ES1301001U - Equipo para la desalación de agua - Google Patents

Abstract

Equipo para la desalación de agua, caracterizado por que está constituido a partir de un enfriador/recuperador (1) conectado a un circuito cerrado de un fluido refrigerante (10), en funciones de intercambiador con la toma de agua salada (9) del flujo de agua a desalar, agua salada que se hace pasar a través un depósito de calentamiento/concentración (2) asociado a una o más fuentes de generación de calor, agua salada que a través de una bomba (3) se hace circular por una red de tubos de evaporación y condensación (4), conectados a un tubo recolector (12) y una segunda bomba (5) de conducción del agua desalada hacia un depósito de agua dulce (6), con la particularidad de que los tubos de evaporación y condensación (4) se constituyen a partir de una envolvente tubular (14), con una estructura de doble pared, que define una cámara interna (15) por la que se hace circular el fluido refrigerante (10), envolvente en cuyo seno se establece un canal (18) que se alimenta del agua salada a través de una entrada, y que presenta una menor anchura que la envolvente tubular (14), definiendo un espacio lateral para paso del agua previamente evaporada y condensada a través de las paredes laterales internas de la envolvente tubular (14) hacia el extremo inferior de dicha envolvente donde se establece una conducción (22) de recogida del agua, que se comunica con el tubo recolector (12).

Description

DESCRIPCIÓN

Equipo para la desalación de agua

Sector de la técnica

La presente invención se refiere a un equipo o sistema que ha sido especialmente concebido para permitir llevar a cabo la desalación de aguas saladas o salobres (elevada conductividad), siendo potencialmente empleable para el riego en invernaderos de zonas costeras, con agua captada de acuíferos salinos o directamente de agua de mar, si bien no se descarta cualquier otra aplicación en la que se precise de una fuente de agua dulce.

El objeto de la invención es proporcionar un equipo o sistema sencillo, pero con una alta eficiencia, en el que toda la energía empleada en el proceso es renovable. El sistema funciona de forma independiente, mediante el calentamiento termo-solar por captadores, y geotermia (en caso disponible), así como paneles fotovoltaicos para los equipos eléctricos, de modo que su eficiencia y origen renovable, constituye una ventaja frente a otras tecnologías energéticamente más intensivas. Además, la implantación de la técnica, no se ve limitada geográficamente ya que no depende de líneas de suministro eléctrico o de combustibles.

Antecedentes de la invención

Si bien se conocen equipos y sistemas de desalación de aguas saladas/salobres muy sofisticados, éstos requieren de un consumo energético elevado, por lo que tienen asociados unos costes de producción altos.

El solicitante desconoce la existencia de un equipo/sistema de desalación que presente las características estructurales que seguidamente se van a describir.

Descripción de la invención

El equipo que se preconiza resuelve de forma plenamente satisfactoria la problemática anteriormente expuesta, en base a una solución sencilla, pero de gran eficacia.

Para ello. el equipo de la invención se constituye a partir de un circuito hidráulico en el que participan diversos equipos y elementos. Principalmente un depósito de calentamiento y concentración del agua salada, que se alimenta de agua salada proveniente de la captación subterránea o directamente de agua de mar; en el que esta agua es calentada (50-70°C), a través de uno o más captadores solares y opcionalmente, con la ayuda de otro equipo de calentamiento de energía renovable como caldera de biomasa o sistema de geotermia baja o media temperatura en caso disponible. Para mayor rendimiento, el agua de alimentación de este depósito es precalentada en una enfriadora/recuperadora o bien entrar al sistema a una temperatura elevada si se dispone de pozos geotérmicos o sistemas de aprovechamiento de energía geotérmica de baja entalpía. como se comentaba anteriormente.

Sin embargo, este calentamiento, a diferencia de otros sistemas de desalinización no lleva el agua salada hasta su punto de ebullición, con lo que el consumo energético empleado es considerablemente menor.

