Sector técnico de la invención

La presente invención describe un sistema de cámaras presurízadas estáticas con rotación virtual para ahorro energético en desalación de agua de mar por osmosis inversa.

Antecedentes de la invención

La tecnología de mayor eficacia que se emplea en la actualidad para el ahorro de energía en la desalación por ósmosis inversa comprende la utilización de cámaras que se presurizan alternativamente, tal y como se explica a continuación.

El procedimiento para la desalinización de agua de mar, según el principio de ósmosis inversa, consiste en hacer circular, impulsado por una bomba de alta presión, una corriente de agua de mar pretratada por una instalación de ósmosis con membrana, donde se separa en agua pura sin presión y una solución con alto contenido en salmuera todavía a elevada presión. La energía de ese concentrado que sale a alta presión será la que se aproveche para el ahorro de energía.

Para conseguir ese ahorro energético, se hace uso de un cilindro o cámara tubular provisto en su interior de un émbolo cuyo rozamiento es mínimo. Un lado de dicho cilindro (por ejemplo, lado izquierdo) cuenta con dos válvulas, la V2 de salida de agua de mar hacia las membranas y la V3 de entrada de agua de mar a la cámara. El otro extremo del cilindro (por ejemplo, extremo derecho) se conecta una válvula V1 de entrada de salmuera de rechazo procedente de la membrana y una válvula V4 de salida de salmuera al mar.

Al comienzo del ciclo, la cámara se rellena con agua de mar teniendo la válvula V3 abierta y desplazando el émbolo al lado derecho. Cuando la cámara se llena de agua de mar se abre la válvula V1 y comienza a entrar salmuera de rechazo a alta presión, empujando al agua de alimentación que sale por la válvula V2 abierta hacia las membranas produciéndose el agua producto desalada por el fenómeno de la inversión de la ósmosis.

Cuando el émbolo llega al extremo izquierdo, la válvula V1 se cierra abriéndose la V4. En tal circunstancia entra a través de la válvula V3 abierta agua de mar a baja presión que expulsa la salmuera por V4 rellenando la cámara de agua de mar. A partir de este momento comenzaría un nuevo ciclo. El dispositivo descrito necesita resolver un problema para funcionar correctamente. Este problema se debe a que la transferencia de presión al agua de mar por parte de la salmuera debe ser continua. En el caso descrito, mientras el émbolo se mueve hacia la derecha, no impulsa agua de mar, lo que no es aceptable para las membranas ya que se quedarían sin agua. Este problema se resuelve instalando en paralelo al menos una segunda cámara (segundo cilindro) cuyo funcionamiento debe estar desfasado respecto al primero de manera que las membranas estén recibiendo permanentemente agua de mar a alta presión procedente de las cámaras. Aún así existe un pequeño período de tiempo que se corresponde con el cambio de llenado de agua en las cámaras, en el que la alimentación de agua de mar por V3 se para, lo que origina que todo ese agua en movimiento produzca un golpe de ariete muy peligroso para la instalación de baja presión de la desaladora.

Ese conjunto de cámaras que forman el sistema pueden ser de dos tipos: estáticas o rotatorias.

Los sistemas estáticos, manejan grandes volúmenes de agua por lo general dos cámaras las cuales por medio de un mecanismo común que las relaciona en todo momento, hace que mientras una trabaja aportando agua a las membranas, la otra cámara se repone con agua de mar mientras tira la salmuera que ha quedado como rechazo o residuo. Por lo general, cuanto mayor se quiere hacer el sistema, mayores son las cámaras y nunca se dividen en cámaras mas pequeñas conectadas en paralelo. Estos sistemas estáticos cuentan con grandes válvulas y grandes mecanismos de accionamiento. Una pareja de tubos tiene por un extremo cuatro válvulas antirretorno de 2 vías (ocho vías en total) y por el otro extremo cuatro válvulas pilotadas de dos vías, (otras ocho vías) que, en algún caso, para simplificar, se utiliza una sola válvula de cinco vías accionada por sistemas neumáticos o hidráulicos o eléctricos.

Los sistemas rotatorios (cuyo precursor fue Klaus Eimer, 1979) son sumamente sencillos porque no tienen válvulas, pues el efecto de estas se consigue con la utilización de un tambor perforado con agujeros longitudinales (del orden de 10 a 12) que hacen de pequeñas cámaras, con dos tapas en sus bases a modo de lumbreras, por donde entra y sale el agua, las cuales se conectan y desconectan secuencialmente al girar el tambor. El principal inconveniente de este sistema es que las tapas de las bases del cilindro tienen que estar bien apretadas para conseguir una buena estanqueidad, para que el agua que se encuentra a alta presión no se escape, pero que si se excede en el ajuste, se puede llegar a frenar el giro del tambor rotatorio. Por lo tanto, este sistema requiere de una gran precisión en su fabricación siendo el material utilizado por excelencia la alúmina, ya que se requiere una gran dureza para soportar la fricción a más de 1200 rpm teniendo agua como lubricante.

