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ES3015782A1 - Dispositivo para la obtencion de agua liquida a partir de la condensacion del vapor de agua - Google Patents

Dispositivo para la obtencion de agua liquida a partir de la condensacion del vapor de agua Download PDF

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ES3015782A1
ES3015782A1 ES202330899A ES202330899A ES3015782A1 ES 3015782 A1 ES3015782 A1 ES 3015782A1 ES 202330899 A ES202330899 A ES 202330899A ES 202330899 A ES202330899 A ES 202330899A ES 3015782 A1 ES3015782 A1 ES 3015782A1
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Spain
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Uña Marta Sacristán
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Universidad de Valladolid
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Universidad de Valladolid
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D5/00—Condensation of vapours; Recovering volatile solvents by condensation
    • B01D5/0033—Other features
    • B01D5/0042—Thermo-electric condensing; using Peltier-effect
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
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    • B01D53/26—Drying gases or vapours
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E03—WATER SUPPLY; SEWERAGE
    • E03B—INSTALLATIONS OR METHODS FOR OBTAINING, COLLECTING, OR DISTRIBUTING WATER
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  • Devices For Blowing Cold Air, Devices For Blowing Warm Air, And Means For Preventing Water Condensation In Air Conditioning Units (AREA)

Abstract

Dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire, que comprende una estructura soporte (1) que, a su vez, comprende una primera plataforma (2) que comprende unos alojamientos (3) para apoyo de unos pilares (4) que, a su vez, sirven de apoyo para una segunda plataforma (5) y una tercera plataforma (6), tal que la primera plataforma (2) comprende una cavidad central (7), la segunda plataforma (5) está configurada para apoyo de un condensador (8) y en ella se localiza una pluralidad de células Peltier (9); la tercera plataforma (6) está configurada para apoyo de un disipador de calor (10), el dispositivo adicionalmente comprende un ventilador (14) configurado para crear un flujo de aire forzado y continuo en sentido vertical y ascendente, una fuente de alimentación para alimentación del ventilador (14) y del condensador (8).