De forma más concreta, una vez caliente el agua se hace pasar por uno o más tubos evaporadores/condensadores, formados por un canal interior de evaporación y una envolvente exterior concéntrica de mayor diámetro, con una estructura de doble pared, por la que se hace circular un fluido refrigerante. Durante su circulación por el canal, el agua salada se evapora, y aumenta la humedad relativa del aire en el interior del tubo. Cuando el aire húmedo (cargado de vapor de agua) entra en contacto con la superficie fría (10°C-20°C dependiendo del punto de rocío) de la envolvente interior, condensa. El condensado (libre de sal), es recogido en el fondo del tubo (punto de menor cota), mediante un tubo situado debajo del canal evaporativo. que a su vez lo conduce a un depósito de agua dulce. Cabe destacar que todo el proceso se realiza a presión ambiental, lo cual supone de igual modo un menor coste energético. Cuando la concentración de sales en este circuito llegue aproximadamente al 5O%, todo el circuito (depósito y red de tubos) se vacía a una balsa de evaporación (recogida de concentrados), para volverlo a reponer por completo con agua fresca salada. Las sales recogidas en la balsa de concentrados, se retiraría en forma sólida (cristales de sal) para ser gestionados como producto o residuo. Todo el conjunto de equipos se controla fundamentalmente mediante la consigna de temperatura, concentración y nivel de agua en el depósito de calentamiento y concentración. Así como una medida de la humedad relativa en el interior de los tubos, caudalímetro de entrada y salida al depósito principal.

Otra de las ventajas de la invención, es que todos los elementos de la red de tubos condensador/evaporador estarían fabricados íntegramente en plásticos convencionales (por ejemplo, PET y PVC con diferentes propiedades térmicas).

• PET (0,3 W/mK) para la cara interna del tubo condensador con una estructura helicoidal que favorece la condensación y la recogida de agua en la parte inferior del tubo.

• PVC (0,16 W/mK) para la cara exterior aislante del tubo condensador y para el canal evaporador.

Por su parte, la cara exterior del tubo tendría la opción de recubrirse con un aislante adicional, en función de su grado de exposición a la radiación solar directa, si bien esta opción no sería necesaria si el equipo se instala en el interior de un invernadero.

Para aumentar el rendimiento de evaporación, por arrastre de las gotículas de agua en la superficie de la lámina, la circulación de aire en el interior del tubo puede ser forzada por un ventilador ubicado al final de cada tubo. El vapor de agua extraído del tubo también aumenta la humedad relativa en el interior del invernadero, que se traduce en agua dulce que puede ser recuperada a través de la condensación en las cubiertas de la envolvente del invernadero.

Señalar que los tubos evaporadores-condensadores, podrán disponerse formando una red, con sus correspondientes conexiones mediante tubos flexibles, que den continuidad a los flujos de agua salada, agua de refrigeración y agua desalada obtenida.

El circuito de calentamiento de captadores solares incluiría dispositivos de seguridad, tales como válvulas térmicas, vasos de expansión, sensores de temperatura y nivel y piranómetro.

Se consigue de esta forma un equipo/instalación sumamente eficiente en la generación de agua dulce a partir de agua salada, con un consumo energético optimizado de origen renovable, ideal para su implantación en invernaderos, sin descartar tal y como se cómo se ha comentado anteriormente, cualquier otra aplicación que requiera una fuente de agua dulce.

Breve descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de planos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La Figura 1.- Muestra un diagrama de bloques esquemático de los diferentes elementos que participan en un equipo para la desalación de agua realizado de acuerdo con el objeto de la presente invención.

La Figura 2.- Muestra una vista en sección transversal del tubo de evaporación/condensación que participa en el equipo de la invención, de acuerdo con su sección inicial y final.

La Figura 3.- Muestra una vista en perfil y en sección longitudinal del detalle de la Figura 2.

