OBJETO DE LA INVENCIÓN

La presente invención, según se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, consiste en una unidad desaladora de agua marina cuya finalidad esencial consiste en proporcionar una alternativa a las desaladoras terrestres, aprovechando la presión que se genera en el fondo marino para separar el agua de los solutos en vez de recurrir a la aplicación de energía eléctrica o a la generación artificial de diferencias de presiones en tierra, para lo cual la invención facilita una estructura con bastidores provistos de membranas de osmosis inversa en el interior de una cámara que se sumerge a la profundidad necesaria para que se produzca osmosis, para poder así iniciar el proceso de separación del agua y de los solutos con un rendimiento energético comparable o superior al de las unidades desaladoras del estado de la técnica.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Conocemos diversos registros referentes a sistemas para desalar agua marina tales como la patente española con número de publicación 2.112.206 y enunciada como "sistema con sustentación fija o móvil para desalación de agua de mar con dispositivo de células de osmosis inversa, sumergido a profundidades variables de trabajo"; como el modelo de utilidad español con número de publicación 1.070.065, enunciado como "unidad de desalación y bombeo de agua marina"; como la patente francesa n° 2.484.391 enunciada como "proceso y dispositivo de producción de agua dulce a partir de agua de mar"; o como la patente estadounidense n° 3.060.119 enunciada como "conversión de agua salada en agua potable".

Tal y como reflejan esos registros es conocida la técnica de desalar agua marina mediante estructuras dotadas de membranas de osmosis inversa, utilizando las altas presiones de las aguas marinas profundas para facilitar el correspondiente intercambio osmótico en esas membranas, que sometidas a las distintas presiones interior y exterior de un recinto cerrado por ellas dejan pasar en un sentido el agua pura pero no las sales en disolución que puedan existir.

Este aprovechamiento de la presión existente en las profundidades marinas presenta ventajas energéticas respecto de la producción de las presiones necesarias en tierra firme, ya que para ello se requiere efectuar artificialmente la mencionada diferencia de presión.

Entre los registros citados consideramos como más cercanos a la presente invención la patente 2.112.206 y el modelo de utilidad 1.070065. En el primer caso, tal y como se dice en su resumen, se trata de un sistema destinado a la desalación de agua de mar mediante un dispositivo constituido por uno o más módulos con alta resistencia a la presión y a la corrosión que, disponiendo del adecuado número de células de osmosis inversa vaya sumergido a grandes profundidades de trabajo. Todo ello sustentado bien por buque, plataforma o cualquier otro sistema fijo o propulsado, pudiendo actuar este último elemento tanto de soporte físico de los módulos de presión como de los diferentes sistemas de trasiego del agua desalada obtenida en profundidad hasta la superficie; de central de almacenamiento, distribución y suministro, pudiendo representar una alternativa a las plantas convencionales, incluso en rendimiento económico.

Según puede apreciarse en las figuras de la citada patente, la realización práctica de este sistema es una especie de cápsula esférica donde se realiza el intercambio osmótico y que se conecta a un buque mediante unos cables y conducciones. Aunque el sistema de esta patente con número de publicación 2.112.206 emplea la misma tecnología que la presente invención, se trata de una estructura muy distinta a la de la presente invención; siendo además excesivamente genérico el ámbito protector definido por la parte caracterizante de la primera reivindicación de esa patente, de manera que no aporta novedad alguna al estado de la técnica que se conocía antes de 1.996, año de solicitud de esta patente 2.112.206, según puede demostrarse con el documento de patente estadounidense 3.060.119 antes citado.

Por otra parte, respecto al modelo de utilidad 1.070.065 cabe citar que la parte caracterizante de su primera reivindicación indica que "comprende una o más unidades de osmosis inversa sumergibles a gran profundidad consistentes en tubos de acero con membranas semipermeables en su interior y ancladas en el fondo marino para que pueda producirse la desalación por la propia presión marina, las cuales disponen de prefiltros, tubos para la eliminación de la salmuera, pesas de plomo, anclajes para la fijación al fondo marino, y cables de acero conectados a una plataforma o boya flotante para control y mantenimiento, estando las mencionadas unidades de osmosis inversa conectadas directamente por tubos a uno o más depósitos sumergibles a los que pasa el agua desalada y estos conectados por tubos a una bomba de agua que bombea el agua desde los depósitos para mantener la diferencia de presión entre los depósitos y las unidades de osmosis.

