DESCRIPCIóN

Convertidor de Presión de Líquidos con aplicación en sistemas de bombeo sin aportación de energía externa. La invención se engloba en el sector técnico de Ia Hidráulica.

Estado de Ia Técnica

Los sistemas actuales para elevar Ia presión de un líquido (por ejemplo para bombearlo a cierta altura) se dividen fundamentalmente en dos tipos:

Sistemas Centrífugos: En los que una pieza giratoria imprime energía cinética a las moléculas de líquido, que se transforma en energía de presión al contacto con las paredes del recipiente de salida.

Sistemas de Desplazamiento Positivo: En los que se aumenta Ia presión por una reducción forzada del volumen de Ia cámara que contiene el líquido.

En ambos casos, es necesaria una aportación de energía exterior (para mover el rotor o forzar Ia reducción de Ia cámara de bombeo según el caso).

Descripción

El dispositivo que se describe, pretenderá conseguir el aumento de Ia presión de una fuente de líquido a costa de disminuir su capacidad de caudal, eludiendo así Ia necesidad de una fuente de energía externa distinta a Ia contenida en Ia fuente inicial. El Convertidor de Presión, se basará en unos dispositivos que llamaremos Acumuladores de

Presión.

Estos dispositivos, disponen de una tubería de entrada y otra de salida, de forma que si se inyecta líquido por Ia entrada, se fuerza Ia correspondiente expulsión de líquido por Ia salida, a Ia vez que se crea una diferencia de presión entre entrada y salida directamente proporcional al volumen de líquido inyectado.

Una posible implementación de los acumuladores de presión se muestra en Ia figura 1.

Consiste en un cilindro hueco con sendas tuberías de acceso en los extremos, y en su interior un émbolo que puede desplazarse a Io largo del eje del cilindro y un muelle a uno de los lados del émbolo. Si se introduce líquido por Ia tubería de entrada E, éste pasa a Ia cámara A, forzando al émbolo D a desplazarse en contra de Ia fuerza del muelle M. Esto reduce el volumen de Ia cámara B, y provoca Ia salida a través de Ia tubería de salida S de un volumen de líquido igual al que se introdujo por Ia entrada E. Además, entre Ia tubería de entrada E y Ia tubería de salida S, se establece una diferencia de presión provocada por el empuje del muelle M aplicado sobre el émbolo D, que es igual al producto de Ia fuerza ejercida por el muelle por Ia superficie del émbolo.

La diferencia de presión así establecida, es directamente proporcional a Ia deformación del muelle, que a su vez es directamente proporcional al volumen de líquido inyectado por Ia entrada, Io que supone Ia relación de proporcionalidad directa entre diferencia de presión y volumen de líquido inyectado que se exponía en Ia definición.

Se usa el nombre de acumuladores de presión, porque si en esta última situación se cierran las tuberías de entrada y salida, se mantendrá Ia diferencia de presión establecida indefinidamente hasta que se permita de nuevo Ia circulación de líquido. Otra posible implementación del acumulador de presión, se muestra en las figuras 2 y 3, y consiste en una tubería en forma de sifón invertido, con el codo superior C relleno de un líquido de baja densidad A. El resto de Ia tubería (hasta los orificios de entrada y salida), está rellena con otro líquido B de mayor densidad que el anterior, que es sobre el que se pretende establecer Ia diferencia de presión. La diferencia de densidades asegura (bajo movimientos relativamente lentos), que en los puntos de contacto entre ambos líquidos el menos denso ocupe siempre Ia parte superior, y el mas denso Ia parte inferior, y que en consecuencia no se mezclen.

Si a partir de Ia posición de reposo de Ia figura 2, se inyecta líquido B por Ia tubería de entrada E, se fuerza el desplazamiento del tramo de líquido de baja densidad A, y se establece una diferencia de altura h entre los dos puntos de contacto de ambos líquidos según se muestra en Ia figura 3. Por Ia tubería de salida S, habrá salido entonces un volumen de líquido B, igual al inyectado por Ia entrada E, y además, entre entrada y salida se establecerá una diferencia de presión igual a Ia diferencia entre las presiones hidrostáticas ejercidas por Ia columna de líquido denso y altura h de un lado, y Ia columna de líquido de baja densidad y Ia misma altura h del otro lado. La diferencia de presión entre entrada y salida así creada es directamente proporcional a Ia altura h, y obviamente directamente proporcional al volumen de líquido inyectado por Ia entrada E. El sistema de conversión de presión propiamente dicho, se basará en Ia asociación de varios acumuladores de presión en cascada y en paralelo de forma alternativa para conseguir multiplicar (o dividir) una presión de líquido inicial de Ia que ya se dispone.

Esta presión de líquido inicial (que puede ser suministrada por un pequeño desnivel) se emplea para "cargar" en paralelo una cantidad N de acumuladores de presión iguales. Para ello se conectan entre sí todas las entradas por un lado y todas las salidas por otro, según se muestra en Ia figura 4. A continuación ayudándose de Ia presión inicial disponible, se inyecta líquido por las entradas unidas entre si, y se permite Ia expulsión del correspondiente volumen de líquido por las salidas. Cuando se establezca el equilibrio, todos los acumuladores dispondrán de una diferencia de presión entre entrada y salida igual a Ia presión inicial de que dispongamos. En esta situación, conectamos los N acumuladores de presión en "cascada", es decir, con Ia salida del primero unida a Ia entrada del segundo, Ia salida del segundo a Ia entrada del tercero, y así sucesivamente hasta el último, de forma que Ia presión total entre Ia entrada del primer acumulador de presión y Ia salida del último de ellos, es, salvo pérdidas, N veces mayor que Ia presión inicial de Ia que partimos. Obsérvese que el volumen de líquido que se expulsa a alta presión, es N veces menos que el volumen necesario para llenar los N acumuladores durante el proceso de carga, por Io que efectivamente se consigue una multiplicación de Ia presión a costa de una disminución de caudal, sin necesidad de aportaciones extemas de energía.

Si el proceso se efectúa a Ia inversa, cargando los acumuladores de presión con Ia presión inicial disponible en una configuración en "cascada", y conectándolos a continuación en paralelo, se obtendrá una diferencia de presión final N veces menos que Ia inicial (y una capacidad de caudal

N veces mayor). Para cambiar entre Ia configuración en "paralelo" y en "cascada" de los acumuladores de presión, se utilizará un conjunto de válvulas sincronizadas entre si, capaz de conmutar entre ambas configuraciones.

El accionamiento del conjunto de válvulas puede ser eléctrico, o bien mecánico, mediante las propias variaciones de presión en el sistema, de forma que se evite Ia necesidad de cualquier aportación de energía externa.

Ventajas.

El sistema descrito, en su versión de multiplicador de presión, permite construir un sistema de bombeo a partir de un pequeño desnivel de líquido (que por ejemplo, se puede conseguir fácilmente en el curso de un río), a una altura arbitraria, sin ninguna necesidad de aportar energía externa. Por Io tanto resulta una extraordinaria solución para el bombeo de líquidos en emplazamientos aislados de Ia red eléctrica, o sencillamente como un sistema de bombeo ecológico, especialmente interesante para el regadío o abastecimiento de agua en países en vías de desarrollo.

Breve Descripción de los Dibujos. Figura 1 : Muestra una posible Implementación del elemento básico del sistema, el acumulador de presión.

Figuras 2 y 3: Muestran otra posible implementación del acumulador de presión.

Figura 4: Muestra Ia configuración de conexión "en paralelo" de los acumuladores de presión.

Figura 5: Muestra Ia configuración de conexión "en cascada" de los acumuladores de presión.