ES2331398A1 - Dispositivo desalinizador. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo desalinizador con un módulo de membrana de ósmosis inversa (4) que separa el agua primaria concentrada en agua producida secundaria y agua concentrada secundaria; conducto de suministro de agua producida (6) que guía el agua producida primaria a la cisterna de producción situada aguas abajo; conducto de suministro de agua producida secundaria (8) que conduce el agua producida secundaria mencionada aguas abajo; conducto de regreso (8a), uno de cuyos extremos está conectado a uno de los extremos del conducto de suministro de agua producida secundaria (8), y el otro extremo, al conducto de suministro de agua bruta (5); conducto de derivación (8b), uno de cuyos extremos está conectado a un extremo del conducto de suministro de agua producida secundaria (8), y, el otro, al conducto de suministro de agua producida (6); válvula (9) conectado en un punto del trayecto del conducto de regreso (8a), o al conducto de derivación (8b).
Description
Dispositivo desalinizador.
La presente invención es un dispositivo
desalinizador que desala las aguas brutas como el agua de mar, las
aguas subterráneas con alto nivel de sal o el agua salobre.
Se conocen otros dispositivos desalinizadores
que desalan las aguas brutas como el agua de mar, las aguas
subterráneas con alto nivel de sal o el agua salobre como, por
ejemplo, las descritas en el documento de patente JP6114372.
La membrana de ósmosis inversa que se emplea en
los sistemas de desalinización muestra una gran dependencia de la
temperatura del agua bruta (agua de mar, aguas subterráneas con
alto nivel de sal o agua salobre): cuando el agua bruta es agua
marina, en verano el aumento de la temperatura del agua incrementa
el volumen de agua producida, mientras que empeora su calidad
(empeora la capacidad desalinizadora); en invierno, por su parte,
la temperatura del agua bruta baja y con ella el volumen de agua
producida, aunque mejora su calidad (mejora la capacidad
desalinizadora).
Por lo tanto, los sistemas de desalinización que
empleaban la membrana de ósmosis inversa se enfrentaban al problema
de no poder mantener constantes el volumen y la calidad del agua
producida a lo largo de un año.
En los últimos años, para reducir el volumen de
agua producida en verano, que es cuando suben las temperaturas, e
incrementar, asimismo, su calidad, se han adoptado medidas como la
de accionar el sistema desalinizador previa obstrucción con
clavijas de algunos de los numerosos orificios pasantes que
comunican con las membranas de ósmosis inversa, reduciendo así el
número de membranas activas.
Sin embargo, este procedimiento presenta el
inconveniente de que es necesario detener el proceso de
desalinización para instalar y desinstalar las clavijas con las que
se obstruyen los orificios pasantes, lo que causa una merma en la
eficiencia productiva del sistema desalinizador.
Asimismo, las membranas que quedan obstruidas
por efecto de las clavijas se deben conservar empapadas en un
líquido de conservación (líquido de almacenamiento), lo que obliga
a llevar a cabo un trabajo adicional de reposición del citado
líquido. Todo ello implica un aumento del costo operativo.
Esta invención nace con el propósito de
solucionar los problemas descritos. Su objetivo es la creación de
un dispositivo desalinizador capaz de mantener el mismo volumen y
calidad del agua producida a lo largo de todo el año con
independencia de la temperatura del agua bruta, y que, además,
reduzca el costo operativo y eleve la eficiencia productiva.
Esta invención ha adoptado las siguientes
medidas para solucionar los problemas mencionados:
El dispositivo desalinizador está dotado de las
siguientes estructuras: bomba de alta presión que eleva la presión
del agua bruta traída por los conductos de suministro de agua bruta
y la envía curso abajo; primer módulo de membrana de ósmosis
inversa, instalado aguas abajo de la bomba de alta presión, que
separa el agua bruta en agua producida primaria y en agua
concentrada primaria; segundo módulo de membrana de ósmosis
inversa, instalado aguas abajo del primer módulo de membrana de
ósmosis inversa, que separa el agua concentrada primaria en agua
producida secundaria y en agua concentrada secundaria; conducto de
suministro de agua producida que conduce el agua primaria producida
a la cisterna de producción instalada aguas abajo; conducto de
suministro de agua producida secundaria que conduce el agua
producida secundaria aguas abajo; conducto de regreso, uno de cuyos
extremos está conectado a un extremo del conducto de suministro de
agua producida secundaria y, el otro, al conducto de suministro de
agua bruta; conducto de derivación, uno de cuyos extremos está
conectado a un extremo del conducto de suministro de agua producida
secundaria y, el otro, al conducto de suministro de agua producida;
y, por último, de una válvula conectada en un punto del conducto de
regreso y/o del conducto de derivación.
Con el dispositivo desalinizador de la presente
invención sólo se necesita regular el grado de apertura de las
válvulas para, por ejemplo, cuando en verano sube la temperatura
del agua, incrementar la proporción de agua producida secundaria
conducida a la parte succionadora de la bomba de alta presión a
través del conducto de regreso y, así, reducir la razón de agua
producida secundaria que se transfiere a la cisterna de producción
(Figura 1); asimismo, cuando la temperatura del agua desciende en
invierno, incrementar la proporción de agua producida secundaria
llevada al conducto de suministro de agua producida a través del
conducto de derivación y, así, aumentar la relación de agua
producida secundaria que se transfiere a la cisterna de
producción.
