DESCRIPCIÓN
SISTEMA PARA LA DESALINEACIÓN DE AGUA MARINA POR OSMOSIS INVERSA
Objeto de Ia invención
La presente invención se refiere como su título indica a un sistema para Ia desalinización de agua marina por osmosis inversa, siendo dicho sistema del tipo de los que comprenden una membrana de osmosis inversa provista de una entrada de agua a presión, una salida de agua osmotizada y una salida de agua rechazada, disponiendo el sistema además de una bomba de impulsión de agua marina y un dispositivo para Ia distribución del agua a presión suministrada por Ia bomba y el aprovechamiento de Ia presión de agua rechazada por Ia membrana de osmosis.
Antecedentes de Ia invención. Actualmente existen en el mercado diferentes sistemas destinados a reducir el consumo necesario para impulsar un fluido a una presión elevada hacia una membrana de osmosis inversa o hacia cualquier otro elemento que rechace una parte del liquido a una presión inferior a Ia de entrada, pero no despreciable.
Un ejemplo concreto de este tipo de sistemas es descrito en Ia patente de invención española 9901702 consistente concretamente en un sistema para desalinizar agua marina por osmosis inversa. En este sistema, para optimizar el rendimiento de Ia bomba encargada de impulsar el agua marina a osmotizar y reducir el consumo energético de dicha bomba se recurre a Ia utilización de un cilindro hidráulico de doble efecto que es alimentado con el agua a presión suministrada por Ia bomba y que impulsa alternativamente el agua contenida en las dos cavidades o émbolos extremos, impulsándola hacia Ia membrana de osmosis.
Adicionalmente el agua rechazada por Ia membrana es conducida hacia Ia cámara posterior del cilindro hidráulico tomando como referencia el sentido de avance del cilindro en cada recorrido, Io que permite que el agua de rechazo colabore con el agua a presión suministrada por Ia bomba en el desplazamiento del mencionado cilindro en el sentido de avance correspondiente a cada ciclo de trabajo.
La alternancia en las entradas de agua a presión procedente de Ia bomba y del agua rechaza por Ia membrana de osmosis, y consiguientemente Ia inversión de movimientos en el cilindro hidráulico, es controlada por unas válvulas externas que son accionadas por el propio cilindro hidráulico. Este sistema presenta el inconveniente de que cuando el cilindro alcanza una de las posiciones extremas se produce momentáneamente su parada, Io que provoca una reducción del caudal de agua suministrada a Ia membrana de osmosis, siendo Ia alimentación de Ia
membrana discontinua o no uniforme.
Otro de los inconvenientes que presenta este sistema es que Ia conexión del cilindro con las válvulas inversoras se realiza mediante conducciones externas Io que conlleva un riesgo de rotura de dichas conducciones y por tanto del deterioro del sistema, además de un incremento del espacio necesario para ubicar el del dispositivo alimentador..
Otro antecedente a destacar es el descrito en Ia patente US5462414 que dispone al igual que en el caso anterior de un único cilindro hidráulico que describe movimientos alternativos al recibir el líquido a presión procedente de una bomba, de forma alternativa por los extremos opuestos, colaborando en el desplazamiento de dicho cilindro el agua de rechazo procedente de Ia membrana de osmosis inversa.
Al igual que en el caso anterior Ia entrada alternativa de fluido a presión procedente de Ia bomba y del agua rechazada por Ia membrana, por laterales opuestos del cilindro se realiza por medio de unas válvulas inversoras, situándose al menos una de dichas válvulas fuera del cilindro, Io que requiere conducciones externas y conlleva un riesgo de rotura de dichas conducciones.
Al igual que en el caso anterior Ia utilización de un único cilindro hidráulico determina una interrupción momentánea del fluido a presión suministrado a Ia membrana de osmosis cuando dicho cilindro invierte el sentido de desplazamiento.
Otro de los problemas que presentan generalmente estos sistemas es que el cuerpo o émbolo del cilindro se conforma en materiales metálicos Io que provoca su deterioro por corrosión en un tiempo más o menos reducido, especialmente cuando el fluido a impulsar se trata de agua marina, con un elevado porcentaje de sal.