Si bien en este modelo de utilidad se tienen algunos de los elementos de la presente invención, tales como dispositivos de bombeo, depósitos y filtros, la disposición estructura y funcionalidad de dichos elementos, aún sin quedar bien detallada en el documento correspondiente, se ve que es notablemente distinta de la de la presente invención, requiriéndose en las dos realizaciones que muestra dicho documento un sistema para el aprovechamiento de la fuerza de gravedad inexistente en el sistema de la invención, referenciado como 1 en este modelo de utilidad. Además, los depósitos 3 que emplea este modelo de utilidad se encuentran bien sumergidos al nivel de las unidades de osmosis inversa 2, según la realización mostrada en su figura 1, o bien flotantes a nivel del mar, tal y como muestra la figura 2 de la segunda realización en dicho modelo de utilidad, y no en profundidades intermedias especialmente adecuadas según puede verse en la estructura de la presente invención. Además este modelo de utilidad del estado de la técnica también presenta el inconveniente señalado para la patente de no aportar características técnicas novedosas que faciliten un sistema eficiente y viable en la desalación del agua marina mediante los cambios de presión debidos a inmersiones en profundidad.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

Para lograr los objetivos y evitar los inconvenientes indicados en anteriores apartados, la invención consiste en una unidad desaladora de agua marina que cuenta con unos bastidores provistos de membranas de osmosis inversa que utilizan la alta presión de las aguas marinas profundas para facilitar el correspondiente intercambio osmótico en las referidas membranas.

Novedosamente, según la invención, dichos bastidores se encuentran conectados a circuitos conectores de agua salda y de agua desalada en el interior de una cámara sumergible unida a una base-contrapeso con medios de enganche para inmersión e izado; conectándose dicha cámara a: una conducción de salida al exterior de agua desalada en la que se intercala un primer depósito-bomba; una conducción de salida al exterior de salmuera en la que se intercala un segundo depósito-bomba; y al menos una entrada de agua salada con filtro de partículas en suspensión; ubicándose la referida cámara a un primer valor de profundidad marina, que es la profundidad necesaria para que se produzca el proceso de osmosis inversa, que según realizaciones preferentes es alrededor de 700 metros con la tecnología actual.

Según una realización preferente de la invención, los mencionados medios de enganche consisten en unas argollas conectables a cadenas de izado e inmersión. Además, en dicha realización preferente de la invención, el primer depósito-bomba se ubica a un segundo valor de profundidad, que es la profundidad necesaria para que se acumule agua dulce, y equivale a aproximadamente entre 10 y 20 m inferior a la profundidad a la que se encuentra la cámara. Esta profundidad equivale a un valor de presión de entre 1 y 2 bares. Según realizaciones preferentes esta profundidad a la que se encuentra el primer depósito-bomba es alrededor de 680 metros. El referido segundo depósito-bomba se ubica a un tercer valor de profundidad, que es aproximadamente la profundidad necesaria para que el valor de presión sea aproximadamente 65 bares inferior a la presión en el lugar donde está ubicada la cámara, y que preferentemente es de aproximadamente 650 m menor que la profundidad a la que está la cámara en la realización preferente.

Por otra parte, en la mencionada realización preferente de la invención, la aludida entrada de agua salada con filtro se selecciona entre:

- una o varias aberturas con respectivos filtros en el propio cuerpo de la cámara; tanto en la parte superior de la cámara como, opcionalmente y adicionalmente, en la inferior,

- las referidas una o varias aberturas con filtros en el cuerpo de la cámara más una abertura adicional de la cámara que está conectada a una conducción de agua salada que remata en un filtro adicional de partículas en suspensión para entrada de agua salada.

Otra característica de la realización preferente de la invención consiste en que el mencionado filtro adicional de partículas de la conducción de agua salada se ubica a un cuarto valor de profundidad que se encuentra a 60±10% m de la superficie marina.

Además, ese filtro adicional de partículas de la realización preferente de la invención se instala en una disposición seleccionada entre: inmersión libre al referido cuarto valor de profundidad, y conectado mediante un cable o nexo de unión a una plataforma marina, embarcación, acantilado, costa u otra estación de superficie.

Por otra parte, según diversas realizaciones de la invención, alguna, varias o todas las referidas conducciones son susceptibles de incorporar elementos de flotabilidad que impidan su hundimiento.