\newpage
Es decir, que cuando el volumen de agua
producida aumenta y empeora su calidad (empeora la capacidad
desa-
linizadora), se abre la válvula (se regula la válvula) para incrementar la proporción de agua producida secundaria conducida a la parte succionadora de la bomba de alta presión a través del conducto de regreso y, así, reducir el volumen de agua producida. Asimismo, el agua producida secundaria, acarreada a la parte succionadora de la bomba de alta presión a través del conducto de regreso, se suministra, nuevamente, al primer módulo de membrana de ósmosis inversa por medio de la bomba de alta presión junto con el agua que corre por el conducto de suministro de agua bruta. En este primer módulo de membrana de ósmosis inversa se eliminan la salinidad y las impurezas presentes en el agua. Concluida la purificación, se guía el agua resultante a la cisterna de producción a través del conducto de suministro de agua producida y, de esta forma, se mejora la calidad del agua producida.
linizadora), se abre la válvula (se regula la válvula) para incrementar la proporción de agua producida secundaria conducida a la parte succionadora de la bomba de alta presión a través del conducto de regreso y, así, reducir el volumen de agua producida. Asimismo, el agua producida secundaria, acarreada a la parte succionadora de la bomba de alta presión a través del conducto de regreso, se suministra, nuevamente, al primer módulo de membrana de ósmosis inversa por medio de la bomba de alta presión junto con el agua que corre por el conducto de suministro de agua bruta. En este primer módulo de membrana de ósmosis inversa se eliminan la salinidad y las impurezas presentes en el agua. Concluida la purificación, se guía el agua resultante a la cisterna de producción a través del conducto de suministro de agua producida y, de esta forma, se mejora la calidad del agua producida.
Por otra parte, cuando el volumen de agua
producida desciende y mejora su calidad (mejora la capacidad
desalinizadora), se cierra la válvula (se regula la válvula) para
reducir la proporción de agua producida secundaria que se canaliza
al conducto de suministro de agua producida por medio del conducto
de derivación y, así, aumentar el volumen del agua producida.
De esta forma, este sistema desalinizador
permite mantener el mismo volumen y calidad de agua producida a lo
largo del año con sólo regular el grado de apertura de la válvula,
sin importar los cambios de temperatura del agua bruta.
Por consiguiente, por ejemplo, se pueden
prescindir de las operaciones requeridas para mantener el mismo
nivel de producción y calidad del agua producida tanto en verano
como en invierno (instalación y desinstalación de clavijas,
reposición y extracción del líquido de conservación) y rebajar el
costo operativo.
Al mismo tiempo, al eliminar la necesitad del
trabajo adicional mencionado, también se reduce el número de
arranques y detenciones a los que se somete el sistema
desalinizador. Esto aminora el riesgo de deterioro y rotura de los
elementos de la membrana de ósmosis inversa aparejado al arranque y
detención del sistema y eleva, a su vez, la eficiencia productiva
del dispositivo de desalinización.
Además, incluso cuando la temperatura del agua
varía significativamente sin relación con los cambios de estación o
clima (por ejemplo, cuando se acerca un tifón y sube la
temperatura), únicamente con un sencillo procedimiento de
regulación del grado de apertura de la válvula en función de la
temperatura del agua, es posible responder de forma rápida y
eficiente a los requerimientos coyunturales, lo cual repercute
positivamente en un aumento de la fiabilidad del sistema
desalinizador.
En el presente dispositivo de desalinización,
para que el volumen y la calidad del agua producida que se envía la
cisterna de producción se mantengan constantes, lo ideal sería que
el sistema tuviera automatizada la regulación del grado de apertura
de la válvula según la temperatura del agua bruta.
En tal dispositivo desalinizador no es necesario
regular manualmente el grado de apertura de la válvula en función
de la temperatura del agua bruta, y se puede mantener constante, y
de forma automática a lo largo del año, el volumen y la calidad del
agua producida con independencia de la temperatura del agua
bruta.
El dispositivo desalinizador al que hace
referencia esta invención está equipado con las siguientes
estructuras: bomba de alta presión que eleva la presión del agua
bruta traída a través de los conductos de suministro de agua bruta
y la envía aguas abajo; primer módulo de membrana de ósmosis
inversa, instalado aguas abajo de la bomba de alta presión, que
separa el agua bruta en agua producida primaria y en agua
concentrada primaria; segundo módulo de membrana de ósmosis
inversa, instalado aguas abajo del primer módulo de membrana de
ósmosis inversa, que separa el agua concentrada primaria en agua
producida secundaria y en agua concentrada secundaria; conducto de
suministro de agua producida que conduce el agua producida primaria
a la cisterna de producción instalada aguas abajo; conducto de
suministro de agua producida secundaria que conduce el agua
producida secundaria aguas abajo; conducto de regreso, uno de cuyos
extremos está conectado a un extremo del conducto de suministro de
agua producida secundaria y, el otro, al conducto de suministro de
agua bruta; conducto de derivación, uno de cuyos extremos está
conectado a un extremo del conducto de suministro de agua producida
secundaria, y el otro, al conducto de suministro de agua producida;
conducto de desagüe para expulsar el agua concentrada secundaria;
una primera válvula, conectada en un punto del conducto de regreso
citado; una segunda válvula, conectada al conducto de suministro de
agua bruta situada entre la bomba de alta presión y el primer
módulo de membrana de ósmosis inversa; una tercera válvula,
conectada en un punto del conducto de desagüe; una cuarta válvula,
conectada al conducto de suministro de agua producida, y una quinta
válvula, conectada en un punto del conducto de derivación.
