PARTIR DE AGUA SALADA

CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se relaciona con el campo del tratamiento y desalinización de agua, en específico con el campo del bombeo de agua de mar mediante el aprovechamiento de la energía solar. Más particularmente, provee un sistema mixto de desalinización de agua salada y bombeo de agua desalinizada.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Desde comienzos del siglo XXI, se ha dado importancia a la grave crisis que existe debido a la escasez hídrica. Dicha escasez de agua provoca que una inmensa parte de la población vea el efecto de esta problemática en su vida cotidiana. La gravedad del asunto está aumentando progresivamente; el mal uso del recurso hídrico y el aumento de la temperatura media global a causa del cambio climático son los principales responsables de la escasez global del agua.

En general, en el estado de la técnica existen sistemas que buscan aprovechar los recursos naturales disponibles en la tierra; por ejemplo, los sistemas de desalinización que aprovechan el agua de mar y se acoplan a una fuente de energía renovable, como la energía solar. Como el documento US 2017/217789, que describe un sistema de desalinización híbrido para agua de mar o aguas similares. Dicho sistema de desalinización híbrido comprende un sistema de recuperación, que puede ser un sistema de osmosis inversa, osmosis directa, o una combinación de estos, para desalinizar parcialmente un volumen de agua salada y emitir un fluido relativamente tratado. Una caldera se conecta operativamente a dicho sistema de recuperación para recibir dicho fluido tratado y producir agua pura por desalinización por evaporación, dicha caldera comprende una bobina de calentamiento interna para pasar un fluido de trabajo calentado a través de ella. Un estanque de recolección está conectado con dicha caldera para recibir el agua pura, y un calentador cilindrico solar parabólico conectado operativamente con dicha bobina de calentamiento interna de dicha caldera para calentar el fluido de trabajo calentado previamente.

Por otra parte, el documento WO 2006/077593 proporciona un aparato para la desalinización de agua de mar o agua salada, y purificación de agua no potable. Dicho aparato comprende un concentrador solar que comprende un sensor para determinar la posición relativa del sol en el cielo, y un mecanismo de giro e inclinación para orientar dicho concentrador hacia el sol, una cámara de evaporación ubicada en el punto focal de dicho concentrador solar, con una entrada conectada a una fuente de agua no potable, un condensador acoplado operativamente a dicha cámara de evaporación para condensar el vapor que sale de la misma, y una salida acoplada operativamente a dicho condensador para dispensar el agua condensada desalinizada.

Asimismo, el documento US 4,078,549 presenta un aparato y un sistema de energía solar para concentrar los rayos del sol en un medio fluido que comprende: medios reflectores arqueados; similares a canales, para reflejar y concentrar los rayos del sol a través de un plano fijo con respecto a dichos medios reflectores; medios colectores ubicados en dicho plano, que proporcionan medios de conducción para dicho medio fluido, dicho medio colector es calentado por los rayos reflejados y concentrados del sol en dicho plano; medios de soporte estacionarios en cada lado de dichos medios reflectores, donde dichos medios de soporte estacionarios que tienen medios de línea conectados a lados opuestos de dichos medios reflectores mediante medios de polea. Medios de motor para girar dichos medios de polea para ajustar dichos medios reflectores de dichos medios de línea para mantener dichos rayos del sol perpendiculares a una línea tangente al centro de dicho reflector.

Sin embargo, se han identificado falencias presentes en las soluciones del estado de la técnica. Por una parte, los sistemas descritos en el estado de la técnica son sistemas considerablemente más complejos, en el sentido que comprenden una pluralidad de etapas para la desalinización del agua salada; sistemas de osmosis inversa o directa, intercambiador de calor o caldera, entre otras etapas, como por ejemplo de filtrado. Por otra parte, los sistemas presentes en el estado de la técnica describen estanques de almacenamiento de agua, no obstante, dichos estanques solo acumulan el agua producto para dispensarla. Adicionalmente, dichos estanques tampoco comprenden una línea de recirculación que permiten la reincorporación del agua residual como agua de alimentación al sistema, tampoco se describe una sección que permita la extracción de salmuera.

