ES2323340B1 - Sistema de desalacion de agua por energia solar. - Google Patents
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Abstract
Sistema de desalación de agua por energía
solar.
El sistema está específicamente concebido para
desalinizar el agua salobre del mar, utilizando como energía para
la puesta en práctica del mismo, la energía solar. El sistema se
basa en un proceso de humidificación y deshumidificación del aire a
presión atmosférica, llevada a cabo en una torre de separación
aislada térmicamente, que está dividida en dos espacios unidos por
los dos extremos de la citada torre (3), con una cámara de
evaporación (4) y una cámara de condensación (5). Un conjunto de
colectores solares calientan el agua a la temperatura adecuada que
se introduce en la torre de separación (3), concretamente en la
cámara de evaporación (4) a través de un aspersor (9), donde una
corriente de aire generada por ventiladores (8) favorece la
evaporación del agua, vapor que se condensará en la cámara (5),
concretamente en el condensador (10), almacenándose en un depósito
inferior (13) desde el que es extraída para su consumo.
Description
Sistema de desalación de agua por energía
solar.
La presente invención se refiere a un sistema de
desalinización de agua marina, para su transformación en agua
potable, que utiliza como fuente energética el sol, con la
consecuente y positiva repercusión a nivel de costos.
El objeto de la invención es conseguir un
sistema capaz de materializarse en una instalación con bajos costos
de mantenimiento y buena eficiencia, cuyos costos de producción
sean competitivos con los de otros sistemas de desalación.
Así pues la invención tiene como finalidad
conseguir agua potable para uso público a partir de agua del mar,
mediante un proceso de desalinización basado en la energía
solar.
La invención resulta pues de aplicación en el
ámbito de la industria destinada a la potabilización del agua
marina.
Como es sabido, el sistema más comúnmente
utilizado en el ámbito de la potabilización de agua marina es el de
ósmosis inversa, sistema que trae consigo unos requerimientos
energéticos importantes, básicamente a expensas del petróleo y sus
derivados, y con un impacto ambiental considerable.
Otro sistema comúnmente utilizado es el de
destilación térmica, cuya problemática se centra fundamentalmente
en que el gran calor específico del agua, y en concreto su gran
calor de vaporización, implican que sea necesaria una gran cantidad
de energía para evaporar grandes volúmenes de agua con la
consecuente y negativa repercusión en el aspecto económico, similar
al de los sistemas basados en la osmosis inversa.
Las tecnologías de desalinización mediante
energía solar son las que resultan más prometedoras en la
actualidad, dada la abundancia de lugares en los que existe escasez
de agua potable, se encuentran en las proximidades del mar y reciben
buenos niveles de radiación solar.
Sin embargo estas tecnologías ven frenado su
avance por no haber conseguido alcanzar los niveles de costo
similares o inferiores a los de otros métodos de desalinización de
grandes volúmenes de agua, como los de ósmosis inversa o de
destilación térmica convencional.
El sistema que la invención propone viene a
llenar este vacío tecnológico, consiguiéndose la desalinización del
agua por destilación, con unos bajos costos de mantenimiento, y con
también unos bajos costos de producción, fundamentalmente debidos a
la utilización de energías renovables, y más concretamente al
aprovechamiento de la radiación solar.
Para ello y de forma más concreta el principio
de funcionamiento del sistema de la invención, se basa en el cambio
de fase mediante sistemas de humidificación y deshumidificación del
aire, que consiguen mejor eficiencia que otros sistemas al evitar
tener que llevar el agua a punto de ebullición para obtener vapor.
Se aprovecha el calor radiante del sol para calentar el agua, y se
introduce esta con aspersión en un recinto donde entra en contacto
con el aire, humedeciéndolo, para que en otra parte del recinto el
aire entre en contacto con superficies frías y se desprenda de esta
humedad.
De acuerdo con otra característica de la
invención la instalación estará situada sobre una plataforma
flotante aguas adentro, lo que permite su portabilidad y facilita
disponer de la superficie necesaria para situarla.
La plataforma se podrá remolcar a lo largo de la
línea costera hasta los puntos específicos en los que se requiera
su uso, para una vez allí proceder a su anclaje y realizar el
suministro.
El citado sistema de humidificación de aire, al
ahorrarse el calor de evaporación, hace que no sea necesaria una
gran cantidad de energía para evaporar grandes volúmenes de agua,
ya que se juega con la cantidad de vapor que puede mantener el aire
en suspensión para conseguir evaporar casi toda el agua sin
necesidad de elevar su temperatura hasta el punto de
ebullición.
Un factor crítico para el correcto
funcionamiento del sistema de la invención, es la velocidad de
evaporización del agua caliente, que depende de la cantidad de
superficie expuesta al paso del aire para que pueda ser arrastrada
la humedad. La solución propuesta al respecto es la aspersión del
agua por medios físicos, consiguiéndose una mejor superficie
específica de contacto aire-agua.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante
de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter
ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:
La figura 1.- Muestra, según una representación
esquemática en alzado lateral, una planta de desalación de agua por
energía solar, realizada de acuerdo con el sistema que constituye
el objeto de la presente invención.
