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Title:
DEVICE FOR COLLECTING WATER FROM ATMOSPHERIC AIR
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/208194
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a device for collecting water from atmospheric air. The collector device of the invention comprises a first venturi and a second venturi, each having an inlet and an outlet. The second venturi is connected to the outlet of the first venturi. The device also includes a fan disposed operationally in the inlet of the first venturi and a vortex tube. The vortex tube comprises: an inlet connected to the outlet of the second venturi; a first side outlet in communication with the atmosphere; and a second side outlet. The collector device further comprises a coil having an inlet port connected to the second side outlet of the vortex tube, and an outlet port; and adsorption means located inside the coil.

Inventors:
QUIROZ GARCIA, Abel Ángel (Carrera 99 EE No 49 AA 18, Medellín, CO)
Application Number:
IB2017/053251
Publication Date:
December 07, 2017
Filing Date:
June 01, 2017
Export Citation:
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Assignee:
QUIROZ GARCIA, Abel Ángel (Carrera 99 EE No 49 AA 18, Medellín, CO)
International Classes:
B01D5/00; E03B3/28
Foreign References:
US2805560A1957-09-10
CN102400480A2012-04-04
CN105507367A2016-04-20
US20080289352A12008-11-27
US20140083120A12014-03-27
Attorney, Agent or Firm:
OLARTE, Carlos R. (Carrera 5 No. 34-03, La Merced, Bogotá, CO)
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Claims:
REIVINDICACIONES

1. Un aparato colector de agua a partir de aire atmosférico que comprende:

- un primer Venturi (1) y un segundo Venturi (2), cada Venturi tiene una entrada y una salida, el segundo Venturi (2) se conecta a la salida del primer

Venturi (1);

- un ventilador (3) dispuesto operacionalmente en la entrada del primer Venturi

(i);

- un tubo vortex (4) con:

- un ingreso (9) conectado en la salida del segundo Venturi (2);

- una primera salida lateral (10) comunicada con la atmósfera; y,

- una segunda salida lateral (11);

- un serpentín (5) con un puerto de ingreso (6) conectado a la segunda salida lateral (11) del tubo vortex (4) y con un puerto de salida (7); y

- medios de adsorción (8) ubicados al interior del serpentín (5).

2. El aparato de la Reivindicación 1, donde se conecta un serpentín auxiliar (26) entre la salida del segundo Venturi (2) y el ingreso del tubo vortex (4). 3. El aparato de la Reivindicación 1, donde el ventilador (3) tiene un rotor (12) y una fuente de potencia (13) seleccionada del grupo que comprende generadores eólicos, generadores fotovoltaicos, generadores térmicos, redes de energía eléctrica, baterías y combinaciones de los anteriores. 4. El aparato de la Reivindicación 1, caracterizado porque los medios de adsorción (8) se seleccionan del grupo que comprende espumas de aluminio, espumas de acero inoxidable, carbón activado, espumas de fibra óptica, espumas de cobre y combinación de los anteriores. 5. El aparato de la Reivindicación 1 que comprende:

- un condensador (14) conectado al puerto de salida (7) del serpentín (5), el condensador (14) tiene aletas (15) ubicadas en su interior; - un tanque (16) conectado debajo del condensador (14); y

- un tubo de venteo (17) conectado en una cara lateral superior del tanque (16), el tubo de venteo (17) comunica el tanque con la atmósfera. 6. El aparato de la Reivindicación 5, caracterizado porque el tanque (16), el condensador (15) y el serpentín (5) se ubican en un sumidero térmico (24).

7. El aparato de la Reivindicación 5, que comprende:

una tubería (18) con una primera conexión (19) conectada al tanque (16) y una segunda conexión (20) conectada a un punto externo; y,

una bomba (21) dispuesta a lo largo de la tubería (18).

8. El aparato de la Reivindicación 7 que comprende:

- un filtro (22) conectado con la segunda conexión (20) de la tubería (18); y,

un tanque de almacenamiento (23) conectado debajo del filtro (22).

9. El aparato de la Reivindicación 5, caracterizado porque las aletas (15) del condensador (14) se recubren con un material hidrofóbico.