Las cámaras estáticas son para mayores volúmenes de producción y las rotatorias, por la simplicidad del sistema, se construyen para caudales pequeños, ya que si se emplean para plantas de gran tamaño, hay que conectar muchos de estos pequeños aparatos en paralelo.

La empresa Calder comercializa un sistema de cámaras estáticas denominado Dweer (Dual Work Exchanger Energy Recovery) consistente en dos cámaras de tipo convencional y con la válvula de cinco vías accionada por una centralita oleohidraúlica.

El sistema de ahorro de energía comercializado por Siemag es similar al anterior a excepción de que lo conforman básicamente tres cámaras estáticas cilindricas con válvulas, conectadas en paralelo.

En la patente número ES2153290 del mismo solicitante describe una pareja de cámaras estáticas que se presurizan alternativamente con la novedad de tratarse de un ciclo cinético continuo, en el que el agua no se para en las cámaras cuando estas se presurizan, despresurizan, expulsan la salmuera o cogen el agua de mar, evitando de esta forma el consumo de energía cinética que supondría la parada de la masa de agua que circula por dichas cámaras. Esta invención supuso la resolución de un problema técnico existente hasta ese momento que consistía en evitar la pérdida de energía cinética que tenía la masa de agua de las cámaras generada por la parada que sufría al tratarse de un ciclo interrumpido y no continuo.

El documento US4887942 de Hauge divulga un sistema de cámaras rotatorias consistente en un cilindro perforado a modo de tambor de revólver cuyo funcionamiento se basa en el giro de dicho tambor cerrando y abriendo lumbreras que permiten el vaciado y llenado de las cámaras para renovar el agua de mar expulsando la salmuera. Habiendo visto el estado de la técnica más cercano, se comprueba que existen una serie de problemas técnicos para los sistemas estáticos:

• Requieren unas grandes válvulas comandadas, generalmente de cilindro y corredera de cinco o más vías.

• Requiere el uso de motores o pequeñas centrales hidraúlicas para el manejo de dichas válvulas. • Debido a las grandes dimensiones de estos sistemas, tanto las válvulas como los elementos de unión entre las válvulas y las cámaras tienen un gran peso y unas grandes dimensiones lo que implica un alto coste tanto de fabricación como de mantenimiento.

• Debido a su diseño, no resulta rentable su fabricación para volúmenes pequeños, menores de 5000 m3/día.

• En el cambio de una cámara a la otra se requiere que ambas cámaras, por un momento, se mantengan presurizadas para que no caiga la presión de alta de las membranas, lo que implica que la entrada de agua de alimentación a las cámaras se bloquee. Esto origina un golpe de ariete que rompe con facilidad la instalación de baja presión. Como solución o se emplean enormes vasos de expansión o se tira al mar ese agua, que previamente ha sido tratado.

Los sistemas de cámaras rotatorias también presentan una serie de problemas, como son:

• Debido a la gran velocidad de giro del rotor (1200 rpm) y a no tener tiempo de presu rizar/despresurizar las 10 ó 12 cámaras que componen el rotor, se originan verdaderas explosiones que emiten un ruido que sobrepasa todos los rangos admisibles, por encima de los 90 db.

• No se puede fabricar para volúmenes de más de 2000 m3/día porque la fuerza centrífuga rompe el rotor, lo que implica que para volúmenes mayores haya que instalar aparatos en paralelo, lo que multiplica el ruido.

• Otro problema que se encuentra es el derivado de la alta precisión que se requiere en su fabricación lo que implica que estos aparatos no se pueden reparar en caso de avería o rotura, no existiendo los repuestos, por lo que en el caso de rotura de una de las cámaras hay que sustituir el conjunto completo.

• Esa precisión también implica que el agua tenga que entrar en el sistema perfectamente filtrada, lo que requiere una filtración especial para este tipo de sistemas rotatorios, ya que un simple grano que se escape de los filtros de arena rompería el equipo.

Por todo ello, la presente invención tiene como objetivo proporcionar un sistema híbrido de cámaras estáticas a las que se les proporciona una rotación virtual, que resuelve todos los problemas técnicos anteriormente enumerados. Además aúna las venta- jas tanto de las grandes cámaras estáticas como de las menores dinámicas, pudiéndose fabricar para todo el rango de volúmenes deseado.

Descripción de la invención

La invención comprende un conjunto de elementos unitarios consistentes en cámaras estáticas presurízables conectadas en paralelo. Cada uno de los elementos unitarios cuenta con dos válvulas antirretorno en uno de los extremos. Por el otro extremo se instala una válvula de tres vías servopilotada de pistón o membrana, que es accionada por el agua de alta presión, preferentemente por la salmuera de rechazo de la membrana. Este sistema de accionamiento no se emplea en el estado de la técnica debido a la alta corrosívidad de la salmuera, sin embargo hoy en día se pueden fabricar las válvulas con materiales, ya sean metales o polímeros, que resisten esta alta agresividad.

El conjunto de válvulas de todos los elementos unitarios se encuentra supervisado y controlado por un equipo electrónico que consigue, sin necesidad de rotar físicamente las cámaras, que los flujos de agua se comporten exactamente igual que lo harían en un tambor rotatorio.

Los tambores rotatorios llenan y vacían secuencialmente las cámaras por el efecto de la rotación del tambor. En nuestra invención este llenado y vaciado secuencial no lo genera la rotación de ningún elemento mecánico, si no la secuencia de órdenes programadas en el equipo electrónico y que son enviadas a las válvulas pilotadas.

Una mejora del sistema híbrido modular, objeto también de la presente invención se refiere al diseño de las cámaras estáticas presurízables, también llamadas cámaras isobáricas o de presión, que son cámaras tubulares formadas por un tubo de acero recubierto de plástico interiormente. En cada cámara o cilindro va alojado un pistón suelto o flotante, con un diseño muy especial sin rozamientos, que actúa como tabique de separación entre la salmuera y el agua a desalar, como el descrito en la patente P9701877 del mismo solicitante, donde también se describe un sistema de posicio- namiento de dicho pistón con unos imanes que son detectados desde fuera del tubo por sensores del tipo red o efecto Hall. Debemos mencionar que los aceros austeníti- cos empleados en desalación y también los de estructura dúplex ferro-austenitico y superdúplex, son permeables a los campos magnéticos y pueden captar la señal. Este pistón funciona perfectamente estabilizado con la densidad del agua que queda equilibrado sin peso en el seno del fluido. En una realización mejorada se le colocan unos aros suaves a ese pistón de manera que rocen solo ellos, sin apenas presión, puesto que la presión diferencial la creará este propio segmento, dependiendo de lo apretado que esté. De esta forma el pistón se moverá con una precisión y suavidad absoluta, sin ningún esfuerzo, sin pérdida de energía y sin que se mezcle la salmuera con el agua de mar. Además este pistón, como se mueve sin diferencial de presión sino porque es arrastrado por la corriente de agua, lleva una válvula de especial diseño, en el centro, que funciona de forma bidi- reccional, de manera que si llega al final de su recorrido ya sea en uno u otro sentido y actúa la presión por encima de un valor prefijado, la válvula se abre, como medida de seguridad, dejando pasar el agua.

En cuanto a las válvulas, en las cámaras isobáricas el agua circula en los dos sentidos con el pistón intermedio que se describía anteriormente. Las válvulas antirretorno pasivas que se abren y cierran con el flujo de agua que vence a un muelle, corresponden a las de agua que viene del mar y son dos, una para la baja presión y otra para la alta presión, estando ambas en el mismo lado del tubo o cámara isobárica. Las otras dos válvulas, las que corresponden al paso de salmuera, son comandadas y automáticas y están en el mismo lado de la cámara. Una de las dos válvulas, la que se encuentra en el lado de baja presión se abre para expulsar la salmuera fuera de las cámaras; la otra válvula, la que se encuentra en el lado de alta presión, da paso a la salmuera de alta presión que viene de las membranas a las cámaras y que se encarga de empujar al agua de mar mediante el pistón separador, la cual abre la válvula de alta del lado opuesto que va a las membranas.

En cuanto a las válvulas que abren y cierran el paso del fluido a las cámaras, otro de los avances que supone esta invención es que estarán colocadas directamente en la tapa de las cámaras que se presurizan, dispuestas de la misma forma y manera que lo están en los motores de combustión interna, como los de los automóviles. Por geometría, para el buen paso del fluido, podrán ser de dos o de cuatro válvulas en cabeza.

Los asientos de las válvulas están mecanizados en la tapa de la cámara o añadidos a esta culata.

Es importante reseñar que el tipo de válvulas a emplear son de plato de asiento cónico o plano y con vástago de guía. En el estado de la técnica, todas las cámaras isobáricas tienen las válvulas instaladas en el exterior de las cámaras y conectadas a estas por medio de tubos que quedan fuera de las cámaras. Esto referido a las válvulas antirretorno, porque las que son comandadas, siempre son del tipo de correderas con lumbreras, rotatorias o de bola, pero nunca del tipo todo o nada como las que se emplean en motores de combustión interna, como es el caso de la invención reivindicada.