La figura 2.- Muestra una representación
esquemática en planta superior del conjunto representado en la
figura 1.
La figura 3.- Muestra una vista en alzado
lateral y en sección diametral de la torre de separación que
participa en la instalación de las figuras anteriores.
La figura 4.- Muestra, finalmente, el esquema
termodinámico de funcionamiento del sistema, indicándose los flujos
de agua y vapor, y los puntos de intercambio de calor.
A la vista de las figuras reseñadas puede
observarse como el sistema de desalación de agua por energía solar
que la invención propone, se materializa en una planta marina que
consta de una plataforma flotante (1), sobre la que se asientan dos
estructuras básicas y auxiliares para llevar a cabo la
desalinización. La mayor parte de la superficie de esta plataforma
está cubierta de paneles solares (2), usados para captar la energía
calorífica del sol y transmitírsela al agua. Estos paneles constan
de un sistema automatizado de inclinación para disponerse en cada
momento en el mejor ángulo respecto al sol, a la vez que la
plataforma (1) incorporará un sistema que permita pequeños
desplazamientos rotacionales o de giro sobre sí misma, o sobre la
superficie del mar, para poder orientar convenientemente el grupo
de paneles hacia el sol, en cada instante del día, con lo que se
consigue un efecto prácticamente rotular en la movilidad de dichos
paneles, al poder éste movilizarse sobre un imaginario eje
horizontal y, simultáneamente sobre un también imaginario eje
vertical.
Dentro de las citadas estructuras básicas, la
estructura principal de la planta es una torre de separación (3),
la representada en detalle en sección en la figura 3, donde se
lleva a cabo el proceso de destilación del agua. Esta torre de
separación se materializa en un depósito con paredes
termo-aislantes, que está dividido en dos cámaras
separadas, una cámara de evaporación (4), inferior, y una cámara de
condensación (5), superior. Estas dos cámaras (4) y (5) de la torre
(3) están comunicadas en dos puntos, concretamente en una zona (6)
próxima a su base y una zona (7) próxima a su extremidad superior.
Estas cámaras (4) y (5) se encuentran a presión atmosférica, pero
cerradas al aire.
La finalidad de esta estructuración para la
torre de separación (3), es que se generen corrientes de convección
en el aire dentro de la torre, que lleve a éste a hacer un
recorrido circular entre ambas cámaras, calentándose y saturándose
de humedad en una de ellas y dejando esta humedad condensada en la
otra.
Dichas corrientes pueden ser controladas
artificialmente mediante ventiladores (8).
El agua se introduce en la torre en forma
turbulenta mediante un sistema de aspersión (9), que la dispensa en
pequeñas gotas, para mejorar su velocidad de evaporación. Estas
gotas entran en contacto con las corrientes ascendentes debidas a la
convección de aire que las arrastra, subiendo por la vía de
evaporación. El aire húmedo entra en la abertura superior de la
cámara de condensación recorriéndola ahora en sentido descendente y
enfriándose al contacto con las aletas (10) presentes en la misma,
a la vez que va desprendiéndose del exceso de humedad dejando gotas
condensadas sobre la superficie de dichas aletas. El interior de la
cámara de condensación es laberíntico y surcado por las citadas
aletas de intercambio térmico (10), por cuyo interior circula el
agua fría de suministro. El agua realiza aquí un intercambio térmico
que comienza a elevar la temperatura ya antes de ser enviada a los
paneles para seguir calentándose, sirviendo a la vez para enfriar y
condensar el vapor de agua del interior de la torre, lo que mejora
la eficiencia.
En el fondo de la cámara de evaporación (4) se
establece un depósito (11) sobre el que se acumula el agua no
evaporada, con exceso de sal. Esta agua será desechada directamente
al mar a través de una válvula, o bien se utilizará también para
precalentar parte del agua de suministro mediante un intercambiador
(12). En el fondo de la cámara de condensación (5) existirá también
otro depósito (13) en este caso para el agua potabilizada, que será
retenida temporalmente, antes de ser enviada a tierra para su
consumo.
Otro de los elementos fundamentales de la
instalación es un depósito termo-aislado (14), que
sirve de sistema de almacenamiento energético, permitiendo reservar
el fluido térmico que recorre los paneles y a alcanzado la
temperatura de funcionamiento en las horas de máxima insolación,
para las horas con menos luz solar. Con esto se consigue mejorar el
rendimiento conjunto de la instalación, al permitir la actividad
nocturna de la misma. También comprende un sistema de intercambio
para calentamiento del agua de suministro.
Sólo resta señalar por último que la plataforma
flotante (1) estará sustentada mediante flotadores (15) de
polietileno o polipropileno.
El funcionamiento de la planta incluye el paso
del agua de suministro a través del brazo de condensación de la
torre, atravesando su interior por las aletas del condensador (10)
y poniéndola en contacto superficial con el aire caliente y húmedo
de su interior, realizando así un primer intercambio de calor. El
intercambio de calor con la salmuera de deshecho puede realizarse
de forma paralela o antes del paso de esta agua por el condensador.