Además, en la unidad desaladora de agua marina del ejemplo de la invención la ubicación de la misma se selecciona entre:

- ubicación paralela a un acantilado, de manera que la conducción de salmuera se dispone en vertical y tras salir del referido segundo depósito-bomba desemboca libremente en la atmósfera sobre la superficie marina; mientras que la conducción de agua desalada, también dispuesta en vertical, tras salir del referido primer depósito-bomba desemboca en la superficie terrestre del acantilado mediante un acodamiento para su aprovechamiento o reconducción a red de distribución o suministro tras su mineralización;

- ubicación en proximidad de costa marina, de manera que la conducción de salmuera se dispone en vertical y tras salir del referido segundo depósito-bomba desemboca libremente en la atmósfera sobre la superficie marina; mientras que la conducción de agua desalada tras salir del referido primer depósito-bomba se lleva a la costa sobre el fondo marino con la inclinación natural que supera el correspondiente desnivel para su aprovechamiento o reconducción a red de distribución o suministro tras su mineralización;

- ubicación bajo plataforma marina o embarcación, de manera que la conducción de salmuera se dispone en vertical y tras salir del referido segundo depósito-bomba desemboca libremente sobre la referida plataforma o embarcación; mientras que la conducción de agua desalada, también dispuesta en vertical, tras salir del referido primer depósito-bomba desemboca sobre la plataforma o embarcación para su aprovechamiento o almacenamiento. Con la estructura que se ha descrito, la invención presenta ventajas relativas a la utilización de la fuerza de gravedad y la presión de las profundidades marinas como energías que permiten desarrollar el proceso de osmosis inversa sin necesidad de crear estructuras artificiales que generen la correspondiente presión. Otra ventaja de la invención es que facilita unidades móviles sin requerimiento de estructuras terrestres de gran volumen, por lo que su impacto ambiental y urbanístico es muy escaso o nulo. Por otra parte, mediante la unidad desaladora de la invención no se producen deterioros ni destrucciones de las zonas o ecosistemas donde se incluya, quedando esa zona o ecosistema con iguales características medioambientales que las que existían previamente a la instalación de la unidad. La invención presenta ventajas relativas a que los costes de explotación son relativamente pequeños al no necesitarse grandes estructuras para su desarrollo. Mediante la invención se superan inconvenientes del estado de la técnica al proporcionarse una estructura que optimiza el rendimiento energético, facilitándose las conducciones y valores de profundidad más convenientes para una unidad desaladora de profundidad en aguas marinas.

A continuación, para facilitar una mejor comprensión de esta memoria descriptiva y formando parte integrante de la misma, se acompañan unas figuras en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado el objeto de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Figura 1.- Representa una vista esquemática en alzado de una unidad desaladora de agua marina realizada según la presente invención.

Figura 2.- Representa una vista esquemática de perfil de la unidad desaladora de agua marina de la anterior figura 1. Figura 3.- Representa una vista en planta superior y esquemática de la unidad desaladora de las anteriores figuras .

Figura 4.- Es una vista esquemática de la unidad desaladora de las anteriores figuras 1 a 3 en una primera aplicación en la que se dispone con una ubicación paralela a un acantilado.

Figura 5.- Es una vista esquemática de la unidad desaladora de las anteriores figuras 1 a 3 en una segunda aplicación en la que se dispone con una ubicación en proximidad de costa marina.

Figura 6.- Representa una vista esquemática de la unidad desaladora de las anteriores figuras 1 a 3 para una tercera aplicación en la que se dispone con una ubicación bajo plataforma marina o embarcación.

DESCRIPCIÓN DE UN EJEMPLO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN

Seguidamente se realiza una descripción de un ejemplo de la invención haciendo referencia a la numeración adoptada en las figuras.

Primeramente, facilitamos un listado de las referencias numéricas de las seis figuras de este documento indicando su significado:

1: Bastidores con membranas de osmosis inversa.

2: Circuitos colectores de agua desalada y salmuera. 3: Cámara o recinto de los bastidores 1.

4: Aberturas con filtro en la cámara 3.

5: Base-contrapeso de la cámara 3.

6: Argollas de enganche de cadenas 19.

7: Conducción de agua desalada.

8: Conducción de salmuera.

9: Primer depósito-bomba de extracción de agua desalada .

10: Segundo depósito-bomba de extracción de salmuera. 11: Abertura adicional de entrada de agua marina en la cámara 3. 12: Conducción de agua marina conectada a la abertura adicional 11.

13: Filtro adicional de entrada de agua en la conducción 12.

14: Superficie marina.

15: Acantilado.

16: Costa marina.

17: Embarcación.

18: Cable de sujeción del filtro adicional 13 en la embarcación 17.

19: Cadenas de izado e inmersión de la base-contrapeso

5.

Como puede apreciarse en las figuras 1, 2 y 3, donde se muestran vistas en alzado, perfil y planta de la unidad desaladora del presente ejemplo en forma esquemática, los bastidores con membranas de osmosis inversa 1 se encuentran conectados a unos circuitos colectores de agua salada y de agua desalada 2 en el interior de una cámara sumergible 3.

