PT3027288T - Métodos e instalações para destilação térmica com compressão mecânica de vapor - Google Patents

Description

DESCRIÇÃO "MÉTODOS E INSTALAÇÕES PARA DESTILAÇÃO TÉRMICA COM COMPRESSÃO MECÂNICA DE VAPOR"

Dominio da invenção A presente invenção refere-se a instalações de destilação que operam de acordo com o principio de destilação térmica por compressão mecânica de vapor (CMV), em especial para dessalinizar ou desmineralizar água com vista à produção de água potável ou água desmineralizada. Técnica anterior A invenção refere-se à utilização de várias inovações relacionadas com métodos e instalações para destilar água por CMV, com o objetivo de reduzir o consumo de eletricidade e os custos de fabrico e operação das unidades ou instalações de desmineralização ou dessa-linização da água baseadas neste método. Todas as inovações implementadas de forma otimizada permitem reduzir o CAPEX das instalações e, em particular, reduzir o seu consumo especifico de eletricidade para valores de pouco menos de 2 a 4 kWh/m3 de destilado produzido. 0 estado da técnica das instalações de dessalinização de água que empregam CMV limita a aplicação deste método devido ao seu consumo muito elevado de eletricidade (8 a 18 kWh/m3 de destilado produzido) em comparação com outros métodos de dessalinização ou desmineralização, tais como as destilações térmicas que utilizam vapor sobretudo segundo os métodos MSF (Destilação Flash Multiestágios) ou MED (Destilação Multiefeitos), cujo consumo de eletricidade auxiliar se situa entre 2 e 8 kWh/m3 de destilado, ou o método de osmose inversa que, no caso da água do mar com uma salinidade igual ou superior a 30 g/1, apresenta um consumo total de 3 a 7 kWh/m3 de permeado produzido (incluindo o pré-tratamento e equipamento acessório). O método de CMV é, no entanto, muito estável e o mais fácil de utilizar em geral entre todos os métodos térmicos de desmineralização ou dessalinização. As várias inovações descritas nestainvenção permitem torná-lo competitivo no mercado, sobretudo em relação ao método de osmose reversa, o qual não requer uma contribuição de energia na forma de vapor, mas que, por outro lado, utiliza técnicas mais complexas, menos estáveis e muitas vezes dificeis de operar.

Generalidades da técnica anterior A descrição das instalações de dessalinização da água pelo método de CMV de acordo com o estado da técnica anterior pode ser resumida como adiante para unidades multiefeitos e unidades de efeito único. Conforme se indica na Figura 1, a unidade tem um invólucro geral (01) e opera sob vácuo parcial para reduzir o ponto de ebulição da água a ser evaporada e condensada. As instalações mais simples de dessalinização de água por CMV utilizam um banho de água em que a superfície é evaporada, e um permutador de calor imerso no banho para a condensação; as unidades modernas compreendem um evaporador/condensador (EC) (11) do tipo tubo ou placa, geralmente com a aplicação de um filme fino descendente de água de alimentação (evaporador de filme descendente) mantido por meio de bicos pulverizadores (12) que distribuem a água a ser evaporada sobre a superfície inteira do EC. 0 EC é construído a partir de um material de transferência de calor de elevada condutividade térmica, tendo uma face/zona para a evaporação (02) e outra para a condensação (05). No caso de unidades com múltiplos efeitos, o vapor criado na face de evaporação do EC de um único efeito é canalizado para a face de condensação do EC do efeito seguinte, até ao último efeito onde o vapor é então transportado e recomprimido antes de ser reciclado para o coletor do primeiro efeito. A unidade é fornecida com um sistema para transportar (03) e comprimir o vapor (04), e equipamento acessório que inclui um sistema de abastecimento da água de alimentação, um sistema para produzir vácuo parcial e eliminar gases não condensáveis (NCGs) [NGC_VAC], um sistema para extrair destilado [Destilado], um sistema para extrair o concentrado [Salmoura]. Desenvolvimentos recentes utilizam sistemas de recuperação de calor das correntes de saída [Destilado] + [Concentrado] para utilizar na corrente de entrada de [Água de alimentação] a fim de melhorar os desempenhos térmicos globais e atingir consumos de eletricidade de 8 a 12 kWh/m3 de destilado.

Formas de realização atuais

Os lideres mundiais em dessalinização por CMV são as empresas SIDEM, DOOSAN e IDE-Technologies. Todas elas operam de acordo com o mesmo método. As instalações de dessalinização da água que utilizam CMV optam por operar a um vácuo pronunciado, em torno de 0,10 a 0,20 bar (a) (são referidas pressões absolutas em todo o documento), a fim de reduzir a temperatura de evaporação para valores de cerca de 40° a 50°C. A diminuição da temperatura de evaporação oferece duas vantagens: em primeiro lugar, uma redução nas perdas de calor de toda a instalação, em segundo lugar, a quase total ausência de formação de carbonato de cálcio por precipitação abaixo da temperatura limite de 60°C a 65°C. Os sistemas de transporte de vapor (03) podem ser internos ou externos ao envoltório geral e estão dimensionados para velocidades de vapor de cerca de 100 m/s. Têm geralmente um compressor por unidade, normalmente do tipo centrífugo, e operam, no caso de unidades de tamanho médio a grande (tipicamente até cerca de 5000 m3/dia) às velocidades típicas dos motores elétricos industriais, ou seja, 1500/1800 rpm/min ou 3000/3600 rpm/min (as velocidades nominais dos motores convencionais com respetivamente 4 polos ou 2 polos, a 50/60 Hz) . 0 esquema típico das atuais instalações de dessalinização de acordo com o método CMV conforme utilizado em projetos industriais e públicos até à data (como por exemplo no documento WG8401022) está apresentado na Figura 1 e compreende: - uma câmara hermética (01) sob vácuo parcial provida de um meio de entrada de água de alimentação [ÁGUA DE ALIMENTAÇÃO], um meio de descarga do destilado [DESTILADO], um meio de descarga de água concentrada [SALMOURA] e um meio para criar pressão negativa e extrair os gases não condensáveis [NCG_VAC], - na câmara hermética, um evaporador/condensador (11) tem zonas/superfícies de evaporação (02) e zonas/superfícies de condensação (05), - um sistema para transportar (03) e comprimir o vapor (04), que proporciona um ciclo de transferência de energia de evaporação e condensação no evaporador/con-densador.

Estas instalações são caracterizadas pelo facto de a entrada da água de alimentação e meios de descarga de destilado e concentrado, assim como os meios para criar pressão negativa e extrair os gases não condensáveis, serem externos à câmara hermética, ou seja, a parte externa do corpo da bomba e o seu motor estão sob pressão atmosférica. O mesmo se aplica ao compressor, cujo motor [MOT] encontra-se no exterior da câmara hermética.

Problemas relacionados com as aplicações atuais 0 problema principal das atuais instalações de dessalinização da água que utilizam CMV é o seu elevado consumo de eletricidade. Este foi atribuído, durante muito tempo, a uma baixa eficiência dos compressores vapor.

Uma análise aprofundada dos equipamentos atuais revela também a importância das perdas de pressão nos tubos de transporte de vapor. As perdas de pressão efetivamente aumentam a temperatura do vapor sem aumentar a pressão e por isso constituem um fenómeno de sobreaquecimento de vapor que vai contra o processo de condensação a jusante. As perdas de pressão, portanto, constituem um duplo prejuízo em termos de energia de compressão: o primeiro no que se refere à queda de pressão, que é necessária compensar em termos de pressão, o outro no que diz respeito ao fenómeno de sobreaquecimento, que torna necessário um aumento da pressão para a condensação ocorrer.