Realización preferente de la invención

A la vista de las figuras reseñadas, y en especial de la Figura 1, puede observarse que el equipo de la invención parte de una captación de agua salada (9). Por otro lado, se emplea un circuito de fluido refrigerante (10) para los tubos de condensación, que participa en la instalación a través de un equipo enfriador/recuperador (1), fluido refrigerante que podría materializarse a partir del agua proveniente de un pozo (11), así como aprovechar cualquier fuente termal caliente para precalentamiento de dicha agua salada (9), y que trabaja en circuito cerrado.

En cualquier de los casos, el agua salada (9) es precalentada en el enfriador/recuperador (1) pasando (9') a un depósito de calentamiento/concentración (2).

En este depósito se eleva su temperatura mediante captadores solares (7), preferentemente de tubos de vacío, y adicionalmente con un sistema auxiliar de calentamiento (8), tal y como una caldera de biomasa o sistema de geotermia.

Así pues, el depósito de calentamiento/concentración (2) eleva la temperatura del agua salada hasta 50-70°C, para ser impulsado por una bomba (3) a una red de tubos de evaporación y condensación (4), los mostrados en detalle en las figuras 2 a 5.

El circuito de distribución de agua caliente salada (9") es cerrado, teniendo un aporte casi continuo de calor y concentrando sales en el depósito de calentamiento/concentración (2), de manera que el agua salada que se evapora (ya sin sal) en los tubos, se va reponiendo mediante pequeños aportes de agua a partir de dicho depósito de calentamiento/concentración (2).

Cuando la concentración de sales en este circuito llegue aproximadamente al 50%. todo el circuito (depósito y red de tubos) se vacía (13) a una balsa de evaporación (recogida de concentrados), para volverlo a reponer por completo con agua fresca.

Paralelamente, el agua dulce del condensado, es decir el agua desalada (28) se recoge mediante un tubo recolector (12) y una segunda bomba (5) situado en la parte inferior de cada tubo y se conduce al depósito de agua dulce (6).

Tanto el circuito de refrigeración de la red de tubos, como el circuito de calentamiento de los captadores solares, son cerrados, empleando un fluido caloportador a estos efectos.

La alimentación eléctrica de los equipos puede hacerse mediante paneles solares fotovoltaicos. Todo el conjunto de equipos se controla fundamentalmente mediante la consigna de temperatura, conductividad y nivel de agua en el depósito de calentamiento y concentración (2).

En cuanto a la estructura interna de los tubos de evaporación y condensación (4), y de acuerdo con las figuras 2 a 5, los mismos se constituyen a partir de una envolvente tubular (14), con una estructura de doble pared, que define una cámara interna (15) por la que se hace circular el fluido refrigerante (10), envolvente tubular que presentará un carácter practicable, en orden a permitir acceder a su interior, dividiéndose en dos piezas en forma de media caña articuladas por bisagras (16) y su correspondiente y opuesto medio de apertura/cierre (17).

En el seno de esta envolvente tubular, se establece un canal (18) que se alimenta del agua salada caliente (9") a través de la correspondiente entrada, y que presentará una menor anchura que dicha envolvente tubular (14). Este canal y su envolvente generan un efecto de evaporación y condensación en el seno del tubo dando lugar a que el vapor de agua condensado y libre de sal al entrar en contacto con las paredes refrigeradas de la envolvente exterior condensa (21) arrastrándose por dichas paredes hasta llegar al fondo de dicha envolvente donde se establece una conducción (22) de recogida del agua, que se comunica con el tubo recolector (12).

Para aumentar el rendimiento de evaporación, la circulación de aire en el interior del tubo puede ser forzada por un ventilador ubicado al final de cada tubo, no representado en las figuras.

Las uniones de los diferentes tramos de los tubos de evaporación y condensación (4) pueden hacerse mediante tubos flexibles (23) que conectan: el circuito de refrigeración, el canal de evaporación y el tubo recolector de agua ubicado al fondo.

El sistema incluirá sensores de temperatura, de nivel de agua salada así como de concentración de sal (conductividad eléctrica y sólidos disueltos), en orden a controlar el volumen de agua en los canales (18) de los tubos de evaporación/condensación (4).