Al incluir la invención reivindicada las válvulas en las tapas de las cámaras o culata, sólo quedan en el exterior los tubos consiguiéndose dos objetivos esenciales: el primero es el ahorro en materiales y mano de obra de tubos y sistemas de bridas de conexión, lo que se traduce en una importante disminución de costes y el segundo, mucho mas importante, es que como las cámaras cambian de presión según se estén llenando con agua de mar a presión atmosférica o estén desplazando a esta a las membranas empujada por la alta presión de la salmuera de rechazo, las tuberías que salen se ven sometidas también a estas fluctuaciones junto con sus válvulas, bridas de conexión, juntas de estanqueidad y la tornillería correspondiente, lo que aumenta considerablemente el riesgo de averías. En el caso de la invención presentada no existe nada de esto lo que aumenta considerablemente la vida útil y sin averías ni goteos del equipo.

Esta presión constante en los cuatro tubos de conexión de las cámaras, hace posible poder usar las uniones comerciales (tipo junta vitaulic) consistentes en una abrazadera hecha en dos piezas que se unen con dos tomillos que comprime las dos mitades contra un anillo de un elastómero y que reúnen las ventajas de la rapidez de la instalación, integridad del diseño, confiabilidad del funcionamiento pero que no puede funcionar con variaciones bruscas de presión. Hasta ahora, la presión constante en los cuatro tubos de conexión ha sido exclusivo de las cámaras rotatorias, pero no pensa- ble en las estáticas.

Las válvulas, dentro de ser del tipo plato con vástago, tienen una particularidad en su diseño que consiste en que, a parte de la función propia de cerrar herméticamente por asiento de presión lo que evita el goteo, además deja una pequeña cámara de agua atrapada entre la tapa y el cuerpo que se utiliza para frenar el impacto del cierre, evitando ruidos y alargando la vida pues se evitan tensiones a los materiales que se golpean. Además la tapa tiene una serie de pequeños orificios por donde el agua atrapada, escapará con cierta lentitud para que el contacto sea más lento y en consecuencia, menos brusco. Esta misma serie de agujeros tiene una segunda misión que consiste en que, cuando la cámara está con alta presión o al contrario en baja, la válvula que le corresponde abrir, lo hará primero con los agujeros que harán de difusores de presión, de forma que se equilibren las presiones de forma paulatina y no de golpe, evitando de esta forma el gran ruido que se origina en las cámaras que se presurizan causado por ese golpe de presión estática.

En resumen, los puntos referentes a las válvulas son los siguientes:

1. Un diseño racional de válvulas incluidas en la tapa, no quedando en el exterior con bridas de soporte independientes.

2. Válvulas de plato y vástago, tanto para las dos válvulas antirretorno con muelle de agua de mar, como las de salmuera que funcionan de forma automática, servo pilotadas.

3. Formas simples sin materiales especiales, al no existir piezas sometidas a fricciones con velocidad y presiones importantes.

En cuanto al agua de alimentación en baja presión, en todos los diseños existentes hay que pararla cuando se llena una cámara. Esa parada hace que ese exceso de liquido que se ve frenado cuando llega con cierta velocidad, de lugar a un golpe de ariete, tanto mas importante cuanto menor es el numero de cámaras a repartir y mayor sea la velocidad de parada, independientemente de la longitud de tubo que hay detrás. Una gran ventaja que ofrece el sistema de la invención, es que las válvulas son comandadas por un sistema electrónico con gran rapidez y precisión de respuesta, de forma que se puede abrir una cámara que está vacía y hacerla coincidir con el cierre de una que se ha llenado, sin tener que parar el agua de alimentación.

Otra de las ventajas clave de la rotación virtual, es decir, rotación electrónica y no mecánica, es que no existe el círculo mecánico de las cámaras en el que 180° se emplea para las cámaras de alta presión y otros 180° para las de baja presión. En este caso no existe la separación por un tabique físico, es decir, que no han de estar forzosamente la mitad de las cámaras llenándose y la otra mitad vaciándose, sino que puede haber un desfase y desigualdad del numero de cámaras que llenan o vacían y que ni siquiera tiene porque ser un número entero de cámaras, ya que puede ser una fracción. Al no haber una rotación física no hay una velocidad angular constante debido a que no hay un cuerpo sólido que gira. Por lo tanto no tenemos que supeditar a que la rotación virtual le corresponde una velocidad angular igual para todos los tubos, pues podemos adelantar o retrasar de forma electrónica, en grados, minutos o segundos de grados, las entradas y salidas de cada una como mejor convenga para que la presión de alimentación sea lo mas estable posible.

Según esto, podemos tener, una o mas cámaras en espera, tanto para llenar como para vaciar su contenido, incluso dejarlas inoperables para que cuando exista, por cualquier motivo no previsto, un golpe de presión en la alimentación (detectado por un transductor de presión en la línea de alimentación de agua del recuperador), el sistema electrónico mande una señal de apertura a las válvulas para que abran o cierren según la necesidad y poder derivar ese exceso de caudal a una de estas cámaras que espera ser llenada.