Por fim, a complexidade da implementação de todo o equipamento acessório no exterior da câmara principal (01), tendo de operar sob vácuo parcial e de ser fornecido com um isolamento térmico eficaz, torna muitas vezes a execução imperfeita e sujeita a várias fugas de vácuo e perdas de calor.

Desenvolvimentos recentes

Embora as atuais aplicações não tenham mudado a nível industrial ou público, estão a ocorrer certos desenvolvimentos à escala piloto ao longo das seguintes linhas: observa-se uma tendência para reduzir os comprimentos dos circuitos de transporte de vapor, - em alguns casos, o perfil dos compressores está a tornar-se mais complexo a fim de aumentar a sua eficiência, - noutros casos, com base num contexto conhecido, é sugerida a realização da destilação a pressões mais elevadas do que a pressão atmosférica (e, portanto, a temperaturas superiores a 100°C) a fim de tornar o vapor mais consistente e deste modo aumentar a eficiência da compressão. Porém, mesmo que a eficiência da compressão aumente, esta última forma parece ser inadequada para a dessalinização da água do mar pois, em primeiro lugar, é necessário usar um pré-tratamento complexo para gerir o fenómeno de precipitação e deposição de calcário, e em segundo lugar é contrário à redução das perdas de calor, as quais aumentam com a diferença de temperatura entre o processo e o ambiente.

Sumário da invenção 0 objetivo da invenção é resolver em especial estas desvantagens do estado da técnica anterior. Mais precisamente, a invenção refere-se principalmente à melhoria substancial na eficiência do compressor e à quase total eliminação de perdas de pressão no sistema de transporte de vapor. Neste contexto, as instalações previstas pela presente invenção estão sujeitas a perdas de pressão inferiores a 500 Pa, e de preferência inferiores a 100 PA.

Para este efeito, num primeiro aspecto da invenção, é proporcionada uma instalação de destilação térmica com compressão mecânica de vapor, que compreende: - uma câmara hermética (01), que compreende uma entrada para receber a água de alimentação, uma saida para a descarga do destilado, uma saida para a descarga do concentrado e uma saida para a descarga dos gases não condensáveis ; - um evaporador/condensador (11) constituído por uma zona de evaporação (02) e uma zona de condensação (05) no interior da referida câmara hermética (01); - um compressor (04) conectado a um motor, o compressor sendo capaz de aumentar a pressão do vapor produzido na zona de evaporação (02) e transferi-lo para a zona de condensação (05); - a câmara hermética (01) encontra-se sob vácuo parcial, a pressão no interior da câmara sendo inferior à pressão atmosférica; sendo a configuração da referida instalação tal que o compressor (04) e o seu motor [MOT] estão situados no interior da referida câmara hermética (01), o referido motor compreende um estator e um rotor, os referidos estator e rotor estão totalmente no interior da câmara hermética (01).

De acordo com uma forma de realização vantajosa da invenção, o compressor (04) é um compressor capaz de atingir uma velocidade de rotação superior a 7500 rpm/min ou 15 000 rpm/min, de preferência capaz de atingir uma velocidade de rotação superior a 25 000 rpm/min.

De acordo com outra forma de realização vantajosa, o compressor (04) é do tipo fluxo axial e o motor do compressor está situado na corrente de vapor que flui das zonas de evaporação (02) para as zonas de condensação (05).

De acordo com outra forma de realização preferida, o compressor (04) é composto por pás capazes de atingir uma velocidade periférica superior a 100 m/s, mais de preferência superior a 150 m/s, mais de preferência superior a 200 m/s.

De acordo com outra forma de realização preferida, a pressão dentro da câmara hermética (01) é inferior a 0,75 bar(a), e de preferência inferior a 0,25 bar(a).

De acordo com outra forma de realização vantajosa, a instalação da invenção compreende um compressor de fluxo axial e um tubo (13), de preferência um tubo do tipo Venturi, o referido tubo (13) compreende uma primeira parte e uma segunda parte, em que a área da seção transversal da segunda parte é maior do que a área da seção transversal da primeira parte, o compressor (04) estando colocado no interior da referida primeira parte e a referida segunda parte estando conectada às zonas de condensação (05) do evapora-dor/condensador (11) ou à referida segunda parte que inclui a coletor (29), ou estando conectada ao coletor (29) do evaporador/condensador (11) para admissão do vapor na zona de condensação. De preferência, o referido tubo (13) é constituído por um material condutor de calor. Mais de preferência, o material condutor de calor do referido tubo (13) é o mesmo material usado no fabrico do evapora-dor/condensador.

De acordo com outra forma de realização preferida, a referida instalação da invenção compreende pelo menos um módulo de destilação integrado (14), o referido módulo de destilação integrado (14) sendo composto por um condensador/evaporador, um compressor (04) e um tubo, de preferência um tubo do tipo Venturi (13), o referido tubo (13) compreende uma primeira parte e uma segunda parte, a área da seção transversal da segunda parte sendo maior do que a área da seção transversal da primeira parte, o compressor (04) estando colocado dentro da referida primeira parte e a referida segunda parte estando conectada à zona de condensação (05) do evaporador/condensador (11) ou à referida segunda parte que inclui o coletor (29), ou estando conectada ao coletor (29) do evaporador/condensador (11) para admissão do vapor na zona de condensação.

De acordo com outra forma de realização preferida, a referida instalação da invenção compreende uma bomba de abastecimento da água de alimentação (15), uma bomba de extração do destilado (16), uma bomba de extração do concentrado (17), uma bomba de vácuo (19) para a extração de gases não condensáveis, pelo menos uma das referidas bombas e o seu motor estando completamente dentro da câmara hermética .

De preferência, a referida instalação da invenção compreende uma bomba de recirculação do concentrado (18) para transportar o concentrado para a zona de evaporação do evaporador/condensador. Vantajosamente, a referida bomba de concentração-recirculação e o seu motor estão completamente dentro da câmara hermética (01).

Vantajosamente, todas as referidas bombas de extração de destilado e extração de concentrado assim como a bomba de recirculação (16, 17, 18) e os seus motores estão completamente dentro da câmara hermética (01).

De preferência, a referida instalação da invenção compreende - elementos de controlo (23, 27) para controlar o abastecimento da água de alimentação, as taxas de extração de destilado e extração de concentrado; e/ou - permutadores de calor entre a corrente de entrada da água de alimentação e as correntes de sarda do destilado, concentrado e gases não condensáveis.

De acordo com outra forma de realização preferida, o evaporador/condensador da referida instalação da invenção compreende um coletor (29) para admissão do vapor à zona de condensação, o referido coletor (29) tendo uma seção transversal total (29) e uma seção transversal de admissão composta pela soma das secções transversais de entrada nas zonas de condensação (05) , a relação entre a seção transversal de admissão nas zonas de condensação (05) e a seção transversal total (29) do coletor sendo superior a 70% ou 80%, de preferência, superior a 90% ou 95%.

De acordo com outra forma de realização vantajosa da invenção, o compressor (04), o coletor (29) e/ou, opcionalmente, o tubo (de preferência, um tubo de Venturi) (13) e o evaporador/condensador (11) estão alinhados, o coletor (29) e o tubo podendo transportar o vapor dentro da zona de condensação (05) do evaporador/condensador num eixo retilíneo.

De acordo com outra forma de realização preferencial, a área da seção transversal da zona de condensação (05) da referida instalação de destilação da invenção diminui na direção do fluxo do vapor.

De acordo com outra forma de realização preferida, a referida instalação da invenção compreende um sistema de adição complementar de calor para manter constante a temperatura dentro da câmara hermética. De preferência, o referido sistema de adição complementar de calor é composto por um elemento elétrico ou uma bomba de calor.