En consecuencia, se requiere de un sistema que utilice la generación de vapor directa, es decir, un sistema que trabaje con un único circuito, de esta manera alcanzar altas temperaturas de trabajo y una mayor eficiencia, con un menor costo de inversión. Además, un sistema que proponga una línea de realimentación para aumentar el aprovechamiento de dicha agua residual, que se aproveche nuevamente como alimentación al sistema.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN

La presente invención provee un sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada que se caracteriza porque comprende un concentrador solar; un estanque de separación que presenta una entrada de agua, una salida de agua y una salida de vapor; una línea de circulación, acoplada operativamente a dicho concentrador solar, que posee una entrada y una salida, dicha salida que se conecta a dicha entrada de agua de dicho estanque de separación; una línea de alimentación que se conecta a la entrada de dicha línea de circulación; una línea de recirculación que posee una entrada y una salida, que conecta dicha salida de agua de dicho estanque de separación con dicha línea de alimentación; y una línea de salida que se conecta a dicha salida de vapor de dicho estanque de separación.

En una realización preferida, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada se caracteriza porque dicho concentrador solar corresponde a un concentrador solar cilindrico parabólico. En una realización más preferida, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada se caracteriza porque dicha línea de circulación se ubica en el eje focal de dicho concentrador solar cilindrico parabólico. En otra realización preferida, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada se caracteriza porque cada una de dicha línea de alimentación, dicha línea de circulación, dicha línea de recirculación y dicha línea de salida comprende una válvula de paso.

En una realización preferida adicional, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada se caracteriza porque comprende una estructura de soporte conectada a dicho concentrador solar. En una realización más preferida, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada se caracteriza porque dicho concentrador solar y dicha estructura de soporte se conectan a un sistema de seguimiento solar.

En otra realización preferida, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada se caracteriza porque comprende un flotador conectado operativamente a dicha estructura de soporte.

En otra realización preferida, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada se caracteriza porque comprende una pluralidad de concentradores solares.

En una realización preferida adicional, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada se caracteriza porque comprende una pluralidad de termómetros, cada uno de ellos posicionados entre cada uno de dichos concentradores solares.

En otra realización preferida, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada se caracteriza porque comprende un manómetro posicionado en dicha línea de salida.

En una realización preferida adicional, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada se caracteriza porque comprende una válvula de presión ajustable y un condensador acoplados operativamente a dicha línea de salida.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La Figura 1 muestra una vista en perspectiva, de una primera realización del sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada que es objeto de la presente invención.

La Figura 2 muestra una vista superior o planta, de una primera realización del sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada que es objeto de la presente invención.

La Figura 3 muestra una vista frontal, de una primera realización del sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada que es objeto de la presente invención.

La Figura 4 muestra una vista lateral, de una primera realización del sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada que es objeto de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

De manera esencial, la presente invención proporciona un sistema (1) para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada, que comprende un concentrador solar (15), un estanque de separación (16), una línea de alimentación (11), una línea de circulación (12), una línea de recirculación (13) y una línea de salida (14).

En el contexto de la presente invención se entenderá como línea a un ducto o tubería por el cual circula el fluido de trabajo, donde la geometría tanto en su sección longitudinal como en su sección transversal no representan una característica limitante. Adicionalmente el material, forma y dimensiones de dicha línea de alimentación (11), de dicha línea de circulación (12), de dicha línea de recirculación (14) o de dicha línea de salida (14) tampoco limitan el alcance de la presente invención.

En una realización que resulta ventajosa, y sin que esto limite el alcance de la protección, dichas líneas: de alimentación (11), circulación (12) y recirculación (13) tienen la misma sección transversal, de manera tal de facilitar la unión entre líneas consecutivas. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dichas líneas corresponden a tuberías de acero inoxidable de 1 pulgada de diámetro.

En lo sucesivo, a menos que haya una indicación explícita o el contexto así lo requiera, se utilizará el término “línea” para hacer referencia a cualquiera de dichas líneas: de alimentación (11 ), línea de circulación (12), línea de recirculación (13) o línea de salida (14).