Con el sistema desalinizador al que hace
referencia esta invención sólo se necesita regular el grado de
apertura de la primera, segunda, tercera, cuarta y quinta válvulas
para, por ejemplo, cuando en verano sube la temperatura del agua,
incrementar la proporción de agua producida secundaria conducida a
la parte succionadora de la bomba de alta presión a través del
conducto de regreso y, así, reducir la razón de agua producida
secundaria que se transfiere a la cisterna de producción; y, cuando
la temperatura del agua desciende en invierno, incrementar la
proporción de agua producida secundaria que se envía al conducto de
suministro de agua producida a través del conducto de derivación y,
así, aumentar la relación de agua producida secundaria que se
transfiere a la cisterna de producción.
\newpage
Es decir, que cuando el volumen de agua
producida aumenta y empeora su calidad (empeora la capacidad de
desalinización), la regulación de las válvulas permite incrementar
la proporción de agua producida secundaria conducida a la parte
succionadora de la bomba de alta presión a través del conducto de
regreso y, de esta forma, reducir el volumen de agua producida.
Asimismo, el agua producida secundaria, transportada a la parte
succionadora de la bomba de alta presión a través del conducto de
regreso, se suministra, nuevamente, al primer módulo de membrana de
ósmosis inversa por medio de la bomba de alta presión junto con el
agua que corre por el conducto de suministro de agua bruta. En este
primer módulo de membrana de ósmosis inversa se eliminan la
salinidad y las impurezas presentes en el agua. Concluida la
purificación, se guía el agua resultante a la cisterna de
producción a través del conducto de suministro de agua producida y,
de esta manera, se mejora la calidad del agua producida.
Por otra parte, cuando desciende el volumen de
agua producida y mejora la calidad (mejora la capacidad de
desalinización), la regulación de las válvulas permite reducir la
proporción de agua producida secundaria que se canaliza al conducto
de suministro de agua producida por medio del conducto de
derivación y, así, aumentar el volumen de agua producida.
De esta forma, el sistema desalinizador
desarrollado permite mantener el mismo volumen y calidad del agua
producida a lo largo del año sólo con regular el grado de apertura
de las válvulas, sin importar los cambios de temperatura del agua
bruta.
Por consiguiente, por ejemplo, se pueden
prescindir de las operaciones requeridas para mantener el mismo
nivel de producción y calidad del agua producida tanto en verano
como en invierno (instalación y desinstalación de clavijas,
reposición y extracción del líquido de conservación) y, de esta
forma, rebajar el costo operativo.
Al mismo tiempo, al eliminar la necesitad del
trabajo adicional mencionado, también se reduce el número de
arranques y detenciones a los que se somete el sistema
desalinizador. Esto aminora el riesgo de deterioro y rotura de los
elementos de la membrana de ósmosis inversa aparejado al arranque y
detención del sistema, elevando, a su vez, la eficiencia productiva
del dispositivo de desalinización.
Además, incluso cuando la temperatura del agua
varía significativamente sin relación con los cambios de estación o
clima (por ejemplo, cuando se acerca un tifón y sube la
temperatura), únicamente con un sencillo procedimiento de
regulación del grado de apertura de las válvulas en función de la
temperatura del agua, es posible responder de forma rápida y
eficiente a los requerimientos de la situación, lo cual repercute
positivamente en un aumento de la fiabilidad del sistema
desalinizador.
En este dispositivo de desalinización, para que
el volumen y la calidad del agua producida que se envía la cisterna
de producción se mantengan constantes, lo ideal sería que el
sistema tuviera automatizada la regulación del grado de apertura de
las válvulas 1, 2, 3, 4 y 5 según la temperatura del agua
bruta.
En tal dispositivo desalinizador no es necesario
regular manualmente el grado de apertura de las válvulas en
función de la temperatura del agua bruta, y se puede mantener
constante y de forma automática a lo largo del año el volumen y la
calidad del agua producida con independencia de la temperatura del
agua bruta.
Esta invención logra mantener a un mismo nivel
el volumen y la calidad del agua producida a lo largo de todo el
año con independencia de la variación en la temperatura del agua
bruta. Además, reduce el costo operativo y mejora la eficiencia
productiva.
Se complementa la presente memoria descriptiva,
con un juego de planos, ilustrativos del ejemplo preferente y nunca
limitativos de la invención.
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques que
representa las estructuras principales de la desalinizadora de
acuerdo con la primera forma de realización de la invención.
Ilustra el flujo del agua cuando la temperatura del agua bruta es
alta.
La Figura 2 muestra el diagrama de bloques que
representa las estructuras principales de la desalinizadora de
acuerdo con la primera forma de realización de la invención.
Ilustra el flujo del agua cuando la temperatura del agua bruta es
baja.