De acordo com uma última forma de realização particularmente preferida, a invenção proporciona um módulo de destilação integrado (14) para uma instalação de destilação térmica, caracterizado por compreender um condensador/evaporador, um compressor (04) conectado a um motor e um tubo (13), o referido tubo (13) compreendendo uma primeira parte e uma segunda parte, a área da seção transversal da segunda parte sendo maior do que a área de seção transversal da primeira parte, o compressor (04) estando dentro da referida primeira parte e a referida segunda parte estando conectada à zona de condensação (05) do evaporador/condensador.

Num segundo aspecto da invenção, é proporcionada uma instalação de destilação térmica por compressão mecânica de vapor constituída por (i) uma câmara hermética (01) com uma entrada para a água de alimentação, uma saida para a descarga do destilado, uma saida para a descarga do concentrado e uma saida para a descarga dos gases não condensáveis; (ii) um evaporador/condensador (11) constituído por uma zona de evaporação (02) e uma zona de condensação (05) dentro da referida câmara hermética (01) e (iii) um compressor (04) conectado a um motor; a área da seção transversal da referida zona de condensação (05) diminuindo e de preferência diminuindo de forma continua e linear no sentido do fluxo de vapor. De preferência, a câmara hermética (01) está sob vácuo parcial, à pressão no interior da referida câmara sendo inferior à pressão atmosférica. A redução nas perdas de pressão do sistema de transporte de vapor poderá também ser alcançada por um dimensionamento invulgarmente grande dos tubos de vapor (06) e/ou da configuração hidráulica (por exemplo, o compressor).

Num último aspecto da invenção, é proporcionada uma instalação de destilação térmica por compressão mecânica de vapor, constituída por (i) uma câmara hermética (01) com uma entrada para a água de alimentação, uma saida para a descarga do destilado, uma saida para a descarga do concentrado e uma saida para a descarga dos gases não condensáveis; (ii) um evaporador/condensador (11) constituído por uma zona de evaporação (02) e uma zona de condensação (05) no interior da referida câmara hermética (01) ; (iii) um compressor (04) conectado a um motor, o compressor sendo capaz de aumentar a pressão do vapor produzido na zona de evaporação (02) e transferi-lo para a zona de condensação (05); o referido o compressor (04) sendo do tipo de fluxo axial com defletores ou aletas, tendo de preferência um diâmetro ou dimensões superiores a 50 cm, de preferência superiores a 100 cm ou até mesmo superiores a 200 cm. De preferência, o referido motor encontra-se no interior ou no exterior da câmara hermética. De preferência, a câmara hermética (01) está sob vácuo parcial, à pressão no interior da referida câmara sendo inferior à pressão atmosférica.

Breve descrição das figuras

Estes aspectos, bem como outros aspectos da invenção serão esclarecidos na descrição minuciosa de certas formas de realização da invenção, sendo feita referência às figuras, em que: A Figura 1 apresenta o diagrama tipico de instalações de dessalinização do estado da técnica anterior em conformidade com o método CMV. A Figura 2 apresenta uma forma de realização de uma instalação de destilação de acordo com a presente invenção, em que o motor inteiro [MOT] do compressor (04) está no interior do envoltório geral sob vácuo parcial. A Figura 3 apresenta uma forma de realização de uma instalação de destilação de acordo com a presente invenção, em que o motor inteiro [MOT] do compressor (04) está colocado no interior da câmara hermética (01), não estando visivel qualquer tubagem de transporte de vapor. O compressor pode estar integrado na estrutura de suporte do evaporador/condensador. A Figura 4 apresenta o diagrama típico de instalações de dessalinização de grandes dimensões pelo método CMV que inclui tubos de vapor grandes (06). A Figura 5 retrata uma forma de realização de uma instalação de destilação de grandes dimensões, em que o motor inteiro [MOT] do compressor (04) está instalado no envoltório sob vácuo parcial (dentro da câmara hermética (01)) e em que a tubagem e o compressor têm um dimensionamento invulgarmente grande. A Figura 6 apresenta uma forma de realização de uma instalação de destilação de acordo com a presente invenção, em que o motor inteiro [MOT] do compressor (04) está colocado no interior da câmara hermética (01), o compressor (04) e o seu motor [MOT] estando dispostos contiguamente ao evaporador/condensador (11) na entrada das zonas de condensação (05). A Figura 7 apresenta uma forma de realização de uma instalação de destilação de acordo com a presente invenção, em que o motor inteiro [MOT] do compressor (04) está colocado no interior da câmara hermética (01), o compressor (04) e o seu motor [MOT] estão dispostos numa câmara do compressor (09) contiguamente ao evaporador/condensador (11) na entrada para as zonas de condensação (05) . A Figura 8 apresenta uma câmara de compressão sob a forma de um tubo de Venturi. A Figura 9 apresenta um módulo de destilação integrado, compreendendo um evaporador/condensador (11) e um compressor (4) e o seu motor; o compressor estando disposto numa câmara de compressão sob a forma de um tubo de Venturi (13) . A Figura 10 retrata uma forma de realização de uma instalação de destilação de acordo com a presente invenção, composta por vários módulos de destilação integrados. A Figura 11 apresenta uma forma de realização de uma instalação de destilação de acordo com a presente invenção, em que o equipamento acessório está integrado no interior do envoltório geral sob vácuo parcial, ou seja a bomba de recirculação e o seu motor (18), a bomba de abastecimento da água de alimentação e o seu motor (15), a bomba de extração do destilado e o seu motor (16), a bomba de extração do concentrado e o seu motor (17) e a bomba para extração de gases não condensáveis e criação de vácuo e o seu motor (19) . A Figura 12 apresenta dois meios para regular os caudais de entrada e de saida de acordo com rácios fixos. À esquerda, as três bombas de abastecimento e de extração de destilado e concentrado (20, 21, 22) são do tipo volumétrico e acopladas a um mecanismo comum acionado por um único motor; desta forma, os caudais de entrada e saida estão constantemente no mesmo rácio seja qual for à velocidade de rotação do motor comum, o referido rácio definindo a taxa de conversão da unidade de destilação. À direita, as referidas três bombas de abastecimento e de extração de destilado e concentrado (24, 25, 26) são de qualquer tipo, cada uma condicionada por um elemento de variação de velocidade, o referido elemento sendo controlado para fixar os caudais de entrada e de saida de acordo com a taxa de conversão requerida da unidade de destilação. A Figura 13 retrata as zonas de condensação de um evaporador/condensador, em que a seção transversal das zonas de condensação diminui com o trajeto do vapor. A Figura 14 apresenta uma forma de realização do evaporador/condensador que utiliza tubos cónicos, com extremidades de grande diâmetro que estão simplesmente colocadas lado a lado, proporcionando uma relação entre a seção transversal de admissão nas zonas de condensação (05) e uma seção transversal total (29) do coletor superior a 70%. A Figura 15 apresenta formas de realização alternativas do evaporador/condensador, compreendendo tubos com uma seção transversal inicial hexagonal, triangular ou quadrada, proporcionando relações entre a seção transversal de admissão nas zonas de condensação (05) e uma seção transversal total (29) do coletor superior a 95%. A Figura 16 apresenta uma forma de realização alternativa do coletor (30) do evaporador/condensador e do próprio evaporador/condensador, em que o coletor tem sardas contíguas e anguladas/perfiladas que resultam em perdas de pressão muito baixas, tornando possível produzir um evaporador/condensador concebido com simples tubos cilíndricos .