En los colectores solares (2) un aceite térmico elevará su
temperatura por encima de los 100ºC y será almacenado en el
depósito (14), para calentar directamente el agua de suministro o
ser almacenado hasta otro instante, para realizar el calentamiento
también en las horas de menos sol y durante la noche. El aceite se
bombea (16) de forma automatizada desde el depósito hasta los
paneles, en función de la radiación solar en cada momento. El agua
de suministro calentada en el depósito térmico pasa por una bomba
(17) que la envía a la torre de vaporización (3), a una temperatura
de entre 70 y 90ºC, de forma que no se necesita conseguir la
ebullición del agua.
El sistema de suministro comprende una o varias
bombas y medios de filtrado, e incluye un sistema de
pre-tratamiento químico para evitar la proliferación
de algas y hongos en la instalación. Las bombas (18) están situadas
por debajo del nivel del mar y disponen de filtros a su entrada
para evitar la entrada de sólidos en las canalizaciones. Esta agua
se lleva a lo alto de la torreta y se deja descender luego por
canalizaciones por el interior de la cámara de condensación, en
forma envolvente con los conductos internos de vapor para
refrigerar estos. Tras completar este recorrido parte del agua será
desechada y devuelta al mar, y otra parte se convertirá en el agua
de suministro y pasará intercambiador de calor para elevar su
temperatura hasta alcanzar la óptima para el funcionamiento de la
torre de separación. Antes de ello pasará por un nuevo filtro y se
le hará el pre-tratamiento químico necesario.
El sistema de captación de energía calorífica
solar está formado por una red de tuberías que hace pasar aceite
térmico por varios paneles solares captadores de calor, por ejemplo
de tipo CPC, hasta elevarlo a temperaturas por encima de los 100ºC.
Un intercambiador de calor anexo al depósito térmico sirve para
transmitir la energía calorífica del aceite al agua de suministro,
estando dotado de sistemas de monitorización y control para
controlar la temperatura final de ésta. La plataforma contará con
sistemas mecánicos adicionales que posibilitarán la mejor
orientación de la misma para recoger la mayor cantidad de radiación
solar.
Claims (6)
1. Sistema de desalación de agua por energía
solar, basado en un proceso de destilación del agua,
caracterizado porque dicho proceso de destilación se lleva a
cabo en una torre de separación (3) en la que se definen dos
cámaras, lateralmente adyacentes, una de evaporación (4) y otra de
condensación (5), estando ambas cámaras relacionadas entre sí a
través de su extremidad inferior (6) y de su extremidad superior
(7), en orden a la generación de corrientes de convección de aire
dentro de la torre, con recorrido cíclico por ambas cámaras (4) y
(5), calentándose y saturándose de humedad en la cámara (4) y
dejando dicha humedad condensada en la otra cámara (5).
2. Sistema de desalación de agua por energía
solar, según la reivindicación 1, caracterizado porque en la
cámara de evaporación (4) se establece un dispositivo de aspersión
(9) para alimentación de agua salobre, que es dispersa en finas
gotas, estableciéndose en el fondo de esta cámara (4) un depósito
(11) para acumulación del agua no evaporada y con exceso de sal,
que es reenviada al mar, mientras que en la cámara de condensación
(5) se establece un condensador (10) con aletas determinantes de un
paso laberíntico para el aire, y en el fondo de dicha cámara un
depósito (13) para recogida del agua condensada y desalada.
3. Sistema de desalación de agua por energía
solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque en cualquier punto del recorrido cíclico
para el aire por las cámaras (4) y (5), se establecen uno o más
ventiladores (8) para circulación forzada el aire en el seno de la
torre (3).
4. Sistema de desalación de agua por energía
solar, según la reivindicación 2, caracterizado porque el
condensador (10) constituye un medio de precalentamiento del agua
salobre, la cual circula por el interior de dicho condensador antes
de llegar al dispositivo de aspersión (9).
5. Sistema de desalación de agua por energía
solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la citada plataforma flotante (1) está
mayoritariamente cubierta de paneles solares (2), que dejan espacio
libre para ubicación de la torre de separación (3), junto a la que
se establece un voluminoso depósito (14), de paredes
termo-aisladas al igual que la torre de separación
(3), que constituye un almacén energético que acumula el fluido
térmico que recorre los paneles solares (2) y que alcanzada la
temperatura de funcionamiento durante las horas de máxima
insolación, suministra dicho calor a la torre de separación (3)
cuando es necesario, como por ejemplo durante las horas
nocturnas.
6. Sistema de desalación de agua por energía
solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la plataforma flotante (1) está
sustentada mediante flotadores (15) de polietileno, polipropileno o
cualquier otro material apropiado para permitir su portabilidad
mediante arrastre marítimo hasta el lugar de funcionamiento, donde
la plataforma está capacitada para girar sobre sí misma, en orden a
orientar debidamente las placas solares (2), las cuales son a su vez
orientables unitariamente sobre un imaginario eje horizontal,
habiéndose previsto que tanto la orientación de la plataforma en su
conjunto, como la orientación unitaria de los paneles solares se
lleve a cabo a través de un sistema automático de seguimiento de la
radiación solar.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20090713 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2323340B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180912 |