Description:
APARATO COLECTOR DE AGUA A PARTIR DE AIRE ATMOSFÉRICO

Campo de la invención La presente invención se relaciona con máquinas, aparatos y dispositivos que colectan agua a partir de aire atmosférico, particularmente con aparatos que colectan agua mediante adsorción y condensación.

Descripción del estado de la técnica

El estado de la técnica divulga documentos relacionados con aparatos y procesos para condensar y adsorber agua a partir de aire atmosférico, como por ejemplo los documentos US6117211 A y US20060112709A 1. El documento US6117211A divulga un aparato para remover agua cargada de contaminantes de una corriente de fluido y liberar el agua descontaminada al ambiente. El aparato comprende una cama adsorbente que remueve agua cargada con contaminantes de una corriente de fluido, y medios de regeneración que suministran un gas de purga que remueve una porción del agua adsorbida en la cama adsorbente. Además, el aparato incluye medios de separación para remover el agua con contaminantes que arrastra el gas de purga. Los medios de separación comprenden un condensador que produce agua con contaminantes en forma de líquido condensado, y una corriente de gas que contiene el gas de purga y contaminantes. Los medios de separación también incluyen una membrana semipermeable que produce agua sin contaminantes como permeado; y medios para permitir que el agua sin contaminantes se evapore, y expulsar el agua evaporada al ambiente. El documento también divulga una cama adsorbente que debe ser regenerada continuamente a una presión reducida. Por otra parte, el documento menciona materiales que sugieren que la adsorción es química, por lo cual se entiende que es necesario un proceso adicional, como por ejemplo calentamiento, o suministro de gas seco que recupere la humedad adsorbida. Además, el aparato desecha el agua separada hacia el ambiente luego de la descontaminación. Los procesos para tratamiento de aguas residuales eliminan contaminantes regulados por la ley, pero por lo general no dejan el agua en condiciones aptas para el consumo humano, además el proceso no divulga que condensa agua presente en aire atmosférico.

El documento US20060112709A1 divulga un aparato para colectar agua de la atmósfera que comprende una pluralidad de elementos de condensación divergentes hacia abajo, como por ejemplo platos cónicos y platos cónicos truncados; contenidos en un espacio cerrado en el cual la humedad del aire puede condensar. El espacio cerrado se comunica con la atmósfera. Además, el aparato incluye medios de circulación de aire frió exterior y/o interior, los medios de circulación incluyen una unidad de aire acondicionado. También, el aparato incluye medios de recolección de humedad. Por otra parte, el documento divulga medios de presión para aumentar el flujo de aire que entra al espacio cerrado; en una modalidad de la invención los medios de presión incluyen un Venturi. También, el documento divulga que utiliza una unidad de aire acondicionado. Las unidades de aire acondicionado son equipos que necesitan compresores los cuales consumen potencias superiores a otros equipos, como por ejemplo ventiladores, y necesitan intercambiadores de calor presurizados (condensador, evaporador). Además, el compresor y los intercambiadores de calor requieren mantenimiento especializado. Con base en lo anterior, no se encontró en el estado de la técnica un aparato o mecanismo para obtener agua retenida en el aire atmosférico, que evite el uso de equipos, como por ejemplo unidades de aire acondicionado y unidades de adsorción/desorción química y/o térmica, y que permita obtener agua apta para el consumo humano.

Breve descripción de la invención

El presente invento corresponde a un aparato colector de agua a partir de aire atmosférico que comprende un primer Venturi y un segundo Venturi, cada uno de los Venturi tiene una entrada y una salida, el segundo Venturi se conecta a la salida del primer Venturi. El aparato también incluye un ventilador dispuesto operacionalmente en la entrada del primer Venturi y un tubo vortex. A su vez, el tubo vortex tiene un ingreso conectado a la salida del segundo Venturi; una primera salida lateral que se comunica con la atmósfera; y, una segunda salida lateral. También, el aparato colector comprende un serpentín con un puerto de ingreso conectado a la segunda salida lateral del tubo vortex y un puerto de salida; y medios de adsorción que se ubican al interior del serpentín. El ventilador suministra aire atmosférico que contiene agua, luego el primer Venturi y el segundo Venturi aumentan la velocidad y bajan la presión del aire. Posteriormente el tubo vortex separa el aire que sale del segundo Venturi en una corriente de aire frío que ingresa al serpentín y una corriente de aire caliente que se expulsa a la atmósfera. El aire frío contiene agua que se adsorbe en los medios de adsorción.