Descripción de Ia invención El sistema para Ia desalinización de agua marina por osmosis inversa objeto de
Ia presente invención, siendo del tipo de los que comprenden una membrana de osmosis inversa, una bomba de impulsión y un dispositivo de alimentación de Ia membrana provisto de, al menos, un cilindro hidráulico para Ia distribución del agua a presión suministrada por Ia bomba y el aprovechamiento de Ia presión del agua rechazada por Ia membrana de osmosis, presenta una serie de particularidades constructivas orientadas a proporcionar al mencionado dispositivo de alimentación una construcción compacta, en Ia que se encuentran integrados todos los elementos necesarios para su funcionamiento, eliminando Ia existencia de válvulas o conducciones externas, a excepción de aquellas conducciones que establecen Ia conexión de dicho dispositivo con Ia membrana de osmosis inversa, con Ia bomba exterior y con el conducto de rechazo del agua ya utilizada.
Otra de las finalidades de Ia presente invención es eliminar los problemas de corrosión a los que se ven sometidos habitualmente estos dispositivos de alimentación,
utilizando para ello piezas de material plástico que pueden soportar perfectamente Ia presión de trabajo debido precisamente al carácter compacto del sistema.
La utilización de este material, además de eliminar los problemas de corrosión permite abaratar considerablemente el coste de fabricación. Otra de las finalidades de esta invención es eliminar las interrupciones del suministro de agua a presión a Ia membrana de osmosis inversa o Ia discontinuidad de dicha alimentación, que se produce habitualmente en los sistemas conocidos durante Ia inversión del sentido de desplazamiento del cilindro hidráulico.
Este problema se resuelve utilizando una combinación de dos cilindros hidráulicos que se desplazan alternativamente en sentidos opuestos de forma que cuando uno de ellos se encuentra próximo a una de las posiciones extremas de su recorrido útil provoca el desvio de agua a presión procedente de Ia bomba al otro cilindro hidráulico, pasando éste a ser el cilindro hidráulico operativo de forma automática, con Io que se asegura una alimentación continua y uniforme de Ia membrana de osmosis inversa. Para ello y de acuerdo con Ia invención este dispositivo de alimentación comprende dos cilindros hidráulicos relacionados entre sí por un cuerpo central de interconexión y unas piezas correderas integradas en los mencionados cilindros hidráulicos y encargadas de establecer las interconexiones hidráulicas necesarias para conseguir un funcionamiento alternativo de los cilindros hidráulicos y un suministro continuado de fluido a presión a Ia membrana de osmosis inversa.
Cada uno de los cilindros hidráulicos comprende dos cilindros encamisados, mutuamente enfrentados, que definen cavidades independientes y que se encuentran fijados a un cuerpo intermedio de distribución, conformado en material plástico y provisto de dos cámaras independientes para Ia circulación del agua a presión procedente de Ia bomba y del agua de rechazo procedente de Ia membrana de osmosis inversa respectivamente.
Cada uno de los cilindros hidráulicos comprende además dos émbolos alojados en las respectivas camisas encontrándose relacionada Ia pareja de émbolos correspondientes a un mismo cilindro hidráulico por un vastago común que pasa a través del cuerpo intermedio de distribución del correspondiente cilindro hidráulico. El cuerpo central de interconexión, conformado en material plástico, actúa como elemento de unión de los dos cilindros hidráulicos y se encuentra fijado a los cuerpos intermedios de distribución de los cilindros hidráulicos. En dicho cuerpo central de interconexión se encuentran definidas las bocas de entrada del agua a presión procedente de Ia bomba, de salida del agua a presión hacia Ia membrana de osmosis inversa, de entrada de agua de rechazo procedente de Ia membrana y de salida de agua de rechazo al exterior.
En dicho cuerpo central se encuentran definidos además una pluralidad de conductos internos que acceden a las cámaras de los cuerpos intermedios y a unos conductos
de comunicación con las cavidades anterior y posterior definidas por los émbolos en cada uno de los cilindros hidráulicos.