Por otra parte, el método de unión entre líneas consecutivas no limita el alcance de la presente invención. Líneas consecutivas pueden unirse, por ejemplo y sin limitarse a estos, mediante soldadura a tope, electro fusión, elementos de conexión roscados o bridas. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dichas líneas se unen entre sí a través de una serie de elementos de unión roscados de acero inoxidable, como pueden ser, por ejemplo y sin limitarse a estos, codos 90°, bujes, niples o uniones de 3 vías.

Con respecto a dicha línea de alimentación (11 ), la misma se conecta por un primer extremo a una fuente de agua salada y por un segundo extremo, opuesto a dicho primer extremo, se conecta operativamente a un extremo de entrada de dicha línea de circulación (12). Dicha línea de circulación (12), a su vez, se conecta por un extremo de salida, opuesto a dicho extremo de entrada, a la entrada de agua del estanque de separación (16) que forma parte del sistema que es objeto de la presente invención.

Adicionalmente dicha línea de circulación (12) se acopla operativamente al concentrador solar (15) que forma parte del sistema que es objeto de la presente invención. En el contexto de la presente invención, debe entenderse que dicho acoplamiento operativo entre dicha línea de circulación (12) y dicho concentrador solar (15) se obtiene cuando los rayos del sol, que son concentrados por dicho concentrador solar (15), inciden, al menos parcialmente, en dicha línea de circulación.

Dicho concentrador solar (15) corresponde a un tipo de colector solar encargado de concentrar la energía solar en un área reducida; que en este caso coincide, al menos parcialmente, con dicha línea de circulación (12). La superficie de dicho concentrador es la encargada de reflejar los rayos provenientes del sol. La forma, el material, las dimensiones y método de fabricación de dicho concentrador solar (15) no limitan el alcance de la presente de invención. En una realización preferida y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho concentrador solar (15) corresponde a un concentrador solar cilindrico de forma parabólica de acero inoxidable pulido que en su superficie de reflexión posee un acabado brillante espejo, y se fabrica por el proceso de doblado con láminas que tienen dimensiones de 1 metro x 1 metro y un grosor de 0,4 milímetros.

En una realización que resulta altamente ventajosa, y sin que esto límite el alcance de la protección, el sistema (1 ) para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada comprende una pluralidad de concentradores solares (15) conectados en serie, cada uno de dichos concentradores solares (15) acoplado operativamente a dicha línea de circulación (12). En una realización aún más preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho sistema (1 ) para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada comprende tres concentradores solares (15a,15b,15c) conectados en serie.

Por otra parte, con respecto a dicho estanque de separación (16), el mismo corresponde a un recipiente destinado a la contención de un fluido, y comprende una entrada de agua, una salida de agua y una salida de vapor. Uno de los objetivos de dicho estanque de separación, sin que esto limite el alcance de la presente invención, es el de absorber las variaciones de volumen de dicho fluido contenido al variar su temperatura, manteniendo la presión entre límites preestablecidos e impidiendo, al mismo tiempo, pérdidas de masa de dicho fluido. La forma, dimensiones y material de dicho estanque de separación no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho estanque corresponde a un vaso de expansión de fontanería de acero inoxidable con una capacidad de 18 litros, y que está tarado para una presión máxima de 10 bar.

Adicionalmente, en dicha salida de vapor de dicho tanque de separación (16) se acopla una línea de salida (14) que es el ducto por el cual se extrae el vapor que finalmente se convierte en agua desalinizada. Las dimensiones, forma y material de dicha línea de salida (14) no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicha línea de salida (14) corresponde a un ducto de acero inoxidable de ¼ de pulgada de diámetro.

En otra realización preferida que resulta ventajosa, y sin que esto limite el alcance de la protección, en dicha línea de salida (14) puede instalarse un condensador y una válvula de presión ajustable. Una vez alcanzada la presión ajustada por dicha válvula, se abre automáticamente y permite que el vapor entre y se condense en el interior de dicho condensador.