Breve descripción de las figuras

La FIG. 1 corresponde a una vista en corte de una modalidad del aparato colector de agua a partir de aire atmosférico.

La FIG. 2 corresponde a una vista de detalle del aparato colector de agua a partir de aire atmosférico que muestra el primer Venturi, el segundo Venturi y el tubo vortex. La FIG. 3 corresponde a un ventilador del aparato colector de agua a partir de aire atmosférico.

La FIG. 4 corresponde a un tubo vortex conectado a un serpentín del aparato colector de agua a partir de aire atmosférico.

La FIG. 5 corresponde a una vista de detalle de un condensador del aparato colector de agua a partir de aire atmosférico.

La FIG. 6 corresponde a una modalidad del aparato colector de agua a partir de aire atmosférico que tiene una sección inferior ubicada en un espacio subterráneo. La FIG. 7 corresponde a una vista de detalle de una modalidad del aparato colector de agua a partir de aire atmosférico, que muestra una tubería que conecta una bomba con un filtro. Descripción detallada de la invención

El presente invento corresponde a un aparato colector de agua a partir de aire atmosférico (en adelante aparato). Haciendo referencia a la FIG. 1, y la FIG. 2, en una modalidad de la invención el aparato comprende:

- un primer Venturi (1) y un segundo Venturi (2), cada Venturi tiene una entrada y una salida, el segundo Venturi (2) se conecta a la salida del primer Venturi (1);

- un ventilador (3) dispuesto operacionalmente en la entrada del primer Venturi

(i);

- un tubo vortex (4) con:

- un ingreso (9) conectado a la salida del segundo Venturi (2);

- una primera salida lateral (10) que se comunica con la atmósfera; y, - una segunda salida lateral (11);

- un serpentín (5) con un puerto de ingreso (6) y un puerto de salida (7), el puerto de ingreso (6) se conecta a la segunda salida lateral (11) del tubo vortex (4); y,

- medios de adsorción (8) ubicados al interior del serpentín (5).

Haciendo referencia a la FIG. 2, en una modalidad de la invención, el primer Venturi (1), y el segundo Venturi (2) tienen una sección transversal que se reduce en la dirección longitudinal y converge hacia la salida de cada Venturi. Cuando entra fluido por cada Venturi, dicho fluido sale con una velocidad mayor y una menor presión. En una modalidad de la invención cada Venturi tiene una forma seleccionada del siguiente grupo: cónica, prismática, piramidal, cónica truncada, prismática, truncada, piramidal truncada, y combinaciones de los anteriores. En una modalidad de la invención, el segundo Venturi (2) se conecta a la salida del primer Venturi (1) mediante una unión que se selecciona del grupon: bridas soldadas, bridas atornilladas, soldadura (v.g. SMAW, GMAW, GTAW, FCAW, procesos de soldadura aceptados por la AWS) adhesivos epóxicos, acrílicos, y combinaciones de los anteriores.

Haciendo referencia a la FIG. 2, en una modalidad de la invención, el segundo Venturi (2) se conecta a la salida del primer Venturi (1) mediante soldadura.

En una modalidad de la invención el ventilador (3) se selecciona del grupo que comprende ventiladores axiales, ventiladores centrífugos, compresores, turbosoplantes, sopladores de lóbulos, ventiladores de tubo centrífugo con ventilación radial y combinaciones de los anteriores.

En una modalidad de la invención el ventilador (3), tiene una boca de salida que se conecta con el primer venturi (1) mediante una unión que se selecciona del grupo que comprende bridas soldadas, bridas atornilladas, soldadura SMAW, GMAW, GTAW, FCAW, adhesivos epóxicos, acrílicos, y combinaciones de los anteriores.