La Figura 3 muestra el diagrama de bloques que
representa las estructuras principales de la desalinizadora de
acuerdo con la segunda forma de realización de la invención.
La Figura 4 muestra un gráfico que representa la
relación entre la temperatura y el caudal circulante de la Tabla
1.
La Figura 5 muestra un gráfico que representa la
relación entre la temperatura y la densidad Cr y la densidad TDS
del agua producida de la Tabla 1.
\newpage
La Figura 6 muestra un gráfico que representa la
relación entre la temperatura y la capacidad de caudal y presión
requeridas por la bomba de la Tabla 1.
La Figura 7 muestra un gráfico que representa la
relación entre la capacidad de caudal y presión requeridas por la
bomba de la Tabla 1.
A continuación se ofrece, con la ayuda de las
figuras 1 y 2, una explicación sobre una primera forma de
realización del dispositivo desalinizador en cuestión.
La Figura 1 es un diagrama de bloques que
representa las estructuras principales del dispositivo
desalinizador que se va a implementar, e ilustra el flujo del agua
bruta cuando su temperatura es alta.
La Figura 2 es, al igual que la Figura 1, otro
diagrama de bloques que representa las estructuras principales del
dispositivo desalinizador que se va a implementar, pero ilustra, en
este caso, el flujo del agua bruta cuando su temperatura es
baja.
Tal como se muestra en las figuras 1 y 2, el
dispositivo desalinizador (en adelante, "desalinizadora") (1)
al que hace referencia esta primera forma de realización se compone
de las siguientes estructuras: bomba de alta presión (2), primer
módulo de membrana de ósmosis inversa (en adelante, "primer
módulo de membrana RO") (3) y segundo módulo de membrana de
ósmosis inversa (en adelante, "segundo módulo de membrana RO")
(4).
En la parte alta de la corriente de la bomba de
alta presión (2) están instalados una bomba de agua bruta (sin
ilustrar) que extrae un volumen fijo de agua bruta (agua marina u
otras aguas con alto contenido de sal, como las aguas subterráneas
o el agua salobre) y, entre la bomba de agua bruta y la bomba de
alta presión, un filtro que elimina elementos no disueltos de gran
tamaño presentes en el agua bruta. Asimismo, entre la bomba de agua
bruta y el filtro se hallan dispuestos algunos sistemas de
preprocesamiento como, por ejemplo, un dispositivo suministrador de
cloro (no ilustrado) que frena la actividad de los microorganismos
a base de proveer cloro al agua bruta, o un dispositivo
suministrador de ácido (sin ilustrar) que abastece ácido al agua
bruta para controlar su pH. El agua bruta que ha pasado por el
filtro (en adelante, "agua suministrada") fluye por el
conducto de suministro de agua bruta (5) hacia la bomba de alta
presión (2).
La bomba de alta presión (2) es, por ejemplo,
una bomba de espiral que eleva la presión del agua suministrada
procedente del filtro, previo paso por el conducto de suministro de
agua bruta (5) situado en la parte alta de la corriente. El agua
suministrada, a la que se ha elevado la presión gracias a la bomba
de alta presión (2), es conducida al primer módulo de membrana RO
(3) por del conducto de suministro de agua bruta (5) instalado
aguas abajo de la bomba de alta presión (2).
El primer módulo de membrana RO (3) es un
recipiente resistente a la presión (sin ilustrar) en cuyo interior
incorpora el elemento de membrana de ósmosis inversa (sin
ilustrar). Su función es la de separar el agua suministrada por la
bomba de alta presión (2) en agua desalinizada (agua dulce) y en
agua concentrada contenedora de salinidad y otras impurezas.
El elemento de membrana de ósmosis inversa
incluye, por ejemplo, un tubo central que presenta en su superficie
periférica externa varios orificios, y una membrana de espiral de
poliamida aromática enrollada (instalada) en la superficie
periférica externa del tubo central.
El agua suministrada abastecida por medio de la
bomba de alta presión (2) circula hacia la superficie periférica
interna de la membrana de espiral (es decir, hacia la superficie
periférica externa del tubo central), procedente del intersticio
formado entre la superficie periférica interna del recipiente
resistente a la presión y la superficie periférica externa de la
membrana de espiral.
El agua permeada desalinizada en el primer
módulo de membrana RO (3), es decir, el agua permeada (en adelante,
"agua producida primaria") filtrada por la membrana de espiral
del elemento de membrana de ósmosis inversa fluye hacia el primer
conducto de suministro de agua permeada (en adelante, "conducto
de suministro de agua producida") (6) pasando por la boca de
salida del agua producida primaria (sin ilustrar), instalada en el
primer módulo de membrana RO (3).
Asimismo, la parte baja de la corriente del
conducto de suministro de agua producida (6) está conectada a la
cisterna de producción (sin ilustrar) que retiene momentáneamente
(una vez) el agua producida y a una bomba de agua producida (sin
ilustrar) que transfiere, según la necesidad, el agua producida
acumulada en la cisterna de producción.