Dichos bastidores 1, asi como los circuitos 2, se realizan con materiales que presenten gran resistencia a la presión y a la corrosión, como por ejemplo acero inoxidable. En la cámara 3, la presión se iguala por la entrada de agua a través de las aberturas con filtro 4, con lo que no se hace necesario un gran refuerzo estructural en dicha cámara 3.

La cámara 3 se encuentra solidariamente unida a una base-contrapeso 5 que puede realizarse con hormigón armado y que incluye unos medios de enganche consistentes en unas anillas o argollas 6 que facilitan el enganche de cadenas 19 para facilitar la inmersión y el izado de la unidad, tal y como puede apreciarse en la figura 6.

Además, la cámara 3 está conectada a una conducción de salida al exterior de agua desalada 7 en la que se intercala un primer depósito-bomba 9, a una conducción de salida al exterior de salmuera 8 en la que se intercala un segundo depósito-bomba 10, y a varias entradas de agua salada provistas de filtro de partículas en suspensión.

Dichas varias entradas de agua salada con filtro consisten en el presente ejemplo en unas aberturas con filtro 4 realizadas en el propio cuerpo de la cámara 3 y en una abertura adicional 11 que se prolonga en una conducción de agua marina 12 por el exterior de la cámara 3 hasta rematar en un filtro adicional 13, según puede verse en la figura 1.

Este filtro adicional 13 puede o no, según diversas aplicaciones, conectarse mediante un cable o nexo de unión 18 a una estación de superficie o embarcación 17, tal y como puede verse en la figura 6.

Con la estructura que se ha explicado, la técnica de utilización de la unidad desaladora del presente ejemplo consiste en introducir la cámara 3 con sus elementos asociados a unos 700 m de profundidad para que el agua marina que llega a los bastidores 1, libre de partículas groseras en suspensión, en virtud del filtro adicional 13 y de los filtros de las aberturas 4, llegue a los bastidores 1, de manera que una vez producido el intercambio osmótico, el agua desalada ascienda por la conducción 7 aproximadamente 20 m respecto de la ubicación de la cámara 3 a 700 m de profundidad, de manera que faltaría aproximadamente una distancia de otros 650 m para llevarla a la superficie. Al mismo tiempo, la salmuera asciende por la conducción 8 unos 650 m respecto de la situación de la cámara 3 a 700 m de profundidad, con lo que quedarían aproximadamente 50 m para llevarla hasta la superficie marina 14. Al objeto de completar las subidas naturales de salmuera y de agua desalada se utilizan los referidos primer y segundo depósitos-bomba 9 y 10 en las profundidades convenientes, tal y como puede verse en la figura 4. Así, el primer depósito-bomba 9 se dispone aproximadamente 680 m bajo la superficie marina 14, en tanto que el segundo depósito-bomba 10 se dispone aproximadamente a 50 m de profundidad respecto de la superficie marina 14, todo ello estando la cámara 3 a unos 700 m de profundidad respecto de dicha superficie marina 14, tal y como se ha representado en la figura 4.

Por otra parte, el filtro adicional 13, con los valores de profundidad referidos anteriormente para los depósitos-bomba 9 y 10 y para la cámara 3, se sitúa a una profundidad de aproximadamente 60 m bajo la superficie del mar 14.

Para calcular los diámetros internos de las conducciones 7 y 8, asi como las capacidades de los depósitos 9 y 10 y la fuerza de sus respectivas bombas, se hacen estimaciones de los caudales de agua que se desean extraer con la unidad desaladora de la aplicación concreta.

Para introducir las conducciones huecas de la unidad desaladora a las profundidades mencionadas hay que calcular el peso del liquido que van a desalojar y contrarrestarlo con una masa que desarrolle el empuje contrario

a esta fuerza, con lo que se calcula la masa que debe presentar la base-contrapeso 5 con la cámara 3. Además, la introducción en el agua de la unidad debe realizarse a una velocidad controlada para que no se dañen las estructuras funcionales correspondientes, lo cual se realiza a través de los anclajes que facilitan las argollas 6 conectadas a las cadenas 19, que servirán tanto para la inmersión como para el izado de la unidad desaladora.

