34 de medición de la intensidad luminosa mide la intensidad del haz luminoso que ha atravesado la célula de medición, correlacionándose la intensidad luminosa de este modo medida al contenido en gas.
Según un tercer modo de realización de la invención, el dispositivo 1 de extracción está asociado con un dispositivo 4 de medición óptico de la concentración de gases que funciona en reflexión representado en la figura 4 para formar un aparato de medición. El dispositivo 4 de medición de la concentración de gases incluye una célula 41 de medición adaptada a la presión hidrostática y destinada a recibir el disolvente Sg enriquecido en gas procedente del decantador 16 del dispositivo 1 de extracción para efectuar una medición de la concentración de gases en este disolvente Sg. El dispositivo 4 de medición óptico de la concentración de gases incluye además un espejo 45 colocado en una cara de la célula 41 de medición, un módulo 42 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas, un compartimento estanco 40 opuesto al espejo 45 con respecto a la célula 41 de medición y mantenido a presión atmosférica que incluye componentes electrónicos u ópticos sensibles a la presión hidrostática y una interfaz optomecánica 400 que separa célula 41 de medición a presión hidrostática del compartimento estanco 40.
El módulo 42 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas incluye una primera conexión 421 con el dispositivo 1 de extracción y una segunda conexión 422 con la célula 41 de medición. El módulo 42 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas aspira el disolvente Sg enriquecido en gas del dispositivo 1 de extracción por la primera conexión 421 e inyecta el disolvente Sg enriquecido en gas en la célula 41 de medición por la segunda conexión 422. El módulo 42 de puesta en circulación del disolvente Sg enriquecido en gas es, por ejemplo, una bomba, un cilindro hidráulico que incluye un pistón, una jeringa o un conjunto que incluye un conducto flexible y un módulo de sujeción que permite propulsar un fluido de un extremo a otro del conducto flexible sujetando progresivamente el conducto flexible de un extremo a otro.
En la célula 41 de medición, el disolvente Sg enriquecido en gas está expuesto a un haz l luminoso inicial emitido por una fuente luminosa 43 colocada en el compartimento estanco 40, siendo el haz l luminoso inicial sensible al contenido en gas. La fuente luminosa 43 está orientada de manera que el haz luminoso inicial atraviesa la célula 41 de medición y se refleje por el espejo 45 en un haz R luminoso reflejado. El haz R luminoso reflejado atraviesa la célula 41 de medición y después penetra en el compartimento estanco 40. El dispositivo 4 de medición óptico de la concentración de gases también incluye un medio 44 de medición de la intensidad luminosa colocado en el compartimento estanco 40. El medio 44 de medición de la intensidad luminosa mide la intensidad del haz luminoso reflejado que ha atravesado la célula de medición, correlacionándose la intensidad luminosa de este modo medida al contenido en gas.
En los modos de realización anteriormente descritos, la fuente luminosa es, por ejemplo, una fuente de luz infrarroja. El gas cuya concentración se mide es, por ejemplo, metano o dióxido de carbono. Por otro lado, después de haber atravesado la célula de medición, el disolvente se almacena con vistas a reciclarse o evacuarse.
En una variante, la medición de concentración se realiza por reflexión o por difusión de la radiación infrarroja. También es posible una medición por difusión de Raman.
También es posible el uso de una fuente distinta de infrarrojos, por ejemplo una fuente que incluye un láser de impulsos que excita componentes no lineales que vuelven a emitir a longitudes de onda diferentes de la radiación de excitador.
En la figura 5 se representa parcialmente una realización de un dispositivo 5 de medición óptico según el tercer modo de realización. El dispositivo 5 de medición óptico incluye un compartimento estanco 50, una célula 51 de medición protegida por una cubierta 58 que incluye un líquido inerte en equipresión, una interfaz optomecánica 500 que separa el compartimento estanco del medio H a presión hidrostática, presentando concretamente la interfaz un portillo transparente 501 en el rango infrarrojo que asegura la separación entre el compartimento estanco 50 a presión atmosférica y la célula 51 de medición a presión hidrostática. La célula 51 incluye un conducto de alimentación de disolvente cuyo contenido en gas debe medirse y un conducto de evacuación del disolvente que permite dirigir el disolvente entre el exterior de la cubierta 58 y la célula (no representadas). La célula es estanca con respecto al líquido inerte contenido en la cubierta 58. El líquido inerte se mantiene en equipresión gracias al equilibrado de la presión entre el exterior y el interior de la cubierta por medio de una zona deformable o de una reserva de líquido integrada en la cubierta. El dispositivo 5 también incluye un primer espejo 55 colocado en una cara de la célula 51 de medición opuesta al portillo 501 con respecto a la célula 51. El dispositivo 5 de medición óptico incluye además un sistema óptico colocado en el compartimento estanco 50. El sistema óptico incluye una fuente luminosa 53 que emite un haz l luminoso inicial. El haz inicial I atraviesa una lente 591 de colimación y después un diafragma 592 antes de separarse en un haz Bi de referencia inicial y un haz M de medición por una lámina 56 de separación. A continuación se refleja el haz Bi de referencia inicial en un haz Br de referencia reflejado por un segundo espejo en dirección a la lámina 56 de separación. En cuanto al haz M de medición, atraviesa un obturador 593, después el portillo 501 antes de atravesar la célula 51 de medición y de reflejarse por el primer espejo 55 en un haz reflejado R. El haz reflejado R atraviesa el obturador 593 antes de alcanzar la lámina 56 de separación para recombinarse con el haz Br de referencia reflejado para formar un haz combinado C. A continuación se refleja el haz combinado C por un tercer espejo 594 en dirección a un filtro óptico 595 antes de atravesar una lente 596 de enfoque y de interceptarse por un medio 54 de medición de la intensidad luminosa. El obturador presenta un estado cerrado en donde interrumpe el haz de medición antes de que el haz alcance la célula de medición y un estado abierto en donde el haz de medición atraviesa la célula de medición. El registro de una medición de intensidad luminosa con el obturador en el estado cerrado permite restar la intensidad del haz de referencia de la intensidad del haz combinado con el fin de obtener una medición de intensidad por el medio 54 de medición que depende directamente de la concentración de gases y eliminar todas las otras variaciones que puedan perturbar la medición, concretamente la variación de intensidad de la fuente luminosa. Una calibración también permite hacer fiable la medición de intensidad.
La figura 6 representa un dispositivo 6 de medición óptico según la realización de la figura 5. El dispositivo 6 de medición incluye un compartimento estanco (no representado) en forma de cilindro cerrado por una primera tapa 601 en un primer extremo del cilindro y por una segunda tapa 602 en un segundo extremo del cilindro. El compartimento estanco incluye un sistema óptico 690 que comprende concretamente una fuente luminosa 63 que emite en el rango infrarrojo. El compartimento estanco incluye además un soporte 697 para una tarjeta electrónica usada en particular para el tratamiento de los datos de medición. En una cara exterior de la primera tapa 601 está montada la célula 61 de medición equipada con un espejo 65. El compartimento estanco está destinado a mantenerse a la presión atmosférica mientras que la célula 61 de medición está a presión hidrostática. La célula 61 de medición está protegida por una cubierta 68 que incluye un líquido inerte en equipresión. También hay dos conectores eléctricos 699 montados en la primera tapa 601 para alimentar los componentes eléctricos del dispositivo 6 de medición.
La figura 7 representa una vista en perspectiva de un aparato 7 de medición in situ según un modo de realización de la invención. El aparato 7 de medición incluye un dispositivo 71 de extracción, un dispositivo 6 de medición según el descrito en la figura 6 y cuya cubierta 68 que protege la célula 61 de medición es visible. El aparato 7 de medición incluye además un altímetro 72, una caja 73 de alimentación de energía, una caja 74 de control que incluye los ordenadores incorporados, un conjunto 75 de sensores de temperatura, de presión y de conductividad, frascos 76 de muestreo y una roseta 77 que gestiona las aperturas y cierres de los frascos 76 de muestreo. El aparato 7 de medición está destinado a amarrarse a un buque en la superficie para efectuar mediciones y muestreos en la columna de agua entre la superficie y el fondo del mar.
Claims (6)
1. Aparato de medición in situ de la concentración de gases en entorno acuático y a presión hidrostática que incluye:
-un dispositivo (1) de extracción de gases disueltos en medio líquido, incluyendo el dispositivo (1) de extracción:
-un depósito (11) destinado a recibir un disolvente no miscible en el líquido,
-un canal (12) de admisión de líquido del medio líquido,
-un módulo (14, 15) de puesta en circulación del disolvente y del líquido,
-y un dispositivo (2, 3, 4, 5, 6) de medición de la concentración de gases disueltos en el disolvente;
estando el aparato de medicióncaracterizado por queel dispositivo (1) de extracción incluye además:
un recinto tubular (13) destinado a atravesarse de un extremo a otro por una mezcla del disolvente procedente del depósito (11) con el líquido procedente del canal (12) de admisión para una transferencia del gas del líquido hacia el disolvente,
-un decantador (16) dispuesto para recibir, por una entrada (160), la mezcla del disolvente con el líquido y después para permitir la separación por gravedad de la mezcla en dos fases, entre ellas una primera fase más densa, que contiene el disolvente enriquecido en gas, situada en el fondo del decantador y una segunda fase más ligera, que comprende el líquido empobrecido en gas, situada en la superficie del decantador, evacuándose a continuación la primera fase por una primera evacuación (161) y evacuándose la segunda fase por una segunda evacuación (162) situada por encima de la primera evacuación,
-y un elemento (17) de mantenimiento de la verticalidad que incluye un brazo (171) unido de manera solidaria con el decantador (16) y terminado por el peso (172) dispuesto de manera que el brazo (171) esté en paralelo a la dirección vertical del decantador,
por queel dispositivo de medición es un dispositivo (3, 4, 5, 6) de medición óptica que incluye:
-una célula (31, 41, 51,61) de medición,
-un módulo (32, 42) de puesta en circulación del disolvente enriquecido en gas que inyecta disolvente procedente del decantador (16) en la célula (31, 41, 51,61) de medición, -una fuente luminosa (33, 43, 53, 63) que emite un haz luminoso inicial y orientada de manera que el haz luminoso inicial atraviesa la célula (31,41, 51, 61) de medición,
-un medio (34, 44, 54) de medición de la intensidad luminosa que mide la intensidad del haz luminoso que ha atravesado la célula (31, 41, 51, 61) de medición,
y por quecomprende además un compartimento estanco (20, 301, 302, 40, 50) mantenido a presión atmosférica que incluye componentes electrónicos u ópticos sensibles a la presión hidrostática.
2. Aparato de medición según la reivindicación 1,caracterizado por queel módulo de puesta en circulación del disolvente y del líquido incluye:
-un módulo (14) de puesta en circulación del disolvente que incluye una primera conexión (141) con el depósito (11) y una segunda conexión (142) con el recinto (13), aspirando el módulo (14) de puesta en circulación del disolvente el disolvente del depósito (11) por la primera conexión (141) e inyectando el disolvente en el recinto (13) por la segunda conexión (142), -un módulo (15) de puesta en circulación del líquido que incluye una primera conexión (151) con el canal (12) de admisión y una segunda conexión (152) con el recinto (13), aspirando el módulo (15) de puesta en circulación del líquido el líquido del canal (12) de admisión por la primera conexión (151) e inyectando el líquido en el recinto (13) por la segunda conexión (152).
3. Aparato de medición según la reivindicación 1 o 2,caracterizado por queel recinto tubular se extiende según una longitud L y presenta una sección transversal de superficie A, siendo la razón L/A superior a 100 mm-1, y preferiblemente superior a 1000 mm-1, aún mejor superior a 2000 m irr1.
4. Aparato de medición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel módulo (14, 15) de puesta en circulación del disolvente y del líquido incluye una bomba.
5. Aparato de medición según la reivindicación 1,caracterizado por quela fuente luminosa (33, 43, 53, 63) es una fuente de infrarrojos.
6. Aparato de medición según la reivindicación 1,caracterizado por queel dispositivo (1) de medición incluye además:
-una lámina (56) de separación aguas arriba de la célula (51) de medición que divide el haz luminoso inicial en un haz de medición que atraviesa la célula (51) de medición y un haz de referencia inicial que no atraviesa la célula (51) de medición;
-un primer espejo (55) aguas abajo de la célula (51) de medición que refleja el haz de medición en un haz reflejado en dirección a la lámina (56) de separación;
-un obturador (593) que presenta un estado cerrado en donde interrumpe el haz de medición antes de que el haz alcance la célula (51) de medición y un estado abierto en donde el haz de medición atraviesa la célula (51) de medición; y
-un segundo espejo (57) que refleja el haz de referencia inicial en dirección a la lámina (56) de separación de manera que la lámina (56) de separación combina el haz reflejado con el haz de referencia reflejado en un haz combinado cuya intensidad luminosa se mide a continuación por el medio (54) de medición.
Procedimiento de extracción en entorno acuático y a presión hidrostática en profundidad de gases disueltos en el entorno acuático con un aparato de medición según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por queel procedimiento de extracción incluye las siguientes etapas:
-una admisión de líquido del medio líquido,
-una puesta en circulación del líquido y de un disolvente,
-una mezcla del disolvente con el líquido para una transferencia del gas del líquido hacia el disolvente,
-un sistema de decantación en posición vertical para permitir la separación por gravedad de la mezcla en dos fases, una que contiene el disolvente enriquecido en gas y otra que comprende el líquido empobrecido en gas, entre ellas una primera fase más densa situada en el fondo y una segunda fase más ligera situada en la superficie.
Procedimiento de extracción según la reivindicación anterior,caracterizado por queel disolvente se inyecta en el recinto con un caudal Qs y el líquido se inyecta en el recinto con un caudal Qe, siendo la razón (LxA)/Qs superior a 100 y siendo la razón (LxA)/Qe superior a 100.
Procedimiento de extracción según la reivindicación 8 o 7,caracterizado por queel disolvente es un producto inerte tal como un fluorocarbono.
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