Por otra parte, el agua suministrada que alcanza
los orificios del tubo central sin antes haber sido filtrada por
la membrana de espiral del elemento de membrana de ósmosis inversa,
es decir, el agua suministrada (en adelante, "agua concentrada
primaria"), que llega a los orificios del tubo central sin haber
pasado previamente por el interior de la membrana de espiral, es
conducida al conducto de suministro de agua concentrada (7) a
través de la boca de salida del agua concentrada primaria (sin
ilustrar), instalada en el primer módulo de membrana RO (3).
Asimismo, aguas abajo del conducto de suministro
de agua concentrada (7) está conectado el segundo módulo de
membrana RO (4).
El segundo módulo de membrana RO (4) es un
recipiente resistente a la presión (sin ilustrar) en cuyo interior
incorpora el elemento de membrana de ósmosis inversa (sin
ilustrar), y su función es la de separar el agua concentrada
primaria que suministra el primer módulo de membrana RO (3) en agua
desalada (agua dulce) y en agua concentrada contenedora de
salinidad y otras impurezas.
El elemento de membrana de ósmosis inversa
incluye, por ejemplo, un tubo central que presenta en su superficie
periférica externa varios orificios, y una membrana de espiral de
poliamida aromática enrollada (instalada) en la superficie
periférica externa del tubo central.
El agua concentrada primaria suministrada por el
primer módulo de membrana RO (3) circula desde el intersticio
formado entre la superficie periférica interna del recipiente
resistente a la presión y la superficie periférica externa de la
membrana de espiral hacia la parte de la superficie periférica
interna de la membrana de espiral (es decir, a la superficie
periférica externa del tubo central).
El agua permeada desalinizada en el segundo
módulo de membrana RO (4), es decir, el agua permeada (en adelante,
"agua producida secundaria") filtrada por la membrana de
espiral del elemento de membrana de ósmosis inversa, fluye hacia el
segundo conducto de suministro de agua permeada (en adelante,
"conducto de suministro de agua producida") (8) pasando por la
boca de salida del agua producida secundaria (sin ilustrar),
instalada en el segundo módulo de membrana RO (4).
Asimismo, el extremo de la parte baja de la
corriente del conducto de suministro de agua producida secundaria
(8) está conectada a los extremos de la parte alta de la corriente
del conducto de regreso (8a) y de la parte alta de la corriente del
conducto de derivación (8b).
El conducto de regreso (8a) cuenta en un punto
de su trayecto con una válvula manual (9) de apertura y cierre, y
el extremo de la parte baja de la corriente del conducto de regreso
(8a) está conectado al conducto de suministro de agua bruta (5),
situado entre el filtro y la bomba de alta presión (2).
Asimismo, el extremo de la parte baja de la
corriente del conducto de derivación (8b) está conectado al
conducto de suministro de agua producida (6), localizado entre el
primer módulo de membrana RO (3) y la cisterna de producción.
Cuando la válvula manual (9) está totalmente
cerrada, el agua producida secundaria que ha fluido hacia el
conducto de suministro de agua producida secundaria 8 desde la boca
de salida del agua producida secundaria del segundo módulo de
membrana RO (4), es canalizada en su totalidad (aproximadamente) al
conducto de suministro de agua bruta (6) pasando por el conducto
de regreso (8b), y fluye aguas abajo convertida en agua producida
junto con el agua producida primaria que corre por el conducto de
suministro de agua producida (6) hasta quedar almacenada en la
cisterna de agua producida.
Por otra parte, cuando la válvula manual (9)
está totalmente abierta, el agua producida secundaria que ha fluido
hacia el conducto de suministro de agua producida secundaria (8)
desde la boca de salida del agua producida secundaria del segundo
módulo de membrana RO (4), es canalizada en su totalidad
(aproximadamente) hacia el conducto de suministro de agua bruta (5)
pasando por el conducto de regreso (8a), hasta que se transfiere
al primer módulo de membrana RO (3) con la ayuda de la bomba de
alta presión (2) junto con el agua suministrada que corre por el
conducto de suministro de agua bruta (5).
Por consiguiente, se puede regular a
conveniencia, manipulando la válvula manual (9), la proporción de
caudal de agua producida secundaria que corre por el conducto de
regreso 8a y por el conducto de derivación (8b).
Por su parte, el agua concentrada primaria que
ha alcanzado los orificios del tubo central sin haber sido filtrada
por la membrana de espiral del elemento de membrana de ósmosis
inversa, es decir, el agua concentrada primaria que ha llegado
hasta los orificios del tubo central sin haber penetrado
previamente al interior de la membrana de espiral, se expulsa fuera
del sistema (fuera de la desalinizadora (1) como agua concentrada
secundaria después de haber sido acarreada hasta el conducto de
desagüe (10) pasando por la boca de salida del agua concentrada
secundaria (sin ilustrar) instalada en el segundo módulo de
membrana RO (4).
Según la desalinizadora (1), que es la forma de
realización de la invención en cuestión, sólo con regular el grado
de apertura de la válvula (9), por ejemplo, en verano cuando la
temperatura del agua bruta sube, e incrementar la proporción de
agua producida secundaria, que se conduce a la parte succionadora
de la bomba de alta presión (2) pasando por el conducto de regreso
(8a) tal como se muestra en la Figura 1, es posible reducir la
proporción de agua producida secundaria que se trasvasa a la
cisterna de producción. Asimismo, cuando en invierno la temperatura
del agua bruta baja, tal como se muestra en la Figura 2,
aumentando la proporción de agua producida secundaria, que se
canaliza hacia el conducto de suministro de agua producida (6) a
través del conducto de derivación (8b), se puede elevar la
proporción de agua producida secundaria que se destina a la cisterna
de producción.