Este sistema, a diferencia del estado de la técnica conocido, presenta las siguientes ventajas:

• Es completamente silencioso debido a que se puede controlar electrónicamente el tiempo de apertura de la válvula de la cámara lo que evita la explosión producida por la entrada brusca de la gran presión a la cámara, a diferencia de los sistemas rotatorios que cuentan con una velocidad angular constante y por tanto no regulable.

• El número total de cámaras permanecen siempre activas: en los sistemas rotatorios convencionales que se encuentran en el mercado no ocurre así. En ellos, la mitad de las cámaras funcionan a presión atmosférica (baja presión de alimentación de agua de mar) y la otra mitad a la presión de la osmosis inversa (alta presión de las membranas). Estas dos zonas de alta y baja presión, están divididas por un tabique separador o zona neutra que bloquea el funcionamiento de por lo menos, dos de las cámaras diametralmente opuestas, en el momento de transición de la alta a la baja presión y de la baja a la alta presión. En la presente invención no existe ningún separador físico que bloquee ninguna cámara, de manera que durante la transición no queda bloqueada ninguna cámara resultando que para la misma capacidad se puede prescindir de, como mínimo, dos cámaras.

• Flexibilidad para decidir el número de cámaras que estén aportando el agua de mar a las membranas a alta presión o las que estén recibiendo el agua de mar a baja presión, no estando obligados a que la mitad de ellas funcionen a alta presión y la otra mitad a baja. Esto se consigue desfasando la zona de transición, ya que al no existir un separador físico, es el equipo electrónico el que adelanta o retrasa la entrada del agua en las cámaras. De esta forma se puede conseguir tener más tubos alimentando a las membranas a expensas de que se eleve ligeramente la presión al agua de alimentación a las cámaras de baja.

Cuando el sistema detecta avería o rotura en alguna de las cámaras, inmediatamente el equipo electrónico aplica un desfase de manera que el número de cámaras que están suministrando el agua a las membranas se mantenga constante y la cámara que falta se pase a la zona de baja presión, supliéndose esa falta con un leve aumento de la presión del agua de alimentación.

Permite la reparación de una de las cámaras sin necesidad de parar el sistema, ya que se instalan válvulas manuales de bloqueo para poder desmontar la cámara sin que afecte al funcionamiento correcto del sistema, no produciéndose pérdidas de presión.

El hecho de que la válvula de tres vías servopilotada sea accionada por la salmuera evita que se tengan que utilizar motores o sistemas hidraúlicos o neumáticos para maniobrar la válvula. La razón de emplear la salmuera como accionamiento se debe a que es el punto con la energía necesaria más cercano a la válvula de tres vías.

Con solo tener dos tamaños de válvulas, variando la longitud y el número de cámaras podemos obtener sistemas para prácticamente todo el rango de volúmenes deseado.

Se trata de un sistema modular, cuyo elemento unitario es la cámara presuriza- ble con las válvulas asociadas, lo que permite dimensionar el sistema a demanda.

El hecho de que el sistema sea modular simplifica la fabricación (pues permite la fabricación en serie de elementos simples), la instalación (puesto que no requiere personal especializado) y el mantenimiento (que queda reducido a la sustitución de una válvula en caso de avería).

Al tratarse de un sistema modular con rotación virtual, la organización de las cámaras no tiene porque tener una configuración circular, siendo más cómodo organizarías en forma de matriz rectangular, lineal o adaptándolas cómodamente al espacio que se tenga.

Por todo ello, esta invención supone un sistema modular híbrido, consecuencia de la fusión de los sistemas de cámaras presurízables estáticas tradicionales con el sistema rotatorio de múltiples cámaras que rotan a gran velocidad.

Descripción de los dibujos

Para completar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de la invención, se acompaña un juego de dibujos donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

Figura 1 : Esquema general de una desaladora por osmosis inversa con sistema de ahorro de energía

Figura 2: Elemento unitario del sistema híbrido modular

Figura 3: Secuencia de funcionamiento de un sistema rotatorio del estado de la técnica.

Figura 4: Secuencia de funcionamiento del sistema de la invención sin desfase Figura 5: Secuencia de funcionamiento del sistema de la invención desfasado

Figura 6: Comparativa entre el sistema rotatorio del estado de la técnica y el de la invención

Figura 7: Vistas del sistema híbrido modular

Figura 8: Diferentes disposiciones de los elementos unitarios

Figura 9: Vista general de dos cámaras isobáricas

Figura 10: Vista en perspectiva del pistón intermedio

Figura 1 : Sección del pistón

Figura 12: Detalle de funcionamiento del pistón intermedio

Figura 13: Detalle de funcionamiento de las válvulas

Figura 1 : Vista general de las cámaras en un momento de su funcionamiento

Realización preferente de la invención

Para lograr una mayor comprensión de la invención a continuación se va a describir el sistema híbrido modular con rotación virtual para el ahorro energético en desalación por osmosis inversa.