Lista de referências presentes nas figuras (1) uma câmara hermética; (2) uma zona de evaporação (do evaporador/condensador); (3) um sistema de transporte de vapor ou um tubo de vapor; (4) um compressor (conectado a um motor [MOT]); (5) uma zona de condensação (do evaporador/condensador); (6) um tubo de grandes dimensões; (7) a entrada das zonas de condensação; (8) uma câmara de abastecimento do evaporador/condensador; (9) uma câmara do compressor; (11) um evaporador/condensador; (12) um bico de pulverização; (13) um tubo de Venturi ou uma câmara de compressor sob a forma de um tubo de Venturi; (14) um módulo de destilação integrado; (15) uma bomba de abastecimento de água de alimentação; (16) uma bomba de extração de destilado; (17) uma bomba de extração de concentrado; (18) uma bomba de recirculação de concentrado; (19) uma bomba de vácuo de extração de gases não condensáveis; (20) (21) (22) bombas de abastecimento de água de alimentação e extração de concentrado e destilado sem os seus motores; (23) uma unidade de acionamento e motor comuns às três bombas de abastecimento e extração determinando um rácio fixo entre as referidas bombas; (24) (25) (26) bombas de abastecimento de água de alimentação e extração de concentrado e destilado; (27) um elemento de controlo (por exemplo, para controlar os caudais de entrada ou saída); (28) a seção transversal da entrada da zona de condensação do evaporador/condensador; (29) um coletor de admissão de vapor à zona de condensação; (30) um coletor perfilado de admissão de vapor à zona de condensação, tornando possivel conceber o evaporador/condensador através de simples tubos cilíndricos.

As figuras não estão desenhadas à escala. Geralmente, elementos iguais são indicados nas figuras por referências iguais.

Descrição da invenção A presente invenção refere-se às instalações que operam de acordo com o principio de destilação térmica utilizando compressão mecânica de vapor. A invenção refere-se sobretudo à melhoria substancial na eficiência do compressor e à quase total eliminação de perdas de pressão no sistema de transporte de vapor.

Em pelo menos uma das suas formas de realização (por exemplo, a Figura 7), a invenção é aplicada utilizando um compressor (04) que opera a velocidades de rotação suficientemente altas e compatíveis com uma densidade muito baixa e uma excelente elasticidade do vapor mantido a, por exemplo, menos de 0,1 a 0,5 bar(a), e para deste modo manter uma eficiência de compressão vantajosa.

Esta aplicação é possível, em unidades de todos os tamanhos, devido à ideia inventiva de colocar o motor inteiro [MOT] (tal como, por exemplo, ilustrado na Figura 7) do compressor no interior da câmara hermética, ou mesmo diretamente na corrente de vapor. De preferência, o referido motor é um motor elétrico compatível com uma atmosfera de 100% de humidade relativa, por exemplo, um motor elétrico comercialmente disponível numa versão para os trópicos, e/ou dotado de um orifício que permita qualquer condensação emergir do estator, e/ou cujas ligações elétricas estão soldadas e seladas com uma bainha de resina que contrai com o calor, ou estendendo os condutores do estator até um invólucro decalado, e/ou cujos enrolamentos são substituídos por rolamentos estanques. O compressor e o motor, especialmente no caso de um compressor e o seu motor de tamanho reduzido, podem assim operar a velocidades de rotação de cerca de vários milhares, ou dezenas ou mesmo centenas de milhares de rotações por minuto (rpm/min) em virtude da ausência da junta de estanqueidade para vedar o vácuo no veio do motor/compressor.

Esta aplicação é substancialmente mais vantajosa pois o tamanho dos motores elétricos diminui, para uma potência igual, com a sua velocidade de rotação nominal, principalmente a velocidades altas. O problema das necessidades de espaço para o motor numa configuração de turbina de alta eficiência do tipo fluxo axial com deflectores (ventilador axial de pás) torna-se por isso menos restritivo.

Em virtude desta invenção, é agora possível posicionar um compressor em qualquer ponto ideal no trajeto ou fluxo de vapor desde as zonas de evaporação para as zonas de condensação, reduzindo ao máximo a complexidade e o comprimento deste circuito.

Agora é também possivel usar turbinas razoavelmente pequenas (ou seja, de preferência com dimensões inferiores a 30 cm ou 50 cm) , girando a alta velocidade, dotadas de pás finas, fáceis de equilibrar e produzidas economicamente por métodos de moldagem/injeção.

Note-se que um dos domínios da invenção refere-se à produção de instalações de água potável por dessalinização da água do mar, principalmente instalações muito grandes, com uma capacidade de produção diária de 10 a 1000 mld (milhões de litros por dia), ou até mais.

Nesta área os investimentos são grandes e baseiam-se necessariamente na credibilidade das instalações existentes. Desta forma, é usual para as instalações de acordo com os novos métodos serem construídas primeiro em tamanhos pequenos, e depois, ao longo dos anos, aumentarem em tamanho juntamente com a sua credibilidade. É na prática impossível financiar uma grande instalação ou uma grande instalação de dessalinização por CMV sem que instalações ou unidades pequenas tenham demonstrado a sua capacidade de produção e a sua boa credibilidade, o que leva anos.

Um dos aspectos da invenção consiste em introduzir, de uma forma geral neste contexto, um compressor do tipo fluxo axial (com defletores, ventilador axial de pás, ou sobrepressor, ou compressor) na técnica de dessalinização por CMV, que necessariamente combina o uso de pequenas unidades, envolvendo pequenas turbinas girando a alta velocidade. Este procedimento foi possivel em virtude da ideia da invenção de introduzir o motor do compressor (MOT) no interior da câmara hermética (01). O principio geral de um primeiro aspecto da invenção baseia-se na colocação do compressor (04) e do seu motor [MOT] numa instalação de destilação térmica por CMV. Portanto, num primeiro aspecto, a invenção proporciona uma instalação de destilação térmica por CMV que compreende uma câmara hermética (01) sob vácuo parcial, um evaporador/compressor (11) constituído por uma zona de evaporação (02) e uma zona de condensação (05) no interior da referida câmara hermética (01), e um compressor ligado a um motor, em que o compressor é capaz de aumentar a pressão do vapor produzido na zona de evaporação e transferi-lo para a zona de condensação, em que referido compressor e o seu motor (04) estão no interior da câmara hermética (01), o referido motor constituído por um estator e um rotor, o referido estator e o referido rotor estando completamente dentro da câmara hermética.

Este arranjo, representado esquematicamente, por exemplo, nas Figuras 2, 3, 6, 7, 10 e 11, tem várias vantagens: torna possivel montar o motor acoplado diretamente à turbina do compressor; - deixa de ser necessário o uso de uma junta de estanqueidade ou vedação anteriormente necessários para vedar o vácuo da instalação, - torna possível colocar cuidadosamente a peça única de compressor/motor mais ou menos em qualquer luqar no caminho do vapor entre as zonas de evaporação e as zonas de condensação; isto, por sua vez, torna possível simplificar consideravelmente o circuito de transporte do vapor e reduzir as perdas de pressão para um valor de quase zero (por exemplo, nas Fiquras 6, 7, 10, 11), - torna possível recuperar diretamente a enerqia térmica dissipada pelo motor elétrico do compressor na câmara hermética, por exemplo, por meio de um simples circuito de refrigeração na recirculaçao de água ou no abastecimento da água de alimentação, sem qualquer restrição de pressão diferencial (a diferença de pressão entre o interior da câmara hermética (01) e a pressão atmosférica no exterior da unidade), simplifica o invólucro exterior da câmara hermética e torna mais fácil isolá-la termicamente.