Las piezas correderas mencionadas anteriormente y encargadas de realizar las diferentes interconexiones hidráulicas en función de Ia posición de los émbolos de los cilindros hidráulicos se encuentran alojadas en las cámaras de los cuerpos intermedios de dichos cilindros hidráulicos, pudiendo desplazarse las mencionadas piezas correderas entre dos posiciones extremas, en las que establecen diferentes interconexiones entre los conductos internos del cuerpo central y las cámaras de los cuerpos intermedios de cada cilindro hidráulico.
Esta construcción compacta, además de reducir notablemente el tamaño del dispositivo de alimentación de Ia membrana de osmosis, permite agrupar en su interior Ia totalidad de los conductos de interconexión de los cilindros hidráulicos eliminando totalmente Ia utilización de conductos externos, a excepción de aquéllos que relacionan el sistema con Ia membrana de osmosis inversa, con Ia bomba y con Ia salida de agua de rechazo al exterior.
Los vastagos de los cilindros hidráulicos presentan unos regruesamientos intermedios para el desplazamiento selectivo de las piezas correderas de un determinado cilindro cuando los émbolos de dicho cilindro se acercan a uno de los extremos de su recorrido.
A su vez, las piezas correderas presentan una superficie que contacta de forma permanente con una de las superficies del cuerpo central de interconexión, a las que acceden los conductos internos. Las piezas correderas presentan en dicha superficie de contacto un rebaje central para Ia interconexión de al menos dos de los conductos internos del cuerpo central y, en su extremo posterior una pinza para su montaje corredero sobre el vastago del cilindro hidráulico correspondiente.
Estas piezas correderas presentan un rebaje posterior en el que se encuentra alojado un resorte, cubierto por una funda protectora de material plástico. Este resorte se mantiene entre dicha pieza corredera y el vastago del correspondiente cilindro hidráulico, presionando Ia superficie de contacto de dicha pieza corredera contra el cuerpo central de interconexión, con Io que se evitan fugas en Ia circulación del fluido.
Los émbolos de los cilindros hidráulicos describen alternativamente recorridos en sentidos opuestos, alternando Ia impulsión de agua a presión hacia Ia entrada de Ia membrana y Ia utilización del agua de rechazo de Ia membrana para colaborar con Ia presión proporcionada por Ia bomba en Ia impulsión del cilindro hidráulico operativo en cada ciclo.
Tal como se mencionaba anteriormente el funcionamiento alternativo de los cilindros hidráulicos proporciona un flujo continuo de agua a presión hacia Ia entrada de Ia membrana de osmosis inversa, obteniendo un mayor rendimiento que el de aquellos sistemas que utilizan un único cilindro hidráulico.
Finalmente es de destacar que los conductos de comunicación con las cavidades
anterior y posterior definidas por los émbolos en cada uno de los cilindros hidráulicos, están constituidos por las cámaras concéntricas formadas por las propias paredes de las camisas de los cilindros y por los taladros en el cuerpo intermedio de dichos cilindros hidráulicos, evitando Ia utilización de conducciones externas para Ia circulación del fluido.
Descripción de las figuras.
Para complementar Ia descripción que se está realizando y con objeto de facilitar Ia comprensión de las características de Ia invención, se acompaña a Ia presente memoria descriptiva un juego de dibujos en los que, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado Io siguiente:
La figura 1 muestra una vista esquemática del sistema para Ia desalinización de agua marina por osmosis inversa.
Las figuras 2 y 3 muestran sendas vistas en perspectiva anterior y en perspectiva posterior respectivamente del dispositivo de alimentación de Ia membrana de osmosis.
La figura 4 muestra una vista en alzado del dispositivo de las figuras 2 y 3 en las que los cilindros hidráulicos se han seccionado por un plano vertical y los conductos interiores del cuerpo central de interconexión se han representado mediante transparencias, pudiendo observarse el dispositivo durante el desplazamiento operativo del cilindro hidráulico que ocupa Ia posición superior en Ia figura.
La figura 5 muestra una vista análoga a Ia anterior en las que las piezas correderas del cilindro superior han cambiado de posición por alcanzar dicho cilindro superior una posición extrema, provocando en dicha posición el desplazamiento operativo del cilindro hidráulico que ocupa Ia posición inferior en Ia figura. - La figura 6 muestra una vista de perfil, seccionada por un plano vertical de una de dichas piezas correderas distanciada del vastago de uno de los cilindros hidráulicos, pudiendo observarse en dicha figura el resorte intermedio.