En la figura 1 se observa un esquema general válido para cualquier sistema de desalación por osmosis inversa con sistema de ahorro de energía consistente en cámaras presurízables. El procedimiento para la desalinización de agua de mar, según el principio de ósmosis inversa, consiste en hacer circular, impulsado por una bomba de captación (9), una corriente de agua de mar (7) hacia una bomba de alta presión (10) para alcanzar una instalación de ósmosis con membrana (8), donde se separa en agua pura sin presión (12) y una solución con alto contenido en salmuera todavía a elevada presión (13). Para conseguir el ahorro energético, se hace uso de un cilindro o cámara tubular (1) provisto en su interior de un émbolo (6) cuyo rozamiento es mínimo.

Dicho cilindro (1) tiene conectadas por uno de sus extremos (por ejemplo, lado izquierdo) una válvula (3) antirretorno que recoge el agua procedente de la bomba de captación (9) y una válvula (2) antirretorno que envía el agua del interior de la cámara (1) a la bomba booster (11), uniéndose con la salida de la bomba de alta presión (10) y dirigiéndose ambos caudales sumados a la membrana (8).

La salmuera de rechazo (13) que sale de la membrana (8) a alta presión entra por una válvula pilotada (4) a la cámara (1). La salmuera de rechazo (13) que rellena el lado derecho de la cámara (1) desplaza el émbolo (6) empujando el agua de mar que hay en la cámara (1) hacia la bomba booster (11). Una vez que el émbolo (6) ha llegado al final del recorrido la válvula pilotada (4) se cierra, abriéndose a continuación la válvula pilotada (5). La bomba de captación (9) presiona la válvula antirretorno (3) abriéndola y permitiendo que se rellene la cámara (1) de agua de mar y desplazando el émbolo (6) hasta el extremo derecho de la cámara (1). La salmuera acumulada en el lado derecho de la cámara (1) es expulsada a través de la válvula pilotada (5) hacia el mar (14).

La figura 2 muestra el elemento unitario modular del sistema híbrido con rotación virtual que describe la invención. Está compuesto por una cámara tubular presurizable (1) a la que se conecta, por uno de los extremos, una válvula (2) de salida de agua de alta presión a la membrana (8) y una válvula (3) de entrada del agua de mar (7) a baja presión. Ambas válvulas (2, 3) son del tipo antirretorno. Por el otro extremo de la cámara (1) se conecta una válvula de tres vías (4, 5). Esta válvula de tres vías es del tipo servopílotada de pistón o membrana, y es accionada por la presión del agua del mar, preferentemente por la salmuera de rechazo de la membrana que le llega a alta presión. Aunque no existe esta regulación en el estado de la técnica, debido a la alta corrosividad de la salmuera, hoy en día se pueden fabricar las válvulas con materiales, ya sean metales o polímeros, que resisten esta alta agresividad. La figura 3 representa el funcionamiento del sistema rotatorio existente en el estado de la técnica. Este sistema comprende un rotor (20) con una serie de cámaras (101- 110) en forma de canales perforados por las que circula el agua de mar y la salmuera. El funcionamiento consiste en lo siguiente: la salmuera de rechazo que sale de la membrana a alta presión (16) se introduce en las cámaras (102-105) situadas en el lado de alta presión. Las cámaras (101 , 106) que se encuentran en la zona neutra (15) se hallan bloqueadas por una superficie plana que hace de tapa de lumbrera y que separa la zona de alta presión de la de baja. A las cámaras de baja presión (107-110) les entra el agua procedente del mar (18) encargada de expulsar la salmuera fuera de las cámaras (19). El rotor (20) gira a gran velocidad lo que origina que no haya tiempo suficiente para que en las cámaras se produzca el cambio de alta a baja presión o de baja a alta presión de forma gradual, originando un tremendo golpe de presión con las nefastas consecuencias que esto supone para el deterioro del sistema y el elevado ruido que se produce. Además, como se observa en la misma figura, existen dos cámaras (101 , 107) que quedan inutilizadas en todo momento por encontrarse en la zona neutra (15) de transición, donde las cámaras varían su presión.

En la figura 4 se representa el funcionamiento del rotor virtual de la invención. En comparación con el del estado de la técnica de la figura 3 observamos que desaparece la zona neutra, por lo que todas las cámaras (201-210) se encuentran operativas en todo momento. Además, no se trata de una rotación real de las cámaras como en el caso anterior, si no de un llenado y vaciado de las mismas con salmuera de rechazo y agua de mar, de forma secuencial, todo ello controlado por un equipo electrónico. En el gráfico se observa el funcionamiento de las cámaras a lo largo de tres hipotéticas vueltas del rotor real. En este caso se han representado cinco cámaras que funcionan a alta presión (202-206), llenándose de salmuera y enviando el agua de mar a alta presión a la membrana y otras cinco (207-210 y 201) que se encuentran en la zona de baja presión, vaciándose de salmuera y llenándose de agua de mar.