Description

DISPOSITIVO PARA LA OBTENCIÓN DE AGUA LÍQUIDA A PARTIR DE LA
CONDENSACIÓN DEL VAPOR DE AGUA
Campo de la invención
La presente invención se refiere a un dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire, que permite solventar problemas en aquellos lugares que no disponen de un suministro estable y salubre de agua actualmente, tanto para consumo humano como para el desarrollo de otras actividades que requieran de este recurso. El dispositivo objeto de la invención es de aplicación en el sector de las tecnologías ambientales.
Antecedentes de la invención
Recolectar agua líquida a partir de las diferentes formas en que se encuentra el agua en el aire, es un asunto que ya se conoce y se puede hacer. Existen multitud de soluciones conocidas en estado de la técnica para este propósito, pero todas ellas tienen algún inconveniente que se puede mejorar o resolver.
Por ejemplo, es conocido en el estado de la técnica un dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire, que cuenta con un cubo de acero inoxidable, recubierto con células fotovoltaicas en su cara superior y en dos de las laterales, con la cara inferior cerrada que sirve como superficie de apoyo y con las otras dos caras laterales abiertas tal que en el interior del cubo se coloca un cono invertido. Las células fotovoltaicas alimentan un sistema de refrigeración que funciona con Células Peltier, que está conectado al cono de aluminio y produce el descenso de temperatura de este, tal que el aire del ambiente entra en contacto con su superficie y se produce la condensación del vapor de agua existente en él sobre la superficie del cono. Un problema que presenta este modelo viene dado por la acumulación del calor que se produce en los sistemas de refrigeración.
También existe un dispositivo que emplea el diseño y algunos elementos de un generador eólico convencional, a los que se añade el sistema para producir la condensación de la humedad presente en el aire, basado en la tecnología de la bomba de calor, es decir, utilizando un fluido refrigerante. Este dispositivo presenta un problema en cuanto a las dimensiones, puesto que tiene un gran impacto visual e incluso medioambiental. Además, requiere de grandes estructuras para su colocación. Otro de los inconvenientes encontrados, es la necesidad de rangos de funcionamiento muy concretos, con velocidades de viento específicas, las cuales no se dan indistintamente en todos los lugares del planeta.
Otro dispositivo conocido está diseñado con una finalidad agrícola, como un nuevo sistema de riego que pueda ser aprovechado en áreas del planeta donde las zonas de cultivo se ven severamente afectadas por graves sequías. El dispositivo utiliza los principios básicos de condensación, refrigeración e irrigación para conseguir la producción de agua por condensación. El dispositivo tiene una parte situada en contacto con el aire exterior y una enterrada, con una profundidad aproximada de dos metros bajo la superficie terrestre. La parte al exterior presenta una pequeña célula fotovoltaica, una turbina, una tubería vertical y un elemento que expulsa el aire de la parte enterrada. Mientras la parte inferior cuenta con un conjunto de tuberías de cobre enrolladas en espiral, un depósito para el almacenaje del agua recogida, una bomba de agua, un tubo para la circulación del agua y un irrigador.
Descripción de la invención
Es objeto de la invención un dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire, que comprende una estructura soporte que, a su vez, comprende una primera plataforma que comprende unos alojamientos para apoyo de unos pilares que, a su vez, sirven de apoyo para una segunda plataforma y una tercera plataforma.
En el dispositivo objeto de la invención, la primera plataforma comprende una cavidad central, la segunda plataforma está configurada para apoyo de un condensador y en ella se localiza una pluralidad de células Peltier y la tercera plataforma está configurada para apoyo de un disipador de calor.
El dispositivo objeto de la invención adicionalmente comprende un ventilador configurado para crear un flujo de aire forzado y continuo en sentido vertical y ascendente, además también comprende una fuente de alimentación para el ventilador y el condensador.
El condensador del dispositivo objeto de la invención comprende un cuerpo macizo de aluminio con forma de prisma y donde el disipador de calor comprende una pieza de aluminio con una serie de aletas configuradas para disipar el calor generado por las células Peltier.
El dispositivo objeto de la invención, en funcionamiento, enfría la cara inferior de las células Peltier y calienta la cara superior, por la polaridad de la conexión de las células. La cara inferior de la célula, en contacto con el condensador, absorbe calor del citado condensador, bajando la temperatura de este; mientras la cara superior de cada célula Peltier, en contacto con el disipador de calor, se calienta y comienza a ceder el calor al disipador de calor, que se encuentra a una temperatura menor. Con el ventilador generando un flujo de aire continuo ascendente, el aire impulsado por el ventilador comienza a absorber el calor de las células Peltier y del propio disipador de calor, saliendo por la parte superior del dispositivo.
En el dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire objeto de la invención, el cuerpo macizo de aluminio presenta una superficie exterior lisa.
El dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire objeto de la invención, comprende una segunda pieza de aluminio rectangular adosada a la base del prisma rectangular de aluminio, configurada para colocar el condensador y las células Peltier sobre la estructura soporte y mantenerlo estable.
En el dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire objeto de la invención, las células Peltier son de 12 V cada una, con una superficie de 3cm x 3cm.
En el dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire objeto de la invención, la estructura soporte está realizada en impresión 3D.
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 de la invención, se acompaña a la presente memoria descriptiva de un conjunto de dibujos en base a los que se comprenderán más fácilmente las innovaciones y ventajas del objeto de la invención.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva del dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua objeto de la invención.
La figura 2 muestra una vista en explosión del dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua objeto de la invención.
La figura 3 muestra una vista en explosión de la estructura soporte del dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua objeto de la invención.
Las referencias numéricas empleadas en las figuras son:
1. estructura soporte,
2. primera plataforma,
3. alojamiento de pilares,
4. pilar,
5. segunda plataforma,
6. tercera plataforma,
7. cavidad central de primera plataforma,
8. condensador,
9. célula Peltier,
10. disipador de calor,
11. cuerpo macizo de aluminio de disipador de calor,
12. segunda pieza de aluminio rectangular,
13. aleta, y
14. ventilador.
Descripción detallada de la invención
Es objeto de la invención un dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire que comprende una estructura soporte (1) que, a su vez, comprende una primera plataforma (2) que comprende unos alojamientos (3) para apoyo de unos pilares (4) que, a su vez, sirven de apoyo para una segunda plataforma (5) y una tercera plataforma (6).
La primera plataforma (2), que en posición del funcionamiento del dispositivo está situada en la posición más baja, también comprende una cavidad central (7) para la recogida del agua que se condensa. La segunda plataforma (5) sirve apoyo para un condensador (8) y en ella se localiza una pluralidad de células Peltier (9). La tercera plataforma (6) está configurada para servir de apoyo para un disipador de calor (10).
En la realización preferente de la invención, la estructura soporte (1) está realizada en impresión 3D. En la figura 4 se ve el conjunto de plataformas (2, 5, 6) y pilares (4) que permite disponer los siguientes elementos y facilitar el funcionamiento del dispositivo.
La estructura soporte (1), está diseñada para ser una estructura lo más liviana posible, permitiendo que no se produzca la acumulación del calor producido por las células Peltier (9) y que se cree un flujo de aire adecuado para el funcionamiento del dispositivo.
El condensador (8), en la realización preferente de la invención, comprende un cuerpo macizo de aluminio (11) con forma de prisma de base cuadrada, utilizado como superficie de condensación. El cuerpo macizo de aluminio (11), en la realización preferente de la invención tiene una altura de 20cm para que el gradiente térmico lineal sea óptimo al utilizarse en el montaje y no se produzcan problemas de congelación del agua condensada en la base cuadrada del cuerpo macizo de aluminio (11). Además, la superficie exterior es lisa, permitiendo discurrir las gotas de agua condensada en ella de forma continua. La base cuadrada del prisma se complementa con una segunda pieza de aluminio rectangular (12) configurada para colocar el citado condensador (8) y las Células Peltier (9) sobre la estructura soporte (1) y mantenerlo estable.
El dispositivo objeto de la invención en la realización preferente de la invención cuenta con dos células Peltier (9) de 12 V cada una, con una superficie de 3cm x 3cm, conectadas a una fuente de alimentación, alimentada con una fuente de energía renovable.
El disipador de calor (10) es una pieza de aluminio con una serie de aletas (13) en la parte superior que permite disipar el calor generado por las células Peltier (9), al configurarse con un conjunto de aletas (13), el aire es capaz de discurrir en su interior produciéndose un intercambio de calor entre los dos medios, evitando que este calor se acumule en el dispositivo.
El dispositivo objeto de la invención también comprende un ventilador (14) configurado para crear un flujo de aire forzado y continuo en la dirección y sentido deseado. Para el dispositivo, en sentido vertical y ascendente, para asimilarse lo máximo posible a un flujo convectivo natural de aire, es decir, que el aire caliente ascienda. Al igual que las células Peltier (9), también se conecta a una fuente de alimentación para su funcionamiento a 12V.
El funcionamiento del dispositivo objeto de la invención comienza al conectar tanto las células Peltier (9) como el ventilador (14) a la fuente de alimentación. Las células Peltier (9) empiezan a funcionar, enfriando su cara inferior y calentando la cara superior. La cara inferior, en contacto con el condensador (8), absorbe calor de este, bajando la temperatura del condensador (8) progresivamente. Simultáneamente, la cara superior de la célula Peltier (9), en contacto con el disipador de calor (10), se calienta y comienza a ceder este calor al disipador de calor (10), que se encuentra a una temperatura menor. Desde que se conecta el dispositivo, el ventilador (14) está produciendo un flujo de aire continuo ascendente. El movimiento de este aire del entorno, que se encuentra a una temperatura menor que las células Peltier (9), comienza a absorber el calor de estas y del propio disipador de calor (10), expulsándolo por la parte superior del dispositivo y evitando que se acumule calor, lo que podría llegar a dañar el dispositivo.
Según el dispositivo sigue funcionando, el condensador (8) continúa bajando su temperatura, llegando un momento en que esta desciende por debajo del punto de rocío del ambiente. Esta temperatura varía en función de las condiciones del ambiente. Cuando baja de esta temperatura, el vapor de agua presente en el aire comienza a condensarse en forma de gotas sobre la superficie del cuerpo macizo de aluminio (11) del condensador (8). Estas gotas se depositan en la superficie y según aumenta el número de gotas, estas se van uniendo y creciendo en tamaño hasta llegar al tamaño en que son capaces de romper la tensión superficial que ofrece el cuerpo macizo de aluminio (11) y precipitar por su superficie, cayendo en la cavidad central (7) de la primera plataforma (2) donde son recogidas.
Una de las principales ventajas del diseño en comparación a la técnica anterior conocida, es que posee un flujo de aire constante, lo que evita que este dependa de las condiciones de viento o movimiento de aire para regular la temperatura de las células y que se pueda expulsar el calor del sistema de manera continuada.