\newpage
Es decir, que cuando el volumen de agua
producida sube pero la calidad baja (empeora la capacidad
desalinizadora), se abre la válvula manual (9) para incrementar la
proporción de agua producida secundaria que se dirige a la parte
succionadora de la bomba de alta presión (2) por medio del conducto
de regreso (8a) para, de esa forma, reducir el volumen de agua
producida.
Asimismo, el agua producida secundaria, que se
acarrea a la parte succionadora de la bomba de alta presión (2)
pasando por el conducto de regreso (8a), se suministra nuevamente
al módulo de membrana RO (3) con la ayuda de la bomba de alta
presión (2) y junto con el agua suministrada que recorre el
conducto de suministro de agua bruta (5). En este primer módulo de
membrana RO (3) se eliminan del agua la salinidad y las impurezas.
Después, a través del conducto de suministro de agua producida (6),
se transfiere a la cisterna de producción para mejorar su
calidad.
Por otra parte, cuando el volumen de agua
producida desciende pero la calidad mejora (mejora la capacidad
desalinizadora), se cerrará la válvula manual (9) para elevar la
proporción de agua producida secundaria, que es conducida al
conducto de suministro de agua producida (6) a través del conducto
de derivación (8b) para, así, aumentar el volumen de agua
producida.
Así, según la desalinizadora (1) que es la forma
de realización de la invención en cuestión, es posible mantener el
mismo volumen de producción y calidad del agua producida a lo largo
de todo un año sólo con regular el grado de apertura de la válvula
manual (9), con independencia de la temperatura del agua bruta.
Por consiguiente, por ejemplo, se pueden
prescindir de las operaciones necesarias para mantener el mismo
nivel de producción y calidad del agua producida tanto en verano
como en invierno (instalación y desinstalación de clavijas,
reposición y extracción del líquido de conservación) y, de esta
forma, rebajar el costo operativo.
Al mismo tiempo, al eliminar el trabajo
adicional mencionado, se reduce el número de arranques y
detenciones a los que se somete la desalinizadora (1). Esto aminora
el riesgo de deterioro y rotura de los elementos de la membrana de
ósmosis inversa (más concretamente, la membrana de espiral)
aparejado al arranque y detención de la desalinizadora (1),
mejorando, a su vez, su eficiencia productiva.
Además, incluso cuando la temperatura del agua
varía significativamente sin relación con los cambios de estación o
clima (por ejemplo, cuando se acerca un tifón y sube la
temperatura), únicamente con regular el grado de apertura de la
válvula manual (9) en función de la temperatura del agua, es
posible responder de forma rápida y eficiente a los requerimientos
coyunturales, lo cual repercute positivamente en un aumento de la
fiabilidad de la desalinizadora (1).
A continuación se ofrece, siguiendo la Figura 3,
una explicación sobre una segunda forma de realización de la
invención. La Figura 3 es un diagrama de bloques que representa las
estructuras principales de la desalinizadora implementada.
La desalinizadora (21) se diferencia de la
primera forma de realización descrita más arriba en que en vez de
la válvula manual (9) cuenta con válvulas automáticas (22), (23),
(24) y con válvulas manuales (25) y (26). Aparte de esta
desemejanza, el resto de las estructuras son idénticas a las
descritas en la primera forma de realización, por lo que se omite
una nueva explicación de sus elementos constitutivos.
En cualquier caso, las partes (estructuras) que
son iguales a la primera forma de realización están indicadas con
idéntica numeración.
Tal como se muestra en la Figura 3, la válvula
automática (primera válvula) (22) de apertura y cierra está
conectada en un punto del trayecto del conducto de regreso (8a). En
el conducto de regreso 8a localizado en la parte superior de la
corriente respecto de la válvula automática (22) está instalado el
fluidimetro (primer fluidímetro) (27). Esta válvula automática (22)
regula su grado de apertura de acuerdo con los resultados de la
medición del fluidímetro (27).
En un punto del trayecto del conducto de
suministro de agua bruta (5), localizado aguas abajo de la bomba de
alta presión (2), está conectada la válvula automática (segunda
válvula) (23) de apertura y cierre. En el conducto de suministro de
agua bruta (5), situado en la parte alta de la corriente de la
bomba de alta presión (2), está conectado el manómetro (28). La
válvula automática (23) regula su grado de apertura de acuerdo con
los resultados de la medición del manómetro (28).
Además, en un punto del trayecto del conducto de
desagüe (10) está conectada la válvula automática (tercera
válvula) (24) de apertura y cierre. En el conducto de desagüe (10),
localizado en la parte alta de la corriente de la válvula
automática (24), está conectado el fluidímetro (segundo
fluidímetro) (29). La válvula automática (24) regula su grado de
apertura de acuerdo con los resultados de la medición del
fluidímetro (29).
Por otra parte, en el conducto de suministro de
agua producida (6), instalado en un punto más alto de la corriente
respecto del punto de confluencia (30), al que está conectado un
extremo de la parte baja de la corriente del conducto de derivación
(8b), está conectada la válvula manual (cuarta válvula) (25) de
apertura y cierre.