Realización preferente de Ia invención Como se puede observar en Ia figura 1 , este sistema comprende una bomba (1 ) encargada de impulsar el agua a desalinizar hacia un dispositivo (2) de alimentación y una membrana de osmosis inversa (3) que es alimentada por el dispositivo (2) a través de una conducción exterior (4).
Dicha membrana de osmosis (3) dispone de un conducto de salida (5) para el agua osmotizada y un conducto de salida (6) que retorna el agua rechazada por Ia membrana (3) al dispositivo (2).
El mencionado dispositivo (2) comprende dos cilindros hidráulicos (7, 8)
relacionados entre sí por un cuerpo central de interconexión (9) en el que se encuentran definidas una boca (91 ) para Ia entrada de agua a presión suministrada por Ia bomba (1 ), una boca (92) para Ia salida al exterior del agua rechazada por el dispositivo (2), una boca (93) para Ia conexión del conducto (4) que conduce el agua a presión hasta Ia membrana (3) y una boca (94) para Ia entrada del agua de rechazo procedente de Ia membrana (3) y conducida hasta dicha boca (94) por Ia conducción exterior (6).
Como se puede observar en las figuras 4 y 5 los cilindros hidráulicos (7 y 8) del dispositivo (2) están compuestos por dos parejas de cilindros encamisados (71 , 72) y (81, 82), mutuamente enfrentados y fijados a sendos cuerpos intermedios de distribución (73, 83). Cada uno de los cuerpos intermedios de distribución (73, 83)define dos cámaras independientes (74,
75) y (84, 85).
En las camisas (71 , 72) del cilindro hidráulico (7) se alojan sendos émbolos desplazables (76, 77) relacionados entre sí mediante un vastago común (78) que pasa a través de las cavidades independientes (74, 75) del cuerpo intermedio de distribución (73). Igualmente, el cilindro hidráulico (8) dispone de dos émbolos (86, 87) alojados con posibilidad de desplazamiento longitudinal en el interior de las camisas (81 , 82) y que se encuentran relacionados entre sí mediante un vastago común (88) que pasa a través de las cavidades (84, 85) del cuerpo intermedio (83).
Los émbolos (76, 77) dividen el espacio interior de los cilindros (71 , 72) en dos cavidades anteriores (7a, 7b) y dos cavidades posteriores (7c, 7d).
Igualmente los émbolos (86 y 87) del cilindro hidráulico (8) dividen el espacio interior de los cilindros (81 y 82) en dos cavidades anteriores (8a y 8b) y dos cavidades posteriores (8c y 8d).
El cuerpo central de interconexión (9) dispone además de las bocas (91 , 92, 93 y 94) de una pluralidad de conductos interiores, representados en las figuras 4 y 5 que conectan de forma eventual o permanente dichas bocas con las cámaras (74, 75) y (84, 85), con las cavidades anteriores (7a, 7b) (8a, 8b) y/o con las cavidades posteriores (7c, 7d) (8c, 8d) de los cilindros hidráulicos (7 y 8).
La interconexión de estas conducciones está determinada por Ia posición de las piezas correderas (10) montadas en el interior de las cámaras (74, 75) y de las piezas correderas (11 ) montadas en el interior de las cámaras (84, 85) del cilindro hidráulico (8).
Estas piezas correderas (10 y 11 ) se encuentran montadas respectivamente y con posibilidad de desplazamiento longitudinal sobre los vastagos (78 y 88) de los respectivos cilindros hidráulicos (7, 8). Dichos vastagos (78, 88) presentan unos regruesamientos (79, 89) que actúan lateralmente sobre las piezas correderas (10, 11) provocando su cambio de posición cuando los vastagos (78, 88) se aproximan a Ia posición extrema del recorrido de los émbolos(76, 77) ó (86,
Con esta composición, en el estado operativo representado en Ia figura 4, el agua a presión impulsada por Ia bomba (1 ) accede al dispositivo (2) a través de Ia entrada (91 ) del cuerpo central de interconexión (9) siendo guiado por los conductos interiores hacia las cámaras (74, 84) de los cilindros hidráulicos (7 y 8). En esta posición, Ia pieza corredera alojada en Ia cámara (84) realiza el desvío del agua a presión impulsada por Ia bomba hacia Ia cavidad anterior (7b) del cilindro hidráulico (7) provocando el desplazamiento conjunto de los émbolos (76 y 77) y Ia impulsión del agua marina contenida en Ia cavidad (7a) hacia Ia membrana de osmosis (3), pasando por Ia cámara (84), Ia salida (93) y el conducto exterior (4). En Ia posición representada en dicha figura 4, el agua rechazada por Ia membrana (3) accede a las cámaras (75 y 85) de los cilindros hidráulicos a través de Ia boca de entrada (94) y de unos conductos internos del cuerpo central (9), pasando desde Ia cámara (85), por uno de los conductos interiores del cuerpo central (9), hasta Ia cavidad posterior (7c) del cilindro hidráulico (7), colaborando el agua de rechazo en el avance de los émbolos (76 y 77). A su vez, el agua evacuada de Ia cámara posterior (7d) debido al avance del émbolo (77) accede a través de uno de los conductos interiores del cuerpo central (9) a Ia cámara (85) siendo desviada por Ia pieza corredera (11 ), alojada en dicha cavidad (85), hacia Ia boca (92) de evacuación al exterior.
Cuando los émbolos (76 y 77) se aproximan al final del recorrido según el sentido de avance indicado en Ia figura 4, los topes (79) del vastago (78) arrastran las piezas correderas (10) hacia Ia posición representada en Ia figura 5. En esta nueva posición Ia pieza corredera (10) alojada en Ia cavidad (74) provoca el desvío del agua impulsada por Ia bomba (1 ) hacia Ia cavidad (8a) y consiguientemente el avance de los pistones (86 y 87) en el sentido indicado en Ia figura 5. En esta posición el agua evacuada de Ia cavidad (8c) es desviada por Ia pieza corredera (10) de Ia cámara (75) hacia Ia boca de salida (92) de agua rechazada.
Asimismo, el agua rechazada procedente de Ia membrana (3) y que accede al dispositivo (2) por Ia boca (94) es conducida a Ia cámara (75), pasando desde esta cámara hasta Ia cavidad posterior (8d), colaborando en el avance de los émbolos (86 y 87). Para Ia posibilitar Ia interconexión eventual de las cavidades (7a, 7b, 7c, 7d) y las cavidades (8a, 8b, 8c y 8d), sin utilizar conducciones externas al dispositivo, en los cilindros (71 , 72) y (81 y 82) se encuentran definidas entre las camisas las cámaras concéntricas referenciadas genéricamente como (12).
Cuando los émbolos (86 y 87) se aproximan al final de su recorrido, tomando como referencia el sentido de avance mostrado en Ia figura 5, los topes (89) provocarán el cambio de posición de las piezas correderas (11 ), entrando de nuevo en funcionamiento el cilindro hidráulico (7).
Para permitir Ia interconexión selectiva de los conductos internos del cuerpo central de interconexión las piezas correderas (10 y 11 ) presentan configuraciones iguales, pudiendo observarse una de las piezas (10 u 11 ) seccionada en Ia figura 6. Dichas piezas correderas (10, 11 ) presentan una superficie de contacto (13) con Ia superficie enfrentada del cuerpo central (9) disponiendo en dicha superficie de contacto (13) un rebaje central (14) y, en Ia superficie posterior opuesta una pinza (15) para el montaje sobre el vastago (78, 88) correspondiente. Dichas piezas correderas (10, 11 ) presentan además en su zona posterior un rebaje (16) para el alojamiento de un resorte (17) que tiende a mantener Ia superficie (13) en contacto con Ia superficie enfrentada del cuerpo central de interconexión (9). Cada resorte (17) se encuentra cubierto por una funda protectora (18) de material plástico, destinada a impedir su contacto con el vastago (78,88) correspondiente.
Una vez descrita suficientemente Ia naturaleza de Ia invención, así como un ejemplo de realización preferente, se hace constar a los efectos oportunos que los materiales, forma, tamaño y disposición de los elementos descritos podrán ser modificados, siempre y cuando ello no suponga una alteración de las características esenciales de Ia invención que se reivindican a continuación.