Por otra parte, dicha línea de recirculación (13) se conecta por un extremo a dicha salida de agua de dicho tanque de separación (16) y por el extremo opuesto a una porción de dicha línea de alimentación (11 ), cerrando, en la práctica, un lazo de retroalimentación del sistema que es objeto de la presente invención. Lo anterior, ventajosamente, permite recuperar una mayor cantidad de agua, pues, en caso de que no se alcance la temperatura de evaporación del agua que ingresa al sistema, la misma puede ser recirculada a través del mismo. En una realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada que es objeto de la presente invención comprende una estructura de soporte (17) de dicho concentrador solar (15), o de la pluralidad de concentradores solares (15a, 15b, 15c). Dicha estructura de soporte (17) corresponde a una estructura diseñada para el acoplamiento con dicho concentrador solar (15) de manera tal que le permite dar apoyo y además variar su orientación con respecto al sol. Este elemento, ventajosamente, permite tomar en consideración los movimientos de rotación y traslación de la tierra; lo que implica que existe un movimiento del sol en el transcurso del día, así como en las diferentes estaciones del año. Lo anterior, a su vez, permite maximizar el rendimiento en tanto se permite el aprovechamiento de la incidencia de los rayos del sol sobre la estructura reflectante.

En caso de proporcionarse, las dimensiones, material, diseño y método de fabricación de dicha estructura de soporte (17) no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicha estructura de soporte (17) corresponde a una estructura de hierro de tipo columpio, fabricada a partir de perfiles cuadrados de 20 x 20 milímetros y un espesor de 1 ,5 milímetros cortados y soldados entre sí y unidos a través de remaches a dicho lámina de dicho concentrador solar (15). Finalmente, en la parte superior de los extremos de dicha estructura de soporte (17), es posible soldar una pletina que funciona como articulación móvil, la cual permite realizar un seguimiento solar de forma manual.

Sin embargo, el sistema de seguimiento solar también se puede ejecutar de manera automática. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho concentrador solar (15) se puede conectar operativamente a un sistema de seguimiento solar, a través de dicha estructura de soporte (17). En esta realización preferida, sin que esto limite el alcance de la presente invención, dicho sistema de seguimiento solar puede comprender principalmente un motorreductor eléctrico conectado operativamente a dicha estructura de soporte, de manera tal que una rotación de dicho motorreductor se traduce en una rotación, en torno a un eje predeterminado, de dicha estructura de soporte. La orientación de dicho eje predeterminado no limita el alcance de la presente invención y puede ser, sin limitarse a estos, horizontal o vertical y, en caso de ser horizontal puede ser tanto transversal como longitudinal con respecto a dicho concentrador solar (15). Dicho sistema de seguimiento solar puede comprender, además, una pluralidad de sensores de luz instalados en la superficie de reflectante de dicho concentrador solar (15), y un controlador conectado operativamente a dicho motorreductor eléctrico y a dicha pluralidad de fotorresistores.

En otras realizaciones preferidas, sin que esto limite el alcance de la presente invención, el sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada que es objeto de la presente invención comprende un termómetro (18). Dicho termómetro (18) se utiliza para medir la temperatura del fluido de trabajo, y permite ir monitoreando la temperatura a la cual circula el mismo por el interior de dichas líneas. El tipo, material y dimensiones de dicho termómetro no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho termómetro (18) es un termómetro análogo de tipo aguja con un rango de medición de entre 0 y 200 °C, que se acopla operativamente a un ducto de acero inoxidable de ½ pulgada con conexión roscada macho y a una unión de 3 vías para articularlo a dicha línea de circulación (12). En una realización más preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, el sistema (1 ) para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada comprende una pluralidad de termómetros posicionados en los extremos de cada uno de dichos colectores solares (15a,15b,15c). En una realización aún más preferida, el sistema (1 ) para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada comprende cuatro termómetros (18a,18b,18c,18d) que pueden utilizarse, por ejemplo y sin que esto limite el alