ES2277509B1 - Desaladoras de osmosis inversa independientes conectadas energicamente. - Google Patents
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Abstract
Desaladoras de ósmosis inversa independientes conectadas energéticamente y que utilizan la salmuera producida en cada desaladora para impulsar el flujo de alimentación de la siguiente unidad desaladora mediante el empleo de sistemas de recuperación de energía. El fluido de alimentación es impulsado por una bomba hasta la primera unidad de desalación produciendo agua desalada y salmuera que es conducida al primer sistema de recuperación de energía al que llega un conducto con agua de alimentación y sale otro conducto que conduce este agua impulsada por sistema de recuperación a la segunda unidad de desalación. Esta segunda unidad produce agua desalada y salmuera que es conducida al segundo sistema de recuperación de energía para impulsar el agua de alimentación hasta una bomba que eleva la presión la misma presión que la primera bomba para alimentar a la primera unidad de desalación.
Description
Desaladoras de ósmosis inversa independientes
conectadas energéticamente.
La presente invención se encuadra dentro del
campo de la desalación de agua por el método de ósmosis
inversa.
La desalación de agua por el método de ósmosis
inversa es un proceso donde, a partir de un agua con un determinado
contenido en sales, se obtienen dos flujos de agua, una con bajo
contenido en sales y otra con alto contenido en sales.
Es este proceso se emplean membranas
semipermeables, que permiten el paso del agua y no permiten el paso
de las sales o lo permiten en pequeña proporción.
Para que se produzca el paso de agua a través de
la membrana semipermeable es necesario que el agua a desalar, de
alimentación, se encuentre a una presión superior a su presión
osmótica, para lo que se emplean bombas de alta presión que
impulsan esta agua hacia el proceso con membranas.
La solución con alto contenido en sales, de
desecho, se encuentra a alta presión, por lo que las instalaciones
de desalación suelen disponer de sistemas de recuperación de esta
energía, que se traslada o se entrega al flujo de alimentación.
En un proceso de desalación de agua intervienen
tres flujos de agua: uno de entrada o alimentación y dos de salida.
De estos dos de salida, uno de ellos posee una concentración de
sales inferior al que contenía la alimentación; a este se le
denomina agua desalada o producto.
El otro flujo de salida posee una concentración
de sales superior al que contenía alimentación, por lo que se
denomina concentrado, salmuera o rechazo.
En el caso de que la desalación se realice por
el proceso de ósmosis inversa, al producto también se le denomina
permeado. Esta denominación proviene del hecho de que la desalación,
este caso, se produce mediante membranas semipermeables, en las que
el agua que atraviesa o permea a través de la membrana es el
producto, con un contenido bajo en sales, mientras que el flujo de
alimentación, que no atraviesa la membrana, se va quedando con las
sales que no pasan a través de aquella, aumentando su
concentración, que saldrá del proceso como concentrado, salmuera o
rechazo.
Para la desalación por ósmosis inversa se
utilizan membranas comerciales, cuya forma física exterior más común
es cilíndrica, atravesada centralmente por el tubo de permeado. Las
membranas que se emplean en la mayor parte de las instalaciones
desaladoras comerciales se fabrican con superficies útiles entre
300 y 400 pies cuadrados de membrana semipermeable, teniendo, el
cilindro, unas dimensiones de 8 pulgadas de diámetro y 40 pulgadas
de longitud (1 metro).
Estas membranas se colocan dentro de un
recipiente cilíndrico, resistente a las altas presiones a las que
se realiza el proceso, cuyo diámetro interior se ajusta al de la
membrana. A este recipiente se le denomina tubo o caja de
presión.
El tubo de presión está provisto en ambos
extremos de tapas, también, resistentes a la presión de
trabajo.
Las tapas poseen tanto las conexiones a las
tuberías exteriores como a las membranas. Aunque a veces, algunas
conexiones exteriores parten de los extremos del tubo de presión y
no de las tapas.
Las conexiones entre las tapas y las membranas
se realizan mediante piezas tubulares provistas de juntas tóricas
que se acoplan al tubo central de permeado de la membrana.
Asimismo, se pueden acoplar dos y más membranas,
por sus tubos centrales de permeado, mediante piezas tubulares
estancas.
Los tubos de presión se fabrican con capacidad
para contener desde 1 sola membrana hasta 8 membranas acopladas
entre ellas.
La capacidad de producción de una membrana está
directamente relacionada con su superficie útil (300 a 400 pies
cuadrados). Poniendo más membranas en un mismo tubo se consigue
producir más agua permeada, sin aumentar el caudal de
alimentación.
Se define como factor de conversión al cociente
entre los caudales de agua desalada y de agua de alimentación. Por
lo antes mencionado, se puede entender que utilizando tubos de
presión con capacidad para más membranas se puede conseguir un
mayor factor de conversión; se obtendría un mayor rendimiento del
agua de alimentación.
En resumen, a medida que aumenta el número de
membranas dentro de un tubo de presión aumenta el factor de
conversión, logrando una mayor producción a partir de una cierta
cantidad de agua de alimentación.
Aparte de la superficie disponible, la capacidad
de producción de agua desalada de una membrana es función directa
de la diferencia entre la presión hidráulica del fluido y su
presión osmótica.
Por esto, en un tubo de presión con varias
membranas, la presión hidráulica del fluido es máxima a la entrada
al tubo de presión y va disminuyendo por rozamiento y porque se
deriva parte del agua hacia el permeado. Sin embargo, la presión
osmótica de este mismo fluido es mínima a la entrada y va aumentando
debido a que se va concentrarlo en las sales que deja el agua que
ha permeado a través de la membrana. Consecuentemente, la máxima
productividad se logra al principio del tubo de presión, para ir
disminuyendo a medida que el fluido se desplaza a través de él, o
sea, la primera membrana siempre tiene una producción. por unidad
de superficie superior a las restantes.
Por razones hidráulicas, está limitada la
cantidad de agua que se puede introducir en un tubo de presión, por
lo que está limitada el agua de alimentación.
Si se quiere tratar una cantidad superior a ese
límite, se conectan varios tubos de presión iguales en paralelo
mediante colectores tanto de alimentación como de concentrado y de
producto.
A todo este conjunto de tubos de presión
conectados en paralelo mediante colectores se le llama una
etapa.
Al igual que el agua de alimentación que se
puede introducir en un tubo de presión está limitado a un caudal
máximo, el caudal de agua concentrada está limitado a un mínimo,
debido a que éste, además de llevar un mayor contenido en sales,
tiene que arrastrar y llevarse los sólidos en suspensión que
entraron con el agua de alimentación.
Por lo tanto, lo largo del tubo de presión, a
medida que se va produciendo agua permeada, va disminuyendo el
caudal en el lado de alimentación-
rechazo, siendo necesario diseñar para que el flujo de concentrado nunca llegue a ser tan bajo que pase de tipo turbulento a tipo laminar; a no ser que el agua de alimentación carezca de sólidos en suspensión. El límite inferior de caudal de concentrado por tubo de presión estará en función del contenido en sólidos en suspensión del agua de alimentación. Esto no sólo depende de la calidad del agua bruta sino de la calidad del pretratamiento de la instalación desaladora.
rechazo, siendo necesario diseñar para que el flujo de concentrado nunca llegue a ser tan bajo que pase de tipo turbulento a tipo laminar; a no ser que el agua de alimentación carezca de sólidos en suspensión. El límite inferior de caudal de concentrado por tubo de presión estará en función del contenido en sólidos en suspensión del agua de alimentación. Esto no sólo depende de la calidad del agua bruta sino de la calidad del pretratamiento de la instalación desaladora.
Debido a lo anteriormente expuesto es por lo que
no existen tubos de presión con mayor capacidad que para 8
membranas.
Sin embargo, cuando con una etapa, el agua
concentrada aún es apta para producir más agua desalada, debido a
su contenido en sales, es necesario añadir otra etapa, consistente
en otros tubos de presión conectados en paralelo mediante
colectores.
Dicho de otra forma, para aumentar el factor de
conversión de una planta, aparte de la solución de insertar mayor
número de membranas por tubo de presión, existe la solución de
configurar la planta en varias etapas. Esto es, el rechazo de una
etapa sería la alimentación de otra etapa, constituyendo la
configuración de dos etapas.
El número de tubos de presión de la segunda
etapa debe ser inferior al de la primera, de forma que también en
esta etapa el caudal de concentrado sea superior al mínimo
permitido, sin que el caudal de alimentación por tubo supere su
máximo.
El diseño en varias etapas tiene el objetivo de
mantener el caudal de rechazo alto, para ello, antes de que este
llegue a ser peligrosamente bajo, se unen los caudales de diversos
tubos en un colector y se vuelven a introducir en un número
inferior de tubos de presión, aumentando así el caudal
unitario.
Así, se instalarán tantas etapas como sean
necesarias hasta que el agua concentrada esté en el límite de
saturación de algunas de las sales contenidas.
Las etapas se pueden conectar directamente desde
el colector de concentrado de una al de alimentación de la
siguiente o se pueden interponer bombas que aumenten la presión del
fluido de alimentación para superar tanto las pérdidas de carga por
rozamiento como el aumento de presión osmótica del agua a medida
que se concentra en sales.
En el caso de que se inserten bombas entre las
etapas, de forma que se incremente la presión hidráulica del fluido
de alimentación por encima de su presión osmótica en una cantidad
similar a la entrada de cada etapa, habrá una mejor distribución de
los flujos y un mejor aprovechamiento de las membranas y de toda la
inversión.
Así se logra una producción unitaria de agua
desalada similar en todas las etapas, logrando que, por ejemplo, en
una configuración de dos etapas, con un 37% de membranas en la
segunda etapa, su contribución a la producción se acerque a dicho
valor, 37%. En la práctica, para una desatadora de agua de mar, lo
anterior significa que la bomba intermedia debe elevar la presión
hidráulica del fluido en un valor alrededor de 17 bares por encima
de la presión que tenía a la salida de la etapa anterior.
De lo contrario, en el caso de dos etapas sin
bomba intermedia, la segunda etapa tendría un rendimiento muy
inferior a la primera, de forma que conteniendo, por ejemplo,
alrededor del 37% de las membranas instaladas podría contribuir con
sólo alrededor del 22% a la producción de agua desalada de la
planta.
Por otra parte, la semipermeabilidad de las
membranas no es perfecta, permitiendo no solo el paso de agua sino
un pequeño paso de sales. Cuando el agua desalada o producto de la
instalación anterior tenga un contenido no apto para el empleo que
se le va a dar, debido a que el contenido en sales es superior al
deseado, es necesario someter esta agua desalada a un segundo
proceso de desalación, al que se denomina segundo paso.
Denominándose, por tanto, primer paso al proceso anterior,
compuesto por una o varias etapas. El segundo paso, a su vez, puede
estar compuesto por varias etapas.
En este segundo paso, como se indicó, se emplea
el agua producto del paso anterior coma agua de alimentación,
utilizándose una bomba para impulsarla al proceso.
Como novedad en esta solicitud, una desaladora
se puede diseñar de otra forma, varias unidades de desalación
hidráulicamente independientes cuya única conexión es el
aprovechamiento de la energía contenida en el concentrado de una de
ellas para impulsar el agua de alimentación de otra de ellas,
mediante un sistema de recuperación de energía, ya sea mediante
turbo-bomba o mediante el empleo de alguno de los
dispositivos de recuperación de energía de desplazamiento positivo
por el sistema de cámaras isobáricas o similar.
Hasta la fecha los dispositivos de recuperación
de energía se utilizan para la propia unidad de desalación. La
novedad está en utilizar los dispositivos de recuperación de
energía para otra unidad, en principio, independiente.
Realmente, la ventaja se produce cuando se
emplean dispositivos de recuperación de energía de desplazamiento
positivo por el sistema de cámaras isobáricas o similar, ya que el
rendimiento de estos dispositivos supera el 92%. De esta forma se
minimiza el empleo de motobombas para la impulsión de los fluidos,
cuya combinación, en los mejores de los casos, puede tener un
rendimiento del 75%.
Otra ventaja, con respecto a diseñar una sola
unidad desaladora con la capacidad total del conjunto, es la
posibilidad de poder modular la producción, funcionando con parte
de la instalación. Se puede tener la necesidad de producir menos
por diversos motivos: la demanda, averías en una parte de la
instalación, etcétera.
Una forma de aplicar la presente invención
consiste en utilizar dos unidades de desalación de una sola etapa
independientes, de tal forma que el agua salada de alimentación que
entra en el sistema de desalación es dirigida en parte a la bomba de
alta presión que envía dicho líquido al primer sistema o unidad de
desalación, y parte a dos sistemas de recuperación de energía a
través unos conductos. El dispositivo de recuperación de energía de
desplazamiento positivo puede ser un sistema de cámaras isobáricas
o similar, con las válvulas asociadas, aunque se puede usar otros
tipos de sistemas de recuperación de energía.
El agua desalada obtenida de la primera unidad
de ósmosis inversa es evacuada mientras que la salmuera es enviada
a través de un conducto al primer dispositivo de recuperación de
energía. Este dispositivo servirá para:
- \bullet
- Impulsar el agua salada de alimentación que llega directamente a este dispositivo a la segunda unidad de ósmosis inversa con la suficiente presión para producir agua desalada, no siendo necesaria la utilización de bombas de alimentación suplementarias.
- \bullet
- Evacuar la salmuera procedente de la primera unidad de desalación.
El agua desalada obtenida de la segunda unidad
de ósmosis inversa es evacuada a través de otro conducto mientras
que la salmuera producida es envida a través de otro conducto al
segundo dispositivo de recuperación de energía. De este dispositivo
se enviará el agua de alimentación a la primera unidad de
desalación y se evacuará la salmuera. Esta salmuera se encuentra a
una presión inferior a la del agua salada de alimentación a la
entrada a la primera unidad de ósmosis inversa por lo que hay que
elevar ligeramente la presión del agua salada de alimentación que
sale del dispositivo de recuperación, mediante una bomba hasta
igualar la presión de los fluidos.
Para la mejor comprensión de lo descrito en la
presente memoria se acompañan las figuras.
La figura 1 representa un diagrama de flujo
convencional de la unidad de alta presión de una desaladora de agua
por el método de ósmosis inversa en una etapa con recuperación de
la energía del concentrado mediante turbina.
La figura 2 representa un diagrama de flujo
convencional de la unidad de alta presión de una desaladora de agua
por el método de ósmosis inversa en dos etapas con recuperación de
la energía del concentrado mediante turbina, sin bomba entre
etapas.
La figura 3 representa un diagrama de flujo
convencional de la unidad de alta presión de una desaladora de agua
por el método de ósmosis inversa en dos etapas con recuperación de
la energía del concentrado mediante turbina y con bomba entre
etapas
La figura 4 representa un diagrama de flujo
convencional de la unidad de alta presión de una desaladora de agua
por el método de ósmosis inversa en una etapa con recuperación de
la energía del concentrado mediante un dispositivo de recuperación
de energía de desplazamiento positivo por el sistema de cámaras
isobáricas o similar.
La figura 5 representa el objeto de la
invención, en donde se han representado, como ejemplo, dos
desaladoras con una sola etapa, con sendos dispositivos de
recuperación de energía de desplazamiento positivo por el sistema
de cámaras isobáricas o similar, que aprovechan la energía
contenida en el concentrado de una de ellas para impulsar toda o
parte de la alimentación de la otra.
La figura 6 representa nuevamente el objeto de
la invención con las válvulas necesarias para poder modular la
producción, funcionando con parte de la instalación.
En la figura 1 se observa como el grupo
turbo-
moto-bomba (3), (2) y (1) impulsa el agua salada de alimentación suministrada por la entrada (26) hacia una unidad de ósmosis inversa (6). De dicha unidad (6) se obtiene el agua desalada, la cual se evacúa a través de un circuito (30) de agua desalada, y la salmuera, la cual es enviada a la turbina (3) a través del circuito de salmuera (28) y, posteriormente, evacuada al drenaje (27). El grupo turbo-moto-bomba (3), (2) y (1), está compuesto por la bomba de alta presión (1) de alimentación de agua salada a la unidad de ósmosis inversa (6), el motor eléctrico (2) de accionamiento de la bomba (1) y la turbina (3) de recuperación de energía de la salmuera y accionamiento conjunto de la mencionada bomba (1).
moto-bomba (3), (2) y (1) impulsa el agua salada de alimentación suministrada por la entrada (26) hacia una unidad de ósmosis inversa (6). De dicha unidad (6) se obtiene el agua desalada, la cual se evacúa a través de un circuito (30) de agua desalada, y la salmuera, la cual es enviada a la turbina (3) a través del circuito de salmuera (28) y, posteriormente, evacuada al drenaje (27). El grupo turbo-moto-bomba (3), (2) y (1), está compuesto por la bomba de alta presión (1) de alimentación de agua salada a la unidad de ósmosis inversa (6), el motor eléctrico (2) de accionamiento de la bomba (1) y la turbina (3) de recuperación de energía de la salmuera y accionamiento conjunto de la mencionada bomba (1).
A partir de la bomba de alta presión (1), en el
caso de que ésta sea de tipo centrífuga, el agua puede pasar por
una válvula de regulación (4) para ajustar la presión y el caudal a
las condiciones adecuadas para la unidad de ósmosis inversa (6). En
caso de que la bomba de alta presión (1) sea del tipo de
desplazamiento positivo (pistón) no existiría dicha válvula
(4).
Finalmente, la válvula (5), que en el caso de la
presencia de la turbina (3) sería el obturador de la tobera de
inyección del fluido sobre el rotor de la misma, es el elemento de
regulación principal para el ajuste de la presión y el caudal de
alimentación a la unidad de ósmosis inversa (6). El sistema puede
carecer de turbina (3), en cuyo caso esta válvula (5) sería una
válvula de regulación, tipo aguja o de macho.
En la figura 2 se representa un sistema similar
al de la figura 1, con la salvedad de que la desatadora posee dos
etapas de desalación por ósmosis inversas, numeradas con las cifras
(6) y (7). El agua desalada obtenida de la primera etapa de ósmosis
inversa (6) es encauzada por el circuito (30) mientras que la
salmuera es encauzada a través de un conducto (28) a una segunda
etapa de ósmosis inversa (7) de la cual nuevamente se obtiene el
agua desalada, que es evacuada a través del conducto (31), y una
salmuera, la cual se dirige a través del circuito (29) al grupo
moto bomba (3), (2) y (1) para aprovechar su energía en la turbina
(3), antes de ser evacuada por el drenaje (27).
En la figura 3 se representa un sistema similar
al de la figura 2, donde se añade una moto-bomba
intermedia (9) y (8) de alimentación a la segunda etapa, para
optimizar los flujos en el sistema, ya que la producción de agua
permeada está en función de la diferencia entre la presión
hidráulica del fluido y su presión osmótica. Para homogeneizar los
flujos esta bomba (8) debe aumentar la presión hidráulica del fluido
que entra en la segunda etapa en una cantidad similar al aumento de
su presión osmótica con respecto a la alimentación a la primera
etapa más la pérdida de carga soportada en la misma. Es decir, la
salmuera producida por la unidad de ósmosis inversa (6) es dirigida
por el conducto (28) en donde una bomba (8) aumenta la presión
hidráulica de esta salmuera que entra en la unidad de ósmosis
inversa (7) una cantidad similar al aumento de su presión osmótica
con respecto a la alimentación a la primera etapa más la pérdida de
carga soportada en la misma. La salmuera resultante de la segunda
unidad de desalación por ósmosis inversa (7) es dirigida por el
circuito (29) al grupo turbo moto bomba (3), (2) y (1) para
aprovechar su energía en la turbina (3), antes de ser evacuada por
el drenaje (27).
Para la puesta en marcha de la
moto-bomba (9) y (8) se instala una válvula
antirretorno (10) en by-pass, de forma que al
arrancar la bomba (1) y antes de hacerlo la bomba (8), el fluido
pase por la válvula (10), no infringiendo movimiento al rotor de la
bomba (8), con el consiguiente riesgo de que su motor (9) se
convierta en un generador. Al poner en marcha la bomba (8), la
válvula (10) se cierra por el aumento de presión aguas abajo.
La figura número 4 muestra como parte del agua
salada de alimentación procedente de la entrada (26) es dirigida a
la bomba de alta presión (1), y parte a un sistema de recuperación
de energía (11) a través del conducto (32). El motor eléctrico (2)
acciona la bomba (1) enviando parte del agua procedente de la
entrada (26) a la unidad de ósmosis inversa (6) de una sola etapa.
La otra parte la impulsa el sistema de recuperación de energía
(11).
El agua desalada obtenida de la unidad de
ósmosis inversa (6) es evacuada por el circuito (30) mientras que
la salmuera (28) se envía a un dispositivo de recuperación de
energía (11). El dispositivo de recuperación de energía de
desplazamiento positivo puede ser un sistema de cámaras isobáricas
o similar (11), con las válvulas asociadas (12, 13, 14 y 15). En
alguno de los dispositivos existentes han sido sustituidas todas la
válvulas por una sola corredera con varias combinaciones y en otros
dispositivos se han eliminado totalmente. Asimismo, el émbolo (16)
representado dentro del dispositivo de recuperación de energía
(11), existe en alguno de los dispositivos comerciales existentes,
pero se ha eliminado en la mayor parte de ellos. Se ha hecho la
representación más sencilla para entendimiento del método de
funcionamiento.
Finalmente, se observan la bomba booster (17) de
ayuda al dispositivo de recuperación de energía y su motor
eléctrico (18) de accionamiento.
El funcionamiento del dispositivo de
recuperación de energía (11) es como sigue. En la válvula (13) se
encuentra agua de alimentación a la presión disponible después de
haber pasado el pretratamiento, cercana a 1,5 bares. Abriendo las
válvulas (13) y (15) al mismo tiempo, el cilindro (11) se llenará
con aquella agua, desplazando el émbolo (16) hacia la derecha, es
decir, al lado de las válvulas (14) y (15). A partir de entonces se
cierran dichas válvulas (13) y (15) y se abren las válvulas (12) y
(14).
La salmuera o fluido concentrado que sale de la
unidad de ósmosis inversa (6) se encuentra a una presión
ligeramente inferior a la del fluido de alimentación a la entrada a
la unidad (6). Al abrir las válvulas (12) y (14), este fluido
concentrado entra en el cilindro (11) y empuja el émbolo (16),
comprimiendo el agua de alimentación que antes había entrado y
obligándola a salir por la válvula (12) a la misma presión del agua
concentrada. En este punto, ahora, se dispone de agua de
alimentación a una presión ligeramente inferior a la del fluido de
alimentación a la entrada a la unidad (6), por lo que solamente hay
que elevar ligeramente la presión del fluido, mediante la bomba
(17) para igualarla a la de alimentación a la unidad de ósmosis
inversa (6).
Posteriormente se inicia un nuevo ciclo,
cerrando las válvulas (12) y (14) y abriendo las válvulas (13) y
(15), y el agua de alimentación a baja presión entra desplazando el
émbolo (16) e impulsando al agua concentrada a salir al drenaje
(36) a baja presión a través de la válvula (15).
En la figura 4 se ha representado el dispositivo
de recuperación de energía con un solo cilindro (11). En la
realidad, los dispositivos comerciales disponen de al menos dos
cilindros, de forma que cuando uno de ellos está admitiendo agua de
alimentación a baja presión, el otro está entregando agua de
alimentación a alta presión.
El objeto de la invención, representado en la
figura 5, muestra un caso de dos unidades independientes de
desalación de una sola etapa (6) y (19). Esta figura es similar a
la representada en la figura 4, con la salvedad de que el
concentrado de la unidad de ósmosis inversa (6) entra en el
dispositivo recuperador (20), que alimenta a la unidad de osmosis
inversa (19), mientras que el concentrado de ésta se introduce en el
dispositivo recuperador (11), que alimenta a la unidad de ósmosis
inversa (6).
Es decir, parte del agua salada de alimentación
procedente de la entrada (26) es dirigida a la bomba de alta
presión (1), y parte a dos sistemas de recuperación de energía (11)
y (20) a través de los conductos (32) y (34). El motor eléctrico
(2) acciona la bomba (1) enviando parte del agua procedente de la
entrada (26) a la primera unidad de ósmosis inversa (6) y la otra
parte la envía el sistema de recuperación de energía (11).
El agua desalada obtenida de la primera unidad
de ósmosis inversa (6) es encauzada por el circuito (30) mientras
que la salmuera es enviada a través de un conducto (28) al
dispositivo de recuperación de energía (20). Esta salmuera llega a
la válvula (23).
Abriendo las válvulas (22) y (24) al mismo
tiempo, el cilindro (20) se llenará con el agua salada de
alimentación procedente de la entrada (26), desplazando el émbolo
(25) hacia la derecha, es decir, al lado de las válvulas (23) y
(24), evacuando a través de la válvula (24) la salmuera que se
hallaba en el interior del cilindro (20). A partir de entonces se
cierran dichas válvulas (22) y (24) y se abren las válvulas (21) y
(23).
La salmuera o fluido concentrado que sale de la
unidad de ósmosis inversa (6) se encuentra a una presión
ligeramente inferior a la del fluido de alimentación a la entrada a
la unidad (6). Al abrir las válvulas (21) y (23), este fluido
concentrado entra en el cilindro (20) y empuja el émbolo (25),
comprimiendo el agua de alimentación que antes había entrado y
obligándola a salir por la válvula (21) a la misma presión del agua
concentrada. Esta agua salada de alimentación es enviada a la
segunda unidad de desalación por ósmosis inversa (19) a través del
conducto (35) con la presión suministrada por el sistema de
recuperación (20), siendo esta la suficiente para producir agua
desalada en la segundad unidad de ósmosis inversa (19), no siendo
necesaria la utilización de bombas de alimentación suplementarias.
Por tanto, la segundad unidad de ósmosis inversa (19) está diseñada
para trabajar con una presión de trabajo inferior a la primera
unidad de ósmosis inversa (6).
El agua desalada obtenida de la segunda unidad
de ósmosis inversa (19) es evacuada a través del conducto (31)
mientras que la salmuera producida es enviada a través del conducto
(29) al dispositivo de recuperación de energía (11). Esta salmuera
se encuentra a una presión inferior a la del fluido de alimentación
a la entrada a la unidad (6). Al abrir las válvulas (12) y (14),
este fluido concentrado entra en el cilindro (11) y empuja el
émbolo (16), comprimiendo el agua de alimentación que antes había
entrado y obligándola a salir por la válvula (12) a la misma presión
del agua concentrada. Esta agua de alimentación que abandona el
dispositivo (11) está a una presión inferior a la del fluido de
alimentación a la entrada a la unidad (6), por lo que es conducida
a través del conducto (33) a la bomba (17) para igualarla a la de
alimentación a la unidad de ósmosis inversa (6). Posteriormente, se
cierran las válvulas (12) y (14) y se abren las válvulas (13) y
(15), produciéndose la evacuación de la salmuera, a través de la
válvula (15), iniciándose un nuevo ciclo, cerrando las válvulas
(12) y (14) y abriendo las válvulas (13) y (15)
En la figura 6 se han añadido las válvulas (38),
con posicionador para regulación, y de (39) a (43), necesarias para
poder sacar de servicio una de las unidades de ósmosis inversa (6)
o (19) y uno de los dispositivos recuperadores de energía (11) o
(20), quedando entonces el dispositivo de forma similar al
representado en la figura 4.
La figura 6 tendrá el sistema de trabajo
explicado para la figura 5 con las válvulas (39) y (42) cerradas y
con las válvulas (40), (41) y (43) abiertas.
Cuando se quiera sacar de servicio la unidad de
ósmosis inversa (19), manteniendo en servicio la unidad (6), se
tendrán cerradas las válvulas (39), (43) y (41) y se tendrán
abiertas las válvulas (40) y (42).
En caso de parar la unidad de ósmosis inversa
(6), manteniendo en servicio la (19), se cerrarían las válvulas
(40), (43) y (42) y se abren la (39) y la (41). En este caso,
además, habrá que regular el caudal de alimentación a la unidad de
ósmosis inversa (19) mediante la válvula de regulación con
posicionador (38) debido a que esta unidad (19) trabaja con un
caudal inferior a la unidad (6).
Aunque no ha sido representado en las figuras 5
y 6, estas instalaciones de desalación puede incluir grupos
turbo-moto-bomba (3), (2) y (1),
como lo expuestos en las figuras 1 a 3 para aprovechar a través de
la turbina (3) la energía de la salmuera y transmitirla a la
primera bomba de alta presión (1) de alimentación de agua salada
que impulsa a la unidad de ósmosis inversa (6. A su vez, en caso
que las unidades de desalación independientes cuenten con varias
etapas de desalación, éstas podrán incluir sistemas moto bombas (8)
y (9) con válvulas (10) como lo expuesto en la figura 3.
Claims (8)
1. Instalación desaladora por el método de
ósmosis inversa, caracterizada porque consiste en varias
unidades de desalación independientes (6 y 19) donde la energía
contenida en el flujo de concentrado de una de ellas (6) es
utilizada para impulsar el flujo de alimentación de la siguiente
unidad (19), mediante el empleo de sistemas de recuperación de
energía (20) y el flujo de concentrado de la última unidad (19) se
utiliza para impulsar el flujo de alimentación de la primera unidad
(6) mediante el empleo de un sistema de recuperación de energía
(11).
2. Instalación desaladora por el método de
ósmosis inversa según reivindicación 1, caracterizada por la
existencia de turbinas (3) para recuperación de energía a partir de
la evacuación de salmuera para suministro energético a la bomba (1)
de alta presión de alimentación de fluido entrante.
3. Instalación desaladora por el método de
ósmosis inversa según reivindicación 1, caracterizada porque
los dispositivos de recuperación de energía (11 y 20) utilizados
para impulsar el flujo de alimentación de la siguiente unidad son
dispositivos de desplazamiento positivo basados en sistemas de
cámaras isobáricas o similar.
4. Instalación desaladora por el método de
ósmosis inversa según reivindicación 1, caracterizada porque
las unidades de desalación están compuestas por una o varias etapas
de desalación.
5. Instalación desaladora por el método de
ósmosis inversa según reivindicación 4, caracterizada porque
las unidades de desalación que están compuestas varias etapas
poseen dispositivos de moto bombas intermedias (8) y (9) con
válvulas (10) anti-retorno en paralelo a la
bomba.
6. Instalación desaladora por el método de
ósmosis inversa según reivindicación 1, 2, 3, 4 y 5
caracterizada porque consiste en una entrada (26) de fluido
de alimentación, una bomba (1) de alta presión que impulsa parte del
fluido de alimentación hasta la primera unidad de desalación por
ósmosis inversa (6), un conducto (30) que recoge el agua desalada
producida por la unidad (6), un conducto (28) que recoge la
salmuera producida por la primera unidad de desalación (6) y la
dirige al primer sistema de recuperación de energía (20) al cual
llega un conducto (34) con parte del agua de alimentación,
procedente de la entrada (26), y sale otro conducto (35) que conduce
el agua de alimentación impulsada por sistema de recuperación de
energía (20) a la segunda unidad de desalación (19), un conducto
(31) que recoge el agua desalada producida por la unidad (19) y
otro un conducto (29) que dirige la salmuera producida por la
segunda unidad de desalación (19) al segundo sistema de
recuperación de energía (11) al que llega un conducto (32) con
parte del fluido de alimentación procedente de la entrada (26) y del
que sale otro conducto (33) con el agua de alimentación impulsada
por el sistema de recuperación (11) hasta una bomba (17) que eleva
la presión de este fluido de alimentación a la misma presión que lo
hace la bomba (1) de alta presión para enviar este fluido a la
primera unidad de desalación (6), en conjunto con el que envía la
bomba (1), y por que cada sistema de recuperación de energía (11) y
(20) incluye un dispositivo o conducto de evacuación de la salmuera
procedente de las unidades de ósmosis inversa (36) y (37).
7. Instalación desaladora por el método de
ósmosis inversa según reivindicación 6 caracterizada por
aplicarse el mismo principio de recuperación de energía expuesto en
la reivindicación anterior a 3 o más unidades de desalación
independientes.
8. Instalación desaladora por el método de
ósmosis inversa según reivindicación 6 y 7 caracterizada
porque la instalación desaladora cuenta con un conjunto de válvulas
(39 a 42) que permiten sacar de servicio a una o varias unidades de
desalación mientras que las otras unidades de desalación
continúan
funcionando.
funcionando.
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