En un punto del trayecto del conducto de
derivación (8b) está conectada la válvula manual (quinta válvula)
(26) de apertura y cierre.
Al regular el grado de apertura de las válvulas
manuales (25) y (26) se puede manipular la proporción de caudal de
agua producida primaria que fluye hacia la cisterna de producción
pasando por el conducto de suministro de agua producida (6) desde
el primer módulo de membrana RO (3), y, también, la que fluye hacia
el segundo conducto de suministro de agua producida desde el
segundo módulo de membrana RO (4). Es decir, que las válvulas
manuales (25) y (26) se emplean para decidir la razón aproximada de
distribución de agua permeada de los dos módulos de membrana RO (3)
y (4).
Asimismo, regulando el grado de apertura de la
válvula automática {22), según el caudal del conducto de regreso
(8a), se puede controlar el caudal de flujo circulante (Segundo
módulo de membrana RO (4) \rightarrow Conducto de suministro de
agua producida secundaria (8) \rightarrow Conducto de regreso
(8a) \rightarrow Conducto de suministro de agua bruta (5)
\rightarrow Bomba de alta presión (2) \rightarrow Conducto de
suministro de agua bruta (5) \rightarrow Primer módulo de
membrana RO (3) \rightarrow Conducto de suministro de agua
concentrada 7 \rightarrow Segundo módulo de membrana RO (4)). (El
caudal de flujo circulante será, en adelante, "caudal
circulante").
Esta operación implica establecer, o fijar, el
caudal circulatorio. Es decir: incrementar el caudal circulante
cuando la temperatura del agua bruta es alta, y reducir el caudal
circulante cuando la temperatura del agua bruta es baja (por
ejemplo, establecer en 200 m^{3}/h el flujo circulante en verano,
y en 100 m^{3}/h en invierno). El caudal circulatorio lo regula
un operador según las circunstancias. También se puede automatizar
esta operación calculando el valor del caudal circulatorio como una
función de la temperatura.
Así, con la desalinizadora (21) de la segunda
forma de realización es posible mantener el mismo volumen y calidad
del agua producida, a lo largo de todo un año e independientemente
de la temperatura del agua bruta, siempre que se ajuste del valor
del caudal circulatorio en función de la temperatura del agua
bruta.
Por consiguiente, por ejemplo, se pueden
prescindir de las operaciones necesarias para mantener el mismo
nivel de producción y calidad del agua producida tanto en verano
como en invierno (instalación y desinstalación de clavijas,
reposición y extracción del líquido de conservación) y, de esta
forma, rebajar el costo operativo.
Al mismo tiempo, al eliminar el trabajo
adicional mencionado, se reduce el número de arranques y
detenciones a los que se somete la desalinizadora (21). Esto
aminora el riesgo de deterioro y rotura de los elementos de la
membrana de ósmosis inversa (más concretamente, la membrana de
espiral) aparejado al arranque y detención de la desalinizadora
(21), elevando, con ello, la eficiencia productiva del sistema.
Además, incluso cuando la temperatura del agua
varía significativamente sin relación con los cambios de estación o
clima (por ejemplo, cuando se acerca un tifón y sube la
temperatura), únicamente con regular el grado de apertura de las
válvulas manuales (25) y (26), en función de la temperatura del
agua, es posible responder de forma rápida y eficiente a los
requerimientos de cada situación, lo cual repercute positivamente
en una mejora de la fiabilidad de la desalinizadora (21).
La Tabla 1 muestra los resultados de los
cálculos (simulación) en el supuesto caso de elaborar agua
producida con la desalinizadora de la Figura 3.
A continuación se presentan en los gráficos de
las figuras 4, 5 y 6 los resultados de los cálculos (simulación)
(Tabla 1) efectuados para el supuesto caso de elaboración de 563
m^{3}/h de agua producida operando con la desalinizadora (21) de
la forma de realización previa.
Como se ilustra en la figura 4, para los
cálculos efectuados los caudales circulantes en función de las
temperaturas del agua bruta han sido las siguientes: 0 m^{3}/h
para 10ºC, 40 m^{3}/h para 15ºC, 80 m^{3}/h para 20ºC, 120
m^{3}/h para 25ºC, 160 m^{3}/h para 30ºC y 200 m^{3}/h para
35ºC.
Y como queda claramente reflejado en la figura
5, resulta posible mantener virtualmente en el mismo nivel la
densidad de cloro (densidad Cl^{-}) del agua producida, así como
la densidad de salinidad disuelta (densidad TDS (Total Disolved
Solid)), sin importar la temperatura del agua bruta.
Es decir, que según la desalinizadora (21)
implementada es posible mantener, mediante la modificación del
caudal circulante en función de la temperatura del agua bruta, un
mismo volumen y calidad del agua producida, independientemente de
la temperatura del agua bruta.