Las aberturas que presenta la cámara 3 en el presente ejemplo son tres o cuatro en función de las necesidades de la entrada de agua salada y salida del aire que se haya calculado, pudiendo apreciarse en las figuras 1 y 2 tres aberturas con filtro 4 más la abertura adicional 11 con el filtro adicional 13, que se mencionaron anteriormente. En el propio cuerpo de la cámara 3 siempre debe haber alguna abertura para permitir la entrada de agua salada desde el inicio del proceso de inmersión de la cámara 3 y permitir asi su llenado facilitando el proceso. Los filtros de las aberturas 4 y el filtro adicional 13 libran al agua a desalar de partículas groseras tales como arena, flora y fauna acuática u otras, de manera que el agua salada pasa al interior de la cámara 3 limpia de impurezas ejerciendo presión sobre las membranas semipermeables de los bastidores 1, y al alcanzar la profundidad necesaria comienza el proceso de separación en agua desalada y en salmuera mediante el proceso de osmosis inversa, con lo que el agua desalada de cada bastidor 1 pasa a una parte de los circuitos 2 correspondiente al agua desalada hasta llegar a la conducción 7 a la altura del primer depósito bomba 9, bombeándose desde allí artificialmente hasta la superficie. Por su parte, la salmuera resultante del referido proceso se recoge en otra parte de los circuitos 2 para desembocar en la conducción 8, ascendiendo hasta el nivel del segundo depósito-bomba 10, bombeándose desde allí hasta la superficie.

La figura 4 representa lo comentado para la aplicación con una ubicación paralela a un acantilado 15, que resulta ser el caso ideal de aplicación de la unidad del presente ejemplo, ya que la salida de agua desalada podrá conectarse directamente a una red de suministro tras el necesario proceso de mineralización de la misma, de manera que en esta aplicación de la figura 4 el gasto energético y en materiales resulta mínimo respecto de otras dos aplicaciones que se explican seguidamente.

Otra aplicación consiste en disponer la unidad con una ubicación en proximidad de la costa marina 16, que resulta en todo análoga a la aplicación anterior, con la excepción de que la conducción de agua desalada 7 se lleva con la inclinación correspondiente al nivel natural en vez de en vertical, añadiéndose en este caso algunas estructuras tales como flotadores que impidan el hundimiento de las conducciones, resultando en esta aplicación más elevado el gasto en materiales y en energía para la extracción del agua desalada. En la figura 6 se muestra otra aplicación, en este caso con la unidad dispuesta en una ubicación bajo plataforma marina o embarcación 17, tal y como se aprecia en la figura 6. En este caso, la unidad se ubica en la cubierta de la embarcación 17, y mediante un sistema de grúa y motores se procede a la inmersión correspondiente, con lo que la unidad queda instalada en la vertical del buque o embarcación 17 que hará las veces de una plataforma de instalación, de depósito de agua desalada y de transporte de la misma hasta una red de distribución o buque nodriza para llenado de otros buques de transporte. Los gastos en esta aplicación, son pequeños al estar la unidad desaladora ubicada en la vertical de la embarcación 17, siendo el gasto energético algo mayor que el de la unidad en paralelo al acantilado 5, pero con la ventaja en esta aplicación de la embarcación 17, de que la inversión en estructuras no está sujeta a un espacio físico, pudiendo dar servicio en distintos puntos; dándose además la ventaja adicional de que la salmuera resultante del proceso no se vierte regularmente en el mismo punto o zona, siendo por tanto menores los daños a las condiciones naturales del entorno donde se vierte. Por otra parte, el cambio necesario de bastidores y la naturaleza móvil de la instalación permiten revisiones periódicas que facilitan el mantenimiento.

Otras aplicaciones y ejemplos de la invención son igualmente posibles, como por ejemplo en una plataforma fija situada sobre tierra, o a unos 20 m de profundidad, o incluso a una profundidad de alrededor de 700m. Se podrían incluso aprovechar los túneles de plataformas petrolíferas que ya no sirven para construir una planta de acuerdo con la invención. La unidad desaladora puede funcionar con la tecnología actual o con otras tecnologías más eficientes que produzcan la energía necesaria para el proceso de osmosis. Se ha estimado que sin amortización de materiales, con bombas de 25.000 1/h y utilizando un generador de gama media del mercado, el coste por litro de agua desalada, empleando la unidad desaladora de este ejemplo en la aplicación que utiliza la embarcación 17, se sitúa en menos de un 30% del coste por litro de una desaladora terrestre convencional eficiente que ronda los 0,31 € por litro. Se calcula que utilizando una embarcación pequeña de 50 m de eslora, 10 m de manga y calado de 4 m con los depósitos llenos; para un consumo de 150 1 por persona y dia se podría abastecer de agua a una población de 8.000 personas. Con un buque de 100 m de eslora se podría abastecer a unas 30.000 personas, y con un buque de 150 m a unas 90.000.