Este arranjo é viabilizado a nível técnico pelo simples uso de um verniz isolante em todas as bobinas do rotor e estator. É também possível colocar por vazamento os enrolamentos em blocos trabalhados de resina, oferecendo a proteção necessária contra a atmosfera de vapor saturado.

De acordo com uma forma de realização preferencial, o compressor é um compressor com uma velocidade de rotação superior a 7500 rpm/min, de preferência superior a 12 000 rpm/min, ou até mesmo superior a 15 000 rpm/min, 20 000 rpm/min ou 25 000 rpm/min. Isto é possível em virtude do aspecto anterior, uma vez que deixa de ser necessário um vedante no veio do motor/compressor.

De preferência, o compressor e o motor são um pequeno compressor e motor. O termo "pequeno compressor/motor" significa um compressor com um diâmetro ou dimensões inferiores a 50 cm, 30 cm, ou até mesmo inferiores a 20 cm ou 15 cm, o motor tendo um diâmetro inferior ao da turbina do compressor, ou seja respetivamente inferior a 40 cm, 20 cm, 15 cm ou 10 cm. 0 referido pequeno compressor é capaz de atingir ou operar a velocidades de rotação superiores a 10 000 rpm/min, 15 000 rpm/min ou até 25 000 rpm/min, ou expresso de outro modo, é capaz de atingir ou operar a velocidades de rotação de entre 10 000 rpm/min e 200 000 rpm/min, de preferência entre 25 000 rpm/min e 200 000 rpm/min. Estas velocidades de rotação elevadas do pequeno compressor tornam possível atingir velocidades periféricas elevadas acima de 50 m/s, de preferência acima de 75 m/s, mais de preferência acima de 100 m/s, como por exemplo < 150 m/s ou < 200 m/s. A velocidade periférica é definida como a velocidade linear das extremidades das pás, isto é, a velocidade de rotação multiplicada pelo comprimento do raio do compressor ou das pás do compressor. Além disso, esta alta velocidade periférica torna possível atingir uma eficiência de compressão elevada (ou seja, uma eficiência > 75%, ou até mesmo > 80% ou > 85%) sob condições de vácuo parcial (em que o vapor tem uma densidade muito baixa e alta elasticidade).

De igual modo, o vantajosamente pequeno tamanho dos motores de alta velocidade (a titulo de exemplo, até 0,04 m de diâmetro com um motor de 4 kW), cujo diâmetro pode ser semelhante ao do cubo do compressor (por exemplo, uma turbina axial), torna possível evitar qualquer obstrução adicional à passagem do vapor, ou apenas muito pequena. Além disso, no caso de um compressor e do seu pequeno motor, é possível reduzir os custos de fabrico.

Um perito na especialidade sabe como calcular as velocidades de rotação para se obter o caudal de vapor necessário (variável de acordo com a temperatura do banho da instalação) .

Este arranjo torna possível manter desempenhos de alta eficiência dos compressores num ambiente de vapor com uma pressão muito baixa. Isto porque o vapor com uma pressão baixa de 0,1 a 0,5 bar (a), de preferência de 0,1 a 0,2 bar(a), tem uma densidade proporcionalmente inferior à do ar e uma elasticidade aumentada. Se for desejado um compressor de alta eficiência, tal como um compressor de fluxo axial com defletores, para obter uma eficiência de cerca de 85% (na parte da compressão simples de fluido), este estado de densidade muito baixa e alta elasticidade do fluido a ser comprimido torna necessário, entre outras coisas, aumentar a velocidade de repetição dos batimentos das pás do compressor num espaço definido. Este aumento na repetição dos batimentos das pás é obtido aumentando tanto o número de pás como a velocidade de rotação.

Se não for possível aumentar a velocidade de rotação, que é especialmente o caso de pequenos compressores e motores, poderão ser apenas utilizados compressores de efeito centrífugo a velocidades periféricas elevadas, de mais de 50 m/s (e, portanto, grandes compressores centrífugos com um diâmetro superior a 50 cm ou 1 m) , uma vez que, devido à sua configuração, a corrente de vapor que entra no compressor não tem outra alternativa senão emergir nas pás da turbina sob o efeito da força centrífuga. No entanto, estes compressores não só têm baixa eficiência (na parte da compressão simples de fluido), como também não se integram bem no trajeto do vapor, como é o caso da destilação por CMV, para reduzir tanto quanto possível as perdas de pressão hidráulica associadas ao transporte do vapor. O método pode funcionar com um desempenho ligeiramente inferior utilizando outros tipos de turbina, desde que estas sejam operadas a uma velocidade de rotação alta. Por exemplo, uma simples turbina rotativa de fluxo radial torna possível eficiências de até cerca de 75% (na parte de compressão simples). Outros tipos de turbinas, tais como rodas centrífugas com pás perfiladas ou inclinadas (ventilador, sobrepressor ou compressor curvados ou inclinados para trás), têm desempenhos vantajosos mas são menos adequados para a configuração em linha da forma de realização preferencial da invenção.

De acordo com uma forma de realização preferida da invenção, o compressor é do tipo fluxo axial com defletores ou aletas, e o motor do compressor está localizado diretamente na corrente de vapor, a referida corrente de vapor fluindo das zonas de evaporação (02) para as zonas de condensação (05) . Uma vez que o tamanho e o diâmetro dos motores elétricos diminuem a uma potência nominal igual com a velocidade de rotação nominal, os motores de alta velocidade têm a vantagem de ser possível abrigar o motor no espaço cilíndrico adjacente à turbina, tendo um diâmetro equivalente ou inferior ao seu cubo. Isto torna possível projetar facilmente, para turbinas pequenas, uma carcaça de deflexão central perfilada integrando o motor, o qual não interfere com a corrente de vapor que passa através da turbina e das suas partes a montante e a jusante.

De preferência, a pressão dentro da câmara hermética (01) é inferior a 0,75 bar (a), de preferência inferior a 0,5 bar (a), ou até inferior a 0,25 bar (a). A destilação de água mineralizada, em particular da água do mar, pode em princípio ter lugar a todas as pressões, desde que a temperatura do método corresponda ao ponto de ebulição do fluido a uma determinada pressão. Com exceção da variância ebulioscópica gerada pela salinidade da água do mar, a relação entre o ponto de ebulição e a pressão é governada pelo diagrama de Mollier.

No entanto, dependendo da faixa de temperatura escolhida, há algumas limitações. Uma limitação importante no contexto da dessalinização da água do mar é a gestão dos precipitados e as incrustações do equipamento interno, especialmente do permutador. Tendo em conta o limite critico de temperatura de 60° a 65°C, abaixo da qual a formação de precipitados, principalmente carbonatos, é muito reduzida, os métodos e as instalações de acordo com as várias formas de realização da presente invenção operam de preferência a temperaturas e pressões respetivamente abaixo de 70°C e 0,31 bar (a), mais de preferência abaixo de 60°C e 0,2 bar (a). Além disso, é nestas faixas de baixas pressões que o tipo de compressor da invenção apresenta os melhores desempenhos.

De acordo com uma forma de realização preferida da invenção, o compressor, de preferência um compressor de fluxo axial, encontra-se alojado num tubo, de preferência um tubo de Venturi (13) (Figura 8), o referido tubo sendo composto por uma primeira parte e uma segunda parte, a área da seção transversal da segunda parte sendo maior do que a área da seção transversal da primeira parte, o compressor (04) sendo colocado dentro da referida primeira parte e a referida segunda parte estando conectada às zonas de condensação do evaporador/condensador, ou ao coletor, ou a referida segunda parte em si formando uma parte do coletor. De preferência, o diâmetro do referido tubo muda (aumenta) gradualmente com o caminho do vapor, em conformidade com uma geometria semelhante a um tubo de Venturi, permitindo um fluxo laminar do vapor até este atingir um diâmetro que é hidraulicamente compatível com o coletor (29) ou com a seção de entrada das zonas de condensação do evaporador/condensador. No caso do compressor de fluxo axial, o tubo de Venturi, com um diâmetro menor numa parte do referido tubo (por exemplo, no meio) , assegura várias vantagens: - o fluido a ser comprimido sofre um aumento na velocidade, o qual é necessário para a alimentação da turbina a fim de aumentar o rendimento da mesma, - em virtude do aumento de velocidade do fluido na turbina, há uma redução na pressão de acordo com o teorema de Bernoulli (efeito Venturi) que contribui para a redução ou mesmo eliminação da formação de precipitados nas pás da turbina, os quais são causados pela condensação gerada nas pás nos pontos de alta pressão (note-se que o vapor está saturado à entrada do tubo). 0 uso de um tal tubo (do tipo Bernoulli/Venturi) acelera o fluido ao mesmo tempo que a sua pressão diminui, sem qualquer perda de energia entre a entrada e a sarda do tubo, num qualquer intervalo de perdas de pressão As referidas perdas de pressão podem ser muito reduzidas através de uma concepção especial para cada configuração de caudais e pressões, utilizando defletores na entrada para impedir a formação de vórtices.

De acordo com outra forma de realização preferida, a câmara do compressor (09), em particular sob a forma de um tubo, de preferência sob a forma de um tubo de Venturi (13), é constituída por um material condutor de calor, que é de preferência o mesmo material utilizado no fabrico do evaporador/condensador. Esta opção contribui para o arrefecimento da parte do tubo diretamente na proximidade da turbina, a qual sofre um aumento de temperatura devido à alta turbulência presente neste ponto. Esta opção torna assim possível contribuir, mesmo que ligeiramente, para o menor aumento possível de temperatura na etapa de compressão, pois qualquer aumento de temperatura resulta no sobreaquecimento do vapor e subsequente inibição da necessária condensação.

Em conformidade com outra forma de realização, a presente invenção proporciona uma instalação de destilação térmica com compressão mecânica de vapor, que compreende pelo menos um módulo de destilação integrado (Figura 9), o referido módulo de destilação integrado (14) constituído por um evaporador/condensador (11), um compressor (04) e uma câmara de compressor (09) de preferência sob a forma de um tubo de Bernoulli/Venturi (como descrito atrás) (13) . Esta forma de realização da invenção pode ser implementada através da instalação de apenas um ou de uma pluralidade de módulos integrados de destilação no compartimento hermético (Figura 10). Numa instalação com vários módulos integrados de destilação no mesmo compartimento hermético, todos os serviços auxiliares (água de alimentação, NCG_VAC, destilado, concentrado) podem ser comuns e, consoante o caso, o resultado é uma economia de escala. Esta forma modular de projetar uma instalação de dessalinização da água torna possível construir instalações com uma capacidade muito elevada, utilizando muitos módulos integrados de destilação de tamanho pequeno construídos em série (por exemplo, fabricados por moldagem e injeção), numa forma menos dispendiosa. A titulo de exemplo, o custo de produção marginal de 25 conjuntos consistindo de turbina molda-da/injetada e tubo prensado, cada um com uma capacidade de 1 m3/h de acordo com o método aqui descrito, não deverá exceder alguns centésimos do custo da parte mecânica de um compressor incluido numa unidade CMV com capacidade de 25 m3/h comercializada atualmente.

De acordo com outra forma de realização preferida (Figura 11), a referida instalação de destilação térmica com compressão mecânica de vapor é constituída por uma bomba de abastecimento de água de alimentação (15) , uma bomba de extração de destilado (16), uma bomba de extração de concentrado (17) e uma bomba de vácuo para extrair os gases não condensáveis (19), em que pelo menos uma das referidas bombas e o seu motor estão completamente dentro do compartimento hermético. De acordo com uma variante preferencial desta forma de realização, a extração de destilado, extração de concentrado e bombas de recirculação, bem como seus motores, estão totalmente dentro do compartimento hermético. Este arranjo tem várias vantagens importantes: - simplifica a construção das referidas bombas uma vez que, tal como referido atrás para o caso do compressor, no interior da câmara hermética, as referidas bombas já não necessitam de vedação ou de uma junta resistente ao vácuo no veio do motor/bomba; - simplifica a forma e a execução do isolamento térmico da câmara hermética uma vez que já não é necessário estender o isolamento térmico dos tubos de alimentação e extração para lá das bombas, as quais estão normalmente instaladas no exterior do bloco principal do compartimento hermético; - torna possível recuperar diretamente a enerqia térmica dissipada pelas bombas e os seus motores a fim manter a temperatura do banho de áqua a ser evaporado.

De acordo com outra forma de realização preferencial, a referida instalação de destilação térmica que utiliza compressão mecânica de vapor é constituída por uma bomba de recirculação do concentrado (Figura 11) (18) para transportar/circular o concentrado na zona de evaporação do evaporador/condensador. Este arranjo, o qual se sabe aumentar a taxa de conversão das instalações de destilação, é fácil de implementar em compartimentos sob vácuo parcial mediante a ideia de colocar a bomba de recirculação inteira (ou seja, completa com o seu motor) no interior da câmara hermética. De igual modo como para o compressor e para as outras bombas instaladas no compartimento hermético, este arranjo tem as seguintes semelhantes vantagens: - simplifica a construção das referidas bombas uma vez que, tal como referido atrás para o caso do compressor, no interior da câmara hermética, as referidas bombas já não necessitam de vedação ou de uma junta resistente ao vácuo no veio do motor/bomba; além disso, toda parte a jusante das bombas de extração e recirculação, que está sob vácuo e dá origem a vários conhecidos problemas de cavitação, é bastante reduzida; - simplifica a forma e a execução do isolamento térmico da câmara hermética uma vez que já não é necessário estender o isolamento térmico dos tubos de alimentação e extração para lá das bombas, as quais estão normalmente instaladas no exterior do bloco principal do compartimento hermético; - torna possível recuperar diretamente a energia térmica dissipada pelas bombas e pelos seus motores para manter a temperatura do banho de água a ser evaporado. A recirculação do concentrado torna possível desconectar o sistema de pulverização (12) do sistema de abastecimento de água de alimentação, com as vantagens de permitir a pulverização a uma taxa diferente ou superior à que é normalmente requerida pela taxa de conversão do efeito, e de poder aumentar a taxa de conversão do efeito até valores de 50% ou mais. A referida instalação de destilação térmica com compressão mecânica de vapor compreende permutadores de calor entre a corrente de entrada da água de alimentação e as correntes de saída de destilado, concentrado e gases não condensáveis, bem como elementos de controlo (23, 27) para controlar os caudais de abastecimento da água de alimentação, extração de destilado e extração de concentrado. Uma vez que a temperatura do método está definida de preferência abaixo dos 70°C ou 60°C, mais de preferência entre 40° e 60°C, é necessário assegurar que a energia térmica contida no compartimento hermético não seja descarregada continuamente para o exterior e deste modo perdida, uma vez que o banho a ser destilado é renovado com água de alimentação, e o destilado, concentrado e outros gases não condensados são extraídos. Cada perda de calor deve ser compensada com uma fonte adicional de energia, quer através de um meio de aquecimento, quer por excesso de operação do compressor. Para evitar essas perdas de calor, é necessário instalar um permutador multicorrentes que, num sentido, aquece a água de alimentação de entrada e, no outro sentido, recupera a energia de calor das correntes de saida.

Para garantir a operação ideal do permutador de calor multicorrentes, é essencial que as quantidades de calor trocadas por unidade de tempo sejam equivalentes, caso contrário surgirão diferenças de temperatura nas descargas do permutador relativamente à temperatura do meio receptor. Uma vez que as temperaturas no processo são constantes e as temperaturas externas variam pouco, é necessário que os caudais dos fluidos em permutação de calor se mantenham estáveis. Neste contexto, uma forma de realização muito simples compreende a colocação de medidores de caudal em cada uma das linhas de entrada e saida e condicionar as velocidades das respetivas bombas de alimentação e extração a um valor fixo de caudal.

Um dos três controlos de caudal terá, no entanto, de ser adaptado ao controlo do nível do banho de água a ser destilado ou do reservatório de destilado dependendo se o compressor opera a uma velocidade fixa ou controlada, a fim de compensar, a longo prazo, as diferenças na produção que resultarão das várias imprecisões nos caudais e temperaturas dos fluidos em causa.

Outra forma de realização deste aspecto é considerar uma bomba de extração de destilado regulada pelo nível de destilado a ser extraído e depois regular as bombas de abastecimento da água de alimentação e de extração de concentrado pela taxa de extração do destilado em conformidade com um rácio fixo determinante da taxa de conversão. Desta forma, os caudais das correntes de entrada e saída são continuamente equilibrados e os permutadores de calor entre estas correntes operam otimamente. Uma forma de realização desse aspecto que é indicada para pequenas unidades é considerar a utilização de bombas volumétricas acopladas em conformidade com um rácio fixo (Figura 12, à esquerda), determinante da taxa de conversão da unidade, sendo o conjunto condicionado pelo nível de extração de destilado. Uma opção preferencial é então utilizar a pressão absoluta encontrada na entrada da bomba de abastecimento de água de alimentação como energia mecânica para operar todas as três bombas (20, 21, 22) através do mecanismo comum de acionamento (23). Para unidades maiores, uma forma de realização é dotar cada bomba centrífuga com um medidor de caudal e regulá-la por variadores de frequência de acordo com um controlo em que o referido rácio fixo determina a taxa de conversão da unidade.

De acordo com outra forma de realização preferencial, o referido evaporador/condensador da referida instalação de destilação térmica com compressão mecânica do vapor compreende um coletor (29) para admissão de vapor à zona de condensação, o referido coletor (29) tendo uma seção transversal total (29) e uma seção transversal de admissão composta pela soma das secções transversais de entrada das zonas de condensação (5), o rácio entre a seção transversal total de admissão nas zonas de condensação (05) e a seção transversal total (28) do coletor (29) sendo superior a 70% ou 80%, e de acordo com uma forma de realização preferencial, superior a 90 ou 95%, reduzindo consideravelmente as perdas de pressão do vapor que entra nas zonas de condensação. Isto acontece porque, numa forma de realização do método CMV como descrita neste documento, onde um dos objetivos principais é reduzir o consumo de energia (elétrica) da instalação, incluindo a grande redução nas perdas de pressão, é realmente necessário ter em conta que cada perda pressão hidráulica gerada no vapor é convertida em energia térmica, ou seja, causa um aumento de temperatura no fluido e/ou obstáculo que provoca a referida perda de pressão hidráulica. Como já referido atrás, este aumento de temperatura do vapor a uma determinada pressão transforma o vapor em vapor sobrea-quecido. Uma vez que o vapor sobreaquecido não é fácil de condensar, este fenómeno, a nivel energético, contraria o método de CMV, penalizando-o de duas formas: - é requerida mais pressão de modo a compensar as perdas de pressão, o que é lamentável face aos desempenhos limitados dos compressores de vapor, ainda mais com vapor a pressão reduzida, - requer um aumento na pressão de trabalho ou condensação para iniciar o fenómeno de condensação.

Por este motivo, um objetivo principal é eliminar tanto quanto possivel as perdas de pressão ao longo de todo o trajeto do vapor. A forma preferencial de aplicação deste principio é projetar um permutador com uma abertura máxima para o vapor ou, por outras palavras, com uma seção transversal de admissão do vapor nas zonas de condensação de pelo menos 70% ou 80%, de preferência pelo menos 90 ou 95% da seção transversal total do coletor (29) (28) . Isto pode ser realizado de várias formas, incluindo as seguintes formas de realização preferenciais: - um conjunto de tubos redondos (Figura 14), de preferência com uma seção transversal decrescente (Figura 13), cujas partes que recebem o vapor são contiguas a fim de obter um rácio de abertura grande (07) no caso de tubos de seção cilíndrica; _ um conjunto de tubos que podem ser ajustados entre si (seção transversal hexagonal, quadrada ou triangular) (Figura 15), de preferência com uma diminuição de seção (Figura 13), cujas partes que recebem o vapor são contíguas a fim de obter um rácio de abertura máximo (07); esta forma de realização é no entanto mais cara por causa da forma mais complexa do tubo; - um conjunto de tubos redondos convencionais com uma seção constante (Figura 16) , precedido por um coletor perfilado (30) que distribui a seção transversal de sarda do tubo (13) do compressor num determinado número de sardas perfiladas com aberturas contíguas e polidas, que emergem em curvas suaves, gerando poucas perdas de pressão; - um conjunto de placas em concertina tendo uma abertura quase total e uma seção transversal semelhante à da Figura 13.

De acordo com outra forma de realização preferencial, o referido compressor (04), referido coletor (29) e, opcionalmente, a referida câmara do compressor (9) ou referido tubo (13) e referido evaporador/condensador da referida instalação de destilação térmica com compressão mecânica de vapor estão alinhados, o referido coletor (29) e a referida câmara do compressor ou tubo (13) sendo capazes de transportar o vapor dentro da zona de condensação (05) do evaporador/condensador ao longo de um eixo retilíneo. Este arranjo, tal como o arranjo anterior respeitante ao rácio de abertura do permutador, é importante para reduzir as perdas de pressão, as quais exercem um efeito negativo duplo (como já explicado e demonstrado atrás).

De acordo com outra forma de realização preferencial, a referida instalação de destilação térmica com compressão mecânica de vapor compreende ainda um sistema de adição complementar de calor para manter constante a temperatura dentro da câmara hermética, em conformidade com uma forma de realização preferencial, por meio de um elemento elétrico ou de uma bomba de calor. A compensação para as perdas de calor deverá ser evitada através do isolamento térmico do compartimento e/ou operando o permutador multicorrentes com uma potência do compressor aumentada; a eficiência do compressor é na verdade inferior à de um simples elemento de aquecimento e muito inferior à eficiência de uma bomba de calor, ainda mais numa operação em que o gradiente de temperatura é baixo. Manter a temperatura do banho é importante; uma temperatura excessivamente baixa reduz a capacidade de transferência de energia através do material do permutador, enquanto uma temperatura excessivamente alta gera um excesso de vapor que não participará no processo de troca de energia do permutador e será descarregado por colocação sob vácuo (ou a extração de NCG_VAC). Em ambos os casos, há uma perda de eficiência do destilador, sendo pior no caso de uma temperatura excessivamente baixa.

As formas de realização preferidas são: - para pequenas unidades, um simples elemento elétrico colocado no banho ou no circuito de recirculação do concentrado ou nas entradas da água de alimentação, - no caso de uma instalação composta por um grande número de módulos de destilação integrados, um circuito auxiliar comum para um fluido de transferência de calor aquecido por uma bomba de calor centralizada; um sistema de bomba de calor tem uma eficiência relativa que pode variar até 600% daquela de um simples elemento elétrico, nomeadamente até 750% do sistema de compressão de vapor. A Figura 13 retrata um evaporador/condensador tendo ambas, uma seção de permutador do tipo placa e uma seção de permutador com tubos de seção transversal decrescente.