Claims (1)

  1. REIVINDICACIONES
    1- Dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire, que comprende una estructura soporte (1) que, a su vez, comprende una primera plataforma (2) que comprende unos alojamientos (3) para apoyo de unos pilares (4) que, a su vez, sirven de apoyo para una segunda plataforma (5) y una tercera plataforma (6), caracterizado por que
    - la primera plataforma (2) comprende una cavidad central (7),
    - la segunda plataforma (5) está configurada para apoyo de un condensador (8) y en ella se localiza una pluralidad de células Peltier (9);
    - la tercera plataforma (6) está configurada para apoyo de un disipador de calor (10), el dispositivo adicionalmente comprende:
    - un ventilador (14) configurado para crear un flujo de aire forzado y continuo en sentido vertical y ascendente,
    - una fuente de alimentación para alimentación del ventilador (14) y del condensador (8);
    donde el condensador (8) comprende un cuerpo macizo de aluminio (11) con forma de prisma y donde el disipador de calor (10) está configurado para disipar el calor generado por las células Peltier (9);
    donde el dispositivo en funcionamiento enfría la cara inferior de las células Peltier (9) y calienta la cara superior, donde la cara inferior, en contacto con el condensador (8) y absorbe calor del citado condensador (8), bajando la temperatura del condensador (8), mientras la cara superior de cada célula Peltier (9), en contacto con el disipador de calor (10), se calienta y comienza a ceder este calor al disipador de calor (10), que se encuentra a una temperatura menor, con el ventilador (14) generando un flujo de aire continuo ascendente, tal que el aire impulsado por el ventilador (14) comienza a absorber el calor de las células Peltier (9) y del propio disipador de calor (10), saliendo por la parte superior del dispositivo.
    2- Dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire, según la reivindicación 1 caracterizado por que el cuerpo macizo de aluminio (11) presenta una superficie exterior lisa.
    3- Dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por que comprende una segunda pieza de aluminio rectangular (12) configurada para colocar el citado condensador (8) sobre la estructura soporte (1) y mantenerlo estable.
    4- Dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que las células Peltier (9) son de 12 V cada una, con una superficie de 3cm x 3cm.
    5- Dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el disipador de calor (10) es una pieza de aluminio con una serie de aletas (13) en la parte superior.
    6- Dispositivo para la obtención de agua líquida a partir de la condensación del vapor de agua presente en el aire, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que la estructura soporte (1) está realizada en impresión 3D.
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