En una modalidad de la invención, el ingreso (9) del tubo vortex (4) se conecta en la salida del segundo Venturi (2) mediante una unión que se selecciona del grupo que comprende bridas soldadas, bridas atornilladas, soldadura SMAW, GMAW, GTAW, FCAW, adhesivos epóxicos, acrílicos, y combinaciones de los anteriores. El tubo vortex (4) separa el aire proveniente del segundo Venturi (2) en una corriente de aire frío que sale por la segunda salida lateral (11) y posteriormente ingresa al serpentín (5), y una corriente de aire caliente que sale por la primera salida lateral (10), y luego se expulsa a la atmósfera mediante una tubería. En una modalidad de la invención, el ingreso (9) del tubo vortex (4) se conecta a la salida del segundo Venturi (2) mediante una reducción bushing.

En una modalidad de la invención, se conecta un serpentín auxiliar (26) entre la salida del segundo Venturi (2) y el ingreso (9) del tubo vortex (4). El serpentín auxiliar (26) se conecta mediante una unión que se selecciona del grupo que comprende bridas soldadas, bridas atornilladas, soldadura SMAW, GMAW, GTAW, FCAW, adhesivos epóxicos, acrílicos, y combinaciones de los anteriores. El serpentín auxiliar (26) genera un movimiento centrífugo que aglomera gotas de agua presentes en el aire atmosférico en las paredes internas del serpentín. Las gotas aglomeradas forman una película de agua que fluye por gravedad hacia el tubo vortex (4). En una modalidad de invención, la salida del segundo Venturi (2) se conecta al serpentín auxiliar (26) mediante una reducción bushing. Haciendo referencia a la FIG. 3, en una modalidad de la invención, el ventilador (3) tiene un rotor (12) que succiona aire atmosférico y lo impulsa hacia el primer Venturi (1), y una fuente de potencia (13) que se selecciona del siguiente grupo: generadores eólicos, generadores fotovoltáicos, generadores térmicos, redes de energía eléctrica, baterías, y combinaciones de los anteriores.

Haciendo referencia a la FIG. 4, en una modalidad de la invención los medios de adsorción (8) se seleccionan del siguiente grupo: espuma de aluminio, espuma de acero inoxidable, carbón activado, espuma de fibra óptica, espuma de cobre y combinaciones de los anteriores. Los medios de adsorción (8) atrapan partículas de agua retenidas en el aire atmosférico que fluye a través del serpentín (5); las partículas de agua se aglomeran en gotas. Posteriormente, cuando las gotas tienen un peso que permite vencer la tensión superficial entre la gota y los medios de adsorción (8), las gotas se precipitan hacia el puerto de salida (7) del serpentín (5). Haciendo referencia a la FIG. 5, en una modalidad de la invención, el aparato también comprende: - un condensador (14) conectado al puerto de salida (7) del serpentín (5), el condensador (14) tiene aletas (15) ubicadas en su interior;

- un tanque (16) conectado debajo del condensador (14); y

- un tubo de venteo (17) que comunica el tanque (16) con la atmósfera, el tubo de venteo (17) se conecta en una cara lateral superior del tanque (16).

En una modalidad de la invención, las aletas (15) se recubren con un material hidrofóbico, como por ejemplo recubrimientos con compuestos de fluorosilicona. En una modalidad de la invención, el material hidrofóbico es un recubrimiento para tratamiento de repelencia en metales de la marca Aculon™.

En una modalidad de la invención, el condensador (14) se selecciona del siguiente grupo: condensadores de placas, condensadores de coraza y tubos, condensadores de múltiples pasos y combinaciones de los anteriores. En la modalidad preferida, el condensador (14) es un condensador de placas.

En una modalidad de la invención, el tanque (16) es un tanque con volumen entre 10L y 100L. En una modalidad de la invención, el tanque (16) se conecta al condensador (14) mediante una conexión removible que se selecciona del grupo que comprende conexiones por bridas, conexiones roscadas, racores y combinaciones de los anteriores.

En una modalidad de la invención, el tanque (16) se conecta al tubo de venteo (17) mediante una conexión removible que se selecciona del grupo: conexiones por bridas, conexiones roscadas, racores y combinaciones de los anteriores. El tubo de venteo (17) permite mantener el tanque (16) a presión atmosférica. Además, permite expulsar del aparato aire con bajo contenido de humedad que sale del serpentín (5) y el condensador (14).