No que se refere à seção decrescente das zonas de condensação ao longo do trajeto do vapor na zona de condensação, a vantagem desta forma de realização do evaporador/condensador é tripla: permite a pulverização pelos bicos de pulverização (12) da zona/face do permutador responsável pela evaporação (02), o que já não seria possível se os tubos fossem contíguos ao longo de toda a sua extensão; - promove o contato do vapor a ser condensado na parte dianteira do trajeto do vapor. Isto porque à medida que o vapor avança e condensa no permutador, a quantidade de vapor remanescente diminui e se a seção transversal do tubo ou do volume condensação permanecer constante, a concentração de vapor diminui à medida que avança no permutador e, de igual modo, diminui a eficiência de condensação; - reduz as superficies de permuta de calor e a quantidade de material necessário para as produzir por um fator de cerca de 30 a 45%, para uma eficiência igual.

Os permutadores cuja seção transversal diminui ao longo do trajeto do vapor não só poupam 30 a 45% em material de construção do permutador, como também apresentam maior eficiência para condições iguais. Estas vantagens são independentes das características e da posição do compressor e são também válidas para as instalações de destilação do estado da técnica anterior.

Portanto, um segundo objetivo da presente invenção é proporcionar uma instalação de destilação térmica com compressão mecânica de vapor, que compreende uma câmara hermética (01) preferencialmente sob vácuo parcial, que inclui uma entrada para receber água de alimentação, uma saida para a descarga do destilado, uma saida para a descarga do concentrado e uma saida para a descarga dos gases não condensáveis; um evaporador/condensador (11) constituído por uma zona de evaporação (02) e uma zona de condensação (05) dentro da referida câmara hermética (01) e um compressor (04) conectado a um motor; o referido evaporador/condensador tendo uma seção transversal da zona de condensação que diminui ao longo do trajeto do vapor na zona de condensação.

Um último aspecto da presente invenção proporciona uma instalação de destilação térmica com compressão mecânica de vapor, que compreende uma câmara hermética (01) de preferência sob vácuo parcial, que inclui uma entrada para receber água de alimentação, uma saida para a descarga do destilado, uma saida para a descarga do concentrado e uma saida para a descarga dos gases não condensáveis; um evapo-rador/condensador (11) constituído por uma zona de evaporação (02) e uma zona de condensação (05) dentro da referida câmara hermética (01) e um compressor (04) conectado a um motor; o referido compressor sendo um compressor do tipo fluxo axial. De preferência, o referido compressor de fluxo axial é composto por defletores ou aletas. De preferência, o referido compressor de fluxo axial tem um diâmetro ou dimensões superiores a 30 cm ou 50 cm, mais de preferência superiores a 75 cm ou 1 m. Neste contexto, o motor do referido compressor pode estar dentro ou fora da câmara hermética.

As várias formas de realização dos métodos e da instalação da presente invenção são particularmente úteis no campo da dessalinização da água do mar ou de desmineralização da água, por exemplo, para produzir água potável ou água desmineralizada.

Lisboa, 11 de Outubro de 2017

Claims (15)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Instalação de destilação térmica com compressão mecânica de vapor para a dessalinização da água, que compreende: - uma câmara hermética (01) compreendendo uma entrada para receber água de alimentação, uma saida para a descarga do destilado, uma saida para a descarga do concentrado e uma saida para a descarga dos gases não condensáveis ; - um evaporador/condensador (11) constituído por uma zona de evaporação (02) e uma zona de condensação (05) no interior da referida câmara hermética (01); - um compressor (04) conectado a um motor, o compressor sendo capaz de aumentar a pressão do vapor produzido na zona de evaporação (02) e transportá-lo para a zona de condensação (05); - a câmara hermética (01) está sob vácuo parcial, sendo a pressão no interior da referida câmara inferior à pressão atmosférica; caracterizada por - o compressor (04) e o seu motor estarem situados dentro da referida câmara hermética, o referido motor compreender um estator e um motor, o referido estator e o referido rotor estarem completamente situados dentro da câmara hermética.
2. 2. Instalação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o compressor (04) ser um compressor capaz de atingir uma velocidade de rotação superior a 7500 rpm/min.
3. 3. Instalação de acordo com a reivindicação 2, caracterizada por o compressor (04) ser um compressor capaz de atingir uma velocidade de rotação superior a 25 000 rpm/min.
4. 4. Instalação de acordo com qualguer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o compressor (04) ser do tipo fluxo axial e o motor do compressor ou o conjunto constituído pelo compressor (04) e o motor do compressor estarem situados na corrente de vapor que flui das zonas de evaporação (02) para as zonas de condensação (05) .
5. 5. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por a pressão no interior da câmara hermética (01) ser inferior a 0,75 bar (a) .
6. 6. Instalação de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por a pressão no interior da câmara hermética (01) ser inferior a 0,25 bar(a).
7. 7. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por o compressor (04) compreender pás capazes de atingir uma velocidade periférica superior a 50 m/s.
8. 8. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender um tubo (13), o referido tubo (13) compreender uma primeira parte e uma segunda parte, sendo a área da seção transversal da segunda parte superior à área da seção transversal da primeira parte, o compressor (04) estando colocado dentro da referida primeira parte e a referida segunda parte estando conectada as zonas de condensação (05) do evaporador/condensador.
9. 9. Instalação de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por o referido compressor ser um compressor de fluxo axial.
10. 10. Instalação de acordo com a reivindicação 8 ou 9, caracterizada por o referido tubo (13) compreender um material condutor de calor.
11. 11. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender pelo menos um módulo de destilação integrado (14), o referido módulo de destilação integrado (14) compreendendo um evaporador/condensador, um compressor (04) e um tubo (13), o referido tubo (13) compreendendo uma primeira parte e uma segunda parte, a área da seção transversal da segunda parte sendo superior à área da seção transversal da primeira parte, o compressor (04) estando colocado dentro da referida primeira parte e a referida segunda parte estando conectada à zona de condensação (05) do evaporador/condensador (11), ou a referida segunda parte incluindo o coletor (29) ou estando conectada ao coletor (29) do evaporador/condensador (11) para a admissão do vapor à zona de condensação.
12. 12. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada por compreender uma bomba de abastecimento de água de alimentação (15), uma bomba de extração de destilado (16), uma bomba de extração de concentrado (17) e uma bomba de vácuo para extrair os gases não condensáveis (19), pelo menos uma das referidas bombas e o seu motor está situado completamente dentro da câmara hermética (01).
13. 13. Instalação de acordo com a reivindicação 12, caracterizada por compreender uma bomba de recirculação de concentrado (18) para transportar o concentrado para a zona de evaporação (02) do evaporador/condensador, em que a referida bomba de recirculação e o seu motor estão completamente dentro da câmara hermética (01).
14. 14. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações 12 e 13, caracterizada por as referidas bombas de extração de destilado e de concentrado e a bomba de recirculação (16, 17, 18) e os respetivos motores estarem situadas completamente dentro da câmara hermética (01).
15. 15. Instalação de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada_por o evaporador/condensador compreender um coletor (29) para admissão de vapor à zona de condensação, o referido coletor (29) tendo uma seção transversal total (29) e uma seção transversal de admissão composta pela soma das secções transversais de entrada das zonas de condensação (05), a razão entre a seção transversal de admissão às zonas de condensação (05) e a seção transversal total (29) do coletor sendo superior a 70%. Lisboa, 11 de Outubro de 2017