En la figura 5 se representa el funcionamiento del sistema híbrido de rotor virtual, en el que el equipo electrónico introduce un desfase en la zona de transición, ya que al no existir un separador físico que origina la zona neutra (15), es el equipo electrónico el que adelanta o retrasa la entrada del agua en las cámaras (201-210). De esta forma se puede conseguir tener diferente número de tubos en la zona de alta presión (201- 206) que en la de baja (207- 210), lo cual tiene un gran unterés en muchos casos para optimizar rendimiento del sistema.

En la figura 6 se observa una comparativa entre el sistema rotatorio del estado de la técnica y el sistema híbrido de rotor virtual de la invención, con la que se comprueba que se obtienen los mismos resultados utilizando dos cámaras menos (201-208) en el sistema de la invención que en el del estado de la técnica (101-110), al no existir en el primero la zona neutra (15).

La figura 7 representa el sistema híbrido modular formado por una sene de diez elementos unitarios conectados en paralelo. Se pueden ver las cámaras (1) así como las válvulas pilotadas (4, 5) de cada uno de los elementos y como sin estar en configuración circular, se comportan de la misma forma que los rotatorios, tal y como se ha explicado en las figuras 4, 5 y 6.

El hecho de que se trate de un sistema modular a base de elementos unitarios, unido a que no existe una rotación real de las cámaras (1) si no virtual, permite que la organización de las cámaras (1) no tenga porque ser circular, pudiéndose configurar en forma de matriz rectangular, lineal o configurándolas de forma que se adapten al espacio disponible, tal y como se representa en la figura 8.

En la figura 9 se muestran dos cámaras isobáricas cilindricas (1) de acero recubiertas interiormente de un polímero (31). Dos de los tubos serán de alta presión (A y C), sin fluctuaciones; el de agua de mar (7) que va a las membranas y el de salmuera (13) que llega del rechazo, y los otros dos tubos (B y D) de baja presión, son los de agua de mar o alimentación (7') y la salmuera de desecho (13') que se devuelve al mar. En la figura 9A se representa la cámara (1) funcionando a alta presión. Las membranas (8) donde se realiza la desalación por ósmosis inversa se están alimentando con agua de mar que le envía la bomba de alta presión (10) y la bomba búster (11). De la desalación se obtiene agua desalada y salmuera de rechazo (13). Esta salmuera se encuentra a alta presión y, para aprovechar su energía, se utiliza la salmuera (13) para bombear agua de mar (7) hacia la bomba búster (11 ) y de ahí a las membranas (8). En la figura 9B se representa la cámara (1) funcionando a baja presión. Cuando la cámara se ha llenado de salmuera a alta presión (13) la bomba de captación (9) se encarga de llenar la cámara (1) de agua de mar (7 ^' ) para expulsar la salmuera, ahora a baja presión (13')- En este caso, las membranas (8) se alimentan de agua de mar de la bomba de alta presión (10). Por supuesto que la membrana (8) no puede dejar de recibir agua, por lo que en el momento del paso de alta a baja presión la membrana (8) estaría recibiendo de las otras múltiples cámaras que estarían montadas en paralelo y siguiendo la secuencia de la rotación virtual.

En cada cámara o cilindro (1) va alojado un pistón o émbolo (6), suelto o flotante, que separa la salmuera (13-13') y el agua a desalar (7-7').

Las válvulas (4, 5) son las que regulan el paso de la salmuera y ambas son servopilo- tadas y se encuentran en el mismo lado de la cámara, una (5) para expulsar la salmuera a baja presión (13') y otra (4) para abrir la salmuera de alta presión (13) que viene de las membranas (8). Unas válvulas solenoides o piezoeléctricas (23,23') y que se activan por la señal de un autómata, dejan paso a la salmuera o a agua de alta presión que se introduce en el espacio trasero (22, 22') de unos pistones (24, 24 ^' ) los cuales, al recibir dicha presión empujan a las válvulas (4, 5), abriéndolas.

Las válvulas antirretorno pasivas (2, 3) que se abren y cierran con el flujo de agua que vence a un muelle, corresponden a las de agua que viene del mar (13', 7') y son dos, una para la baja presión (3) y otra para la alta presión (2), estando ambas en el mismo lado del tubo o cámara isobárica (1).

Se puede ver en la figura 10 y en la figura 11 el detalle de una sección y una vista en perspectiva del mismo con la novedad de haberle introducido un par de anillos (25) de polímero antifricción y una válvula (26), para que el pistón se mueva con una precisión y suavidad absoluta, sin ningún rozamiento prácticamente ponderable sin esfuerzo ni perdida de energía o mezcla de fluidos.

En la figura 12, se muestra el funcionamiento del pistón con válvula (26) en el caso de estar sometido a una presión mayor o menor de 0.5 bar (presión elegida en esta realización) en una u otra cara. Este pistón (6) funciona perfectamente estabilizado con la densidad del agua que queda equilibrado sin peso en el seno del fluido. En esta realización se trata de poner unos aros suaves (25) a ese pistón (6) de manera que roce solo él sin casi presión porque la presión diferencial la creará este propio segmento, dependiendo de lo apretado que esté. De esta forma el pistón (6) se moverá con una precisión y suavidad absoluta, sin ningún esfuerzo ni perdida de energía ni mezcla de salmuera (13) con el agua de mar (7). Además este pistón (6), como se mueve sin diferencial de presión, sino que es arrastrado por la corriente de agua, lleva una válvula (26) de especial diseño, en el centro, que funciona de forma bidireccional, de mane- ra que si llega al final de su recorrido ya sea en uno u otro sentido (figuras 12A y 12C) y actúa la presión, por encima de un valor prefijado (0.5 bar), la válvula (26) se abre, como medida de seguridad, dejando pasar el agua.

En la figura 13 se detalla el funcionamiento de las válvulas (2-5) que abren y cierran el paso del fluido a las cámaras (1), uno de los avances que supone esta invención es que los asientos de las válvulas están mecanizados en la tapa (27) de la cámara (1). El tipo de válvulas a emplear (2-5) son de plato de asiento cónico o plano y con vásta- go de guía (32), tanto para las del lado antirretorno o agua de mar, actuadas por la presión del agua (3,2) como por el lado opuesto de la cámara (1) las de la salmuera (4, 5), las cuales tienen la misma forma pero son automáticas, actuadas aplicándoles una fuerza a través del vástago (32).

Las válvulas, dentro de ser del tipo plato con vástago, tiene una particularidad en su diseño, que consiste en que a parte de la función propia de cerrar herméticamente por asiento de presión, deja una pequeña cámara de agua atrapada (28) entre la tapa (27) y el cuerpo de la válvula (2-5) que consigue amortiguar el golpe del cierre, evitando ruidos y dándole vida o evitando tensiones a los materiales que se golpean.

Estudiando el funcionamiento de una de las válvulas (2-5), según la figura 3A se observa que en primer lugar, la válvula se encuentra abierta y el fluido pasa sin problemas a través de ella. En la figura 13B, cuando empieza a cerrar, el primer contacto es el del disco con perforaciones (29) que se introduce en el alojamiento cilindrico de la tapa o culata (27), dejando escapar una cantidad de liquido lo suficientemente importante como para que no cierre de golpe. En la figura 13C la base cilindrica (30) de la válvula se introduce en la lumbrera de paso del agua y queda prácticamente cerrada, solo queda una operación, figura 13D, correspondiente al cierre completo por contacto entre las dos superficies cónicas del cuerpo de la válvula y tapa (27). Como se observa en la figura 13C,queda una pequeña sección en forma de rombo (28) llena de agua que permite que los asientos no golpeen hasta que, por la holgura calculada, el poco de agua atrapada se desaloje con una desaceleración relativa. Bastante mas importante es la operación contraria o de apertura, cuando hay presión y la válvula se abre, ya que empieza por despegarse los conos de cierre y cuando salga la base cilindrica (30) de la tapa (27), queda esta base (30) en la zona cilindrica, dejando fugar en forma de aspersor o difusor el agua por los agujeros (29) de la periferia del plato hasta que se equilibren las presiones y no se origine un golpe de presión hidrostática. Existe la posibilidad, con el control de apertura de la válvula, de ralentizar la apertura hasta que se equilibren las presiones a uno y otro lado de la válvula, para que abra del todo y de paso al agua.

La figura 14 ilustra el hecho de que, al no haber una rotación física de las cámaras (1), no hay una velocidad angular constante debido a que no hay un cuerpo sólido que gira, por lo tanto no tenemos que supeditar a que la rotación virtual le corresponde una velocidad angular igual para todos ios tubos (1), pues podemos adelantar o retrasar de forma electrónica, en grados, minutos o segundos de grados, las entradas y salidas de cada cámara (1) como mejor convenga para que la presión de alimentación a las membranas (8) sea lo más estable posible.

Por todo ello, el sistema que la invención describe, supone un importante avance por la simplificación y abaratamiento de estos aparatos de ahorro energético para plantas desaladoras de osmosis inversa de cualquier capacidad de producción, mejorando el rendimiento que tienen las cámaras actualmente conocidas. Todo ello se debe a que consigue otorgar a un sistema de cámaras estáticas las ventajas de los sistemas rotatorios, con todas las consecuencias positivas añadidas que surgen como resultado de este sistema híbrido modular.