Haciendo referencia a al FIG. 5, en una modalidad de la invención, el tanque (16) se conecta al tubo de venteo (17) mediante racores. Haciendo referencia a la FIG. 6, en una modalidad de la invención, el tanque (16), el condensador (14), y el serpentín (5) se ubican en un sumidero térmico (24), como por ejemplo un espacio subterráneo.

Haciendo referencia a la FIG. 7, en una modalidad de la invención, el aparato también comprende:

una tubería (18) que tiene una primera conexión (19) que se conecta al tanque (16) y una segunda conexión (20) que se conecta a un punto externo; y, - una bomba (21) que se dispone a lo largo de la tubería (18).

En una modalidad de la invención, la primera conexión (19) y la segunda conexión (20) se seleccionan del grupo que comprende: conexiones por bridas, conexiones roscadas, racores y combinaciones de los anteriores.

En una modalidad de la invención la tubería (18) se conecta al tanque (16) y al punto externo mediante una unión fija que se selecciona del grupo: soldadura (v.g. GMAW, GTAW, FCAM, SMAW y procesos de soldadura aceptados por la AWS); adhesivos epóxicos, acrílicos, ciano-acrilatos y poliméricos y combinaciones de los anteriores.

En una modalidad de la invención, la bomba (21) se selecciona del grupo que comprende: bombas de desplazamiento positivo (bombas de pistones, bombas de tornillo, bombas de engranajes, entre otras), bombas centrífugas, bombas peristálticas, bombas de diafragma, bombas sumergibles y combinaciones de los anteriores.

En una modalidad de la invención, el aparato se conecta a una unidad de potabilización de agua.

Haciendo referencia a la FIG. 1, en una modalidad de la invención, la unidad de potabilización de agua comprende:

un filtro (22) que se conecta con la segunda conexión (20) de la tubería

(18); y, un tanque de almacenamiento (23) que se conecta debajo del filtro (22).

En una modalidad de la invención, el filtro (22) es un filtro que se selecciona del grupo conformado por: filtros de retrolavado, filtros de osmosis inversa, filtros de carbón activado, filtros cerámicos para agua, intercambiadores de iones, productos alcalinos, filtros de mineralización, filtros de micro esponja y combinaciones de los anteriores.

Ejemplo: aparato colector de agua a partir de aire atmosférico de 33L a gua/día Se construyó un aparato colector de agua a partir de aire atmosférico de una capacidad promedio de 33Lagua/día.

Haciendo referencia a la FIG. 2, el primer Venturi (1) y el segundo Venturi (2) son conos fabricados en plástico reforzado con fibra de vidrio. El primer Venturi (1) tiene una brida de 6" de diámetro nominal.

El primer Venturi (1) tiene las siguientes dimensiones:

diámetro de entrada: 6plg

diámetro de salida: 3plg

- longitud: 2m

El segundo Venturi (2) tiene las siguientes dimensiones:

diámetro de entrada: 3plg

diámetro de salida: lplg

- longitud: l,70m

A la salida del segundo Venturi (2) se conecta una reducción bushing de lplg de diámetro nominal a 0,5plg de diámetro nominal. Haciendo referencia a la FIG. 3, el ventilador (3) es un ventilador axial con un flujo de aire de 29cfm, un voltaje de 12V y una corriente nominal de 0,7Amp. El ventilador (3) tiene una brida de 120mm x 120mm x 32mm, que se conecta con la brida del primer Venturi (1) mediante tornillos. El ventilador se conectó a una batería de 12V.

Haciendo referencia a la FIG. 4, el tubo vortex (4), tiene una capacidad máxima de 220L/min, y una capacidad de enfriamiento de hasta 100Kcal/h, el tubo vortex tiene las siguientes dimensiones:

un ingreso (9), que es una reducción de l,0plg de diámetro nominal a 0,25plg de diámetro nominal;

una primera salida lateral (10) de 0,25plg de diámetro nominal; y,

- una segunda salida lateral (11) de 0,5plg de diámetro nominal,

longitud: 212mm;

diámetro exterior máximo: 45mm.

Haciendo referencia a la FIG. 5, el serpentín (5) se fabricó doblando de manera helicoidal tubería de cobre de 0,5plg de diámetro nominal. El serpentín (5) tiene una longitud de l,20m y un diámetro externo de 5,8plg. El serpentín tiene un puerto de ingreso (6) de 0,5plg de diámetro nominal y un puerto de salida (7) de 0,5plg de diámetro nominal. Haciendo referencia a la FIG. 4, los medios de adsorción (8) son espuma de acero inoxidable. La espuma de acero inoxidable se manufacturó a partir de esponjillas de acero inoxidables, como por ejemplo las esponjillas utilizadas para limpieza y lavado doméstico. Las esponjillas de acero inoxidable se conforman a partir de trenzas entrelazadas. Para manufacturar los medios de adsorción (8), se separaron las trenzas y se introdujeron en la tubería de cobre de 0,5plg de diámetro nominal. Posteriormente, se dobló la tubería de cobre para conformar el serpentín (5).

Haciendo referencia a la FIG. 7, al puerto de salida (7) del serpentín (5), se conecta un condensador (14) de placas. El condensador (14) tiene ciento cincuenta aletas (15) recubiertas con una película de material hidrofóbico y oleofóbico, la película es de un espesor entre 2nm y 4nm. El material hidrofóbico es un recubrimiento para tratamiento de repelencia en metales de la marca Aculon™. Las aletas (15) se fabricaron en aluminio y cada aleta (15) tenía una longitud de 30cm, un espesor de lmm y un ancho de 2,5plg.

El condensador (15) tiene una coraza fabricada en plástico reforzado con fibra de vidrio, con una longitud de 30cm y un diámetro externo: 5,8plg. La coraza tiene una superficie superior, con una conexión de entrada de 0,5plg que se conecta con el puerto de salida (7) del serpentín (5); y tiene una superficie inferior con una conexión de salida de lplg.

Haciendo referencia a la FIG. 5, debajo de la superficie inferior del condensador (15) se conectó un tanque (16). El tanque (16) es un botellón fabricado en aluminio con un volumen de 35L, con una altura de 50cm, y que tiene una boca de ingreso de lplg que se conecta con la conexión de salida del condensador (15).

Haciendo referencia a la FIG. 6, el condensador (14), el serpentín (5), y el tanque (16) se ubican en un sumidero térmico (24). El sumidero térmico (24) es un espacio subterráneo.

Haciendo referencia a la FIG. 2, el aparato colector de agua a partir de aire atmosférico comprende una tubería protectora (25) de aluminio para alta presión de 6plg de diámetro nominal, que cubre los elementos ubicados desde el ventilador (1) hasta el tanque (16).

Haciendo referencia a la FIG. 5, en una cara lateral superior del tanque (16) se conecta un tubo de venteo (17). El tubo de venteo (17) tiene lplg de diámetro nominal. Además, el tubo de venteo (17) sale de la tubería protectora (25) de manera radial, luego se dobla 90° en una dirección paralela a la dirección axial de la tubería protectora (25) y se extiende hasta salir del sumidero térmico (24) (espacio subterráneo) y llegar a la atmósfera. Haciendo referencia a la FIG. 5, dentro del tanque (16) se dispone una bomba (21) sumergible con una capacidad entre22L/min y 234L/min, y de 36W de potencia. La bomba (21) tiene un motor eléctrico de 12V que se conecta a la batería de 12V. La bomba (21) tiene una salida de bombeo conectada a la primera conexión (19) de la tubería (18). La tubería (18) tiene 0,5plg de diámetro nominal.

Haciendo referencia a la FIG. 5, el filtro (22) es un filtro de mineralización y purificación que permite adaptar el agua proveniente del tanque (16) para consumo humano. Una cara superior del filtro (22) se conecta con la tubería (18); la cara inferior del filtro (22) se conecta mediante un conducto a un tanque de almacenamiento (23) de 1000L de volumen. El tanque de almacenamiento (23) tiene un grifo mediante el cual un usuario puede obtener agua potable, mineralizada y purificada apta para el consumo humano.

Se debe entender que la presente invención no se halla limitada a las modalidades descritas e ilustradas, y la persona versada en la técnica entenderá que pueden efectuarse numerosas variaciones y modificaciones que no se apartan del espíritu de la invención, el cual solo se encuentra definido por las siguientes reivindicaciones.