Por último, hay que decir que el equipo incorporará otros medios de seguridad y control tales como válvulas térmicas, piranómetro vasos de expansión y sensores para el sistema de calentamiento termosolar. Todo el conjunto es gobernado por un sistema de control electrónico de medida de conductividad eléctrica/sólidos disueltos, nivel y temperatura en el depósito principal, apoyado por un caudalímetro de entrada y salida al depósito principal.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Equipo para la desalación de agua, caracterizado por que está constituido a partir de un enfriador/recuperador (1) conectado a un circuito cerrado de un fluido refrigerante (10), en funciones de intercambiador con la toma de agua salada (9) del flujo de agua a desalar, agua salada que se hace pasar a través un depósito de calentamiento/concentración (2) asociado a una o más fuentes de generación de calor, agua salada que a través de una bomba (3) se hace circular por una red de tubos de evaporación y condensación (4), conectados a un tubo recolector (12) y una segunda bomba (5) de conducción del agua desalada hacia un depósito de agua dulce (6), con la particularidad de que los tubos de evaporación y condensación (4) se constituyen a partir de una envolvente tubular (14), con una estructura de doble pared, que define una cámara interna (15) por la que se hace circular el fluido refrigerante (10), envolvente en cuyo seno se establece un canal (18) que se alimenta del agua salada a través de una entrada, y que presenta una menor anchura que la envolvente tubular (14), definiendo un espacio lateral para paso del agua previamente evaporada y condensada a través de las paredes laterales internas de la envolvente tubular (14) hacia el extremo inferior de dicha envolvente donde se establece una conducción (22) de recogida del agua, que se comunica con el tubo recolector (12).

2. Equipo para la desalación de agua, según reivindicación 1a, caracterizado por que en los tubos de evaporación y condensación son susceptibles de incluirse medios de ventilación forzada tales como un ventilador ubicado al final de cada tubo.

3. Equipo para la desalación de agua, según reivindicación 1a, caracterizado por que las uniones de los diferentes tramos de los tubos de evaporación y condensación (4) se hacen mediante tubos flexibles (23) que conectan el circuito de refrigeración, el canal de evaporación y el tubo recolector de agua ubicado al fondo.

4. Equipo para la desalación de agua, según reivindicación 1a, caracterizado por que incluye un sistema electrónico de control asociado a los sistemas de bombeo, así como a sensores de temperatura, de nivel de agua salada en los canales (18) de concentración de sal, de humedad relativa, caudalímetro y piranómetro, incluyendo la instalación medios de seguridad y control tales como válvulas térmicas y vasos de expansión.

5. Equipo para la desalación de agua, según reivindicación 1a, caracterizado por que la cara interna de la envolvente tubular (14) de los tubos de evaporación y condensación (4) puede presentar una configuración helicoidal.

6. Equipo para la desalación de agua, según reivindicación la, caracterizado por que la fuente de generación de calor asociada al depósito de calentamiento/concentración (2) se materializa en uno o más captadores solares (7), preferentemente de tubos de vacío, así como adicionalmente cualquier otro sistema auxiliar de calentamiento (8), tal como una caldera de biomasa o sistema de geotermia.

7. Equipo para la desalación de agua, según reivindicación 1a, caracterizado por que la electrónica del equipo se alimenta mediante paneles solares fotovoltaicos.

8. Equipo para la desalación de agua, según reivindicación 1a, caracterizado por que la envolvente tubular (14) presenta un carácter practicable, de manera que permita el acceso a su interior, dividiéndose en dos piezas en forma de mediacaña articuladas por bisagras (16) y su correspondiente y opuesto medio de apertura/cierre (17).

9. Equipo para la desalación de agua, según reivindicaciones la y 8', caracterizado por que el circuito de recirculación del agua salada incluye medios de vacío (13) de dicha agua hacia una balsa de evaporación superado un nivel de concentración de sales preestablecido.