Asimismo, la bomba de alta presión (2) debe
presentar las propiedades que se reflejan en la figuras 6 y 7. Sin
embargo, empleando una bomba con las características que muestra la
línea continua en el gráfico de la Figura 7 es posible reducir la
pérdida de energía debida a la válvula automática (23),
independientemente de la temperatura del agua bruta. O sea, aunque
aumente el caudal circulante, debido a que la presión necesaria es
pequeña cuando el caudal circulante es grande, se puede usar la
misma bomba con la que el sistema puede operar cuando el caudal
circulante es nulo. Dicho de otro modo: se puede evitar el
encarecimiento de los costos de instalación y operación sin
necesidad de recurrir a una bomba mayor.
Las formas de realización que se han descrito no
son las únicas posibles. Siempre que no se desvirtúen, o
traicionen, los aspectos críticos de la invención, se pueden llevar
a cabo otras. Por ejemplo, la válvula manual (9), detallada en la
primera forma de realización, bien podría instalarse en algún punto
del trayecto del conducto de derivación (8b).
Asimismo, en la primera forma de realización la
válvula manual (9) está acoplada en un punto del trayecto del
conducto de regreso (8a) para reducir los costes de instalación.
Sin embargo, la invención no obliga necesariamente a esta forma de
realización, pudiéndose incorporar, en vez de la válvula manual
(9), una válvula automática de apertura y cierre que regule su
grado de apertura en función de la temperatura del agua bruta.
Por consiguiente, puede resultar innecesario
regular el grado de apertura de la válvula manual (9) según la
temperatura del agua, ya que, según lo dicho, se puede automatizar
el mecanismo para mantener un mismo nivel de volumen y calidad del
agua producida con independencia de la temperatura del agua
bruta.
Además, para reducir los costos de instalación,
en la segunda forma de realización se ha incorporado la válvula
manual (25) en el conducto de suministro de agua producida,
localizado en un punto más alto de la corriente que el punto de
confluencia (30), lugar en que está conectado un extremo de la
parte baja de la corriente del conducto de derivación (8b). Y se ha
acoplado la válvula manual (26) en un punto del trayecto del
conducto de derivación (8b). Sin embargo, esta invención no agota
aquí sus posibilidades de forma de realización. Se pueden sustituir
las válvulas manuales (25) y (26) por válvulas automáticas de
apertura y cierre que regulan su estado de acuerdo con la
temperatura y calidad del agua bruta, así como según los cambios
sufridos en las prestaciones de la membrana con el paso de los
años.
Por todo ello, puede resultar innecesario
regular manualmente el grado de apertura de las válvulas (25) y
(26), ya que es posible, siguiendo lo dicho, automatizar el
mantenimiento del volumen y la calidad del agua producida.
No alteran la esencialidad de esta invención
variaciones en materiales, forma, tamaño y disposición de los
elementos componentes, descritos de manera no limitativa, bastando
ésta para proceder a su reproducción por un experto.
Claims (4)
1. Dispositivo desalinizador
caracterizado por estar dotado de las estructuras que se
describen a continuación:
- Bomba de alta presión que eleva la presión del
agua bruta traída por los conductos de suministro de agua bruta y
envía el agua bruta aguas abajo.
- Primer módulo de membrana de ósmosis inversa,
instalado aguas abajo de la bomba de alta presión, que separa el
agua bruta en agua producida primaria y en agua concentrada
primaria.
- Segundo módulo de membrana de ósmosis inversa,
instalado aguas abajo del primer módulo de membrana de ósmosis
inversa, que separa el agua concentrada primaria en agua producida
secundaria y en agua concentrada secundaria.
- Conducto de suministro de agua producida que
conduce el agua primaria producida a la cisterna de producción
instalada aguas abajo.
- Conducto de suministro de agua producida
secundaria que conduce el agua producida secundaria aguas
abajo.
- Conducto de regreso, uno de cuyos extremos
está conectado a un extremo del conducto de suministro de agua
producida secundaria y, el otro, al conducto de suministro de agua
bruta.
- Conducto de derivación, uno de cuyos extremos
está conectado a un extremo del conducto de suministro de agua
producida secundaria y, el otro, al conducto de suministro de agua
producida.
- Válvula primera conectada en un punto del
conducto de regreso y/o del conducto de derivación citados.
2. Dispositivo desalinizador según la
reivindicación 1 cuyo grado de apertura de la válvula primaria se
regula de forma automática en función de la temperatura del agua
bruta, para que el volumen y la calidad del agua producida, que se
transfiere a la cisterna de producción, se mantengan
constantes.
3. Dispositivo desalinizador según la
reivindicación 1 caracterizado porque la válvula primera
está conectada en un punto del conducto de regreso; y
adicionalmente el dispositivo comprende las siguientes
estructuras:
- Conducto de desagüe para expulsar el agua
concentrada secundaria.
- Válvula segunda, conectada al conducto de
suministro de agua bruta situada entre la bomba de alta presión y
el primer módulo de membrana de ósmosis inversa.
- Válvula tercera, conectada en un punto del
conducto de desagüe.
- Válvula cuarta, conectada al conducto de
suministro de agua producida.
- Válvula quinta, conectada en un punto del
conducto de derivación.
4. Dispositivo desalinizador según la
reivindicación 3 cuyo grado de apertura de las válvulas primera,
segunda, tercera, cuarta y quinta se regula de forma automática en
función de la temperatura del agua bruta para que el volumen y la
calidad del agua producida, que se transfiere a la cisterna de
producción, se mantengan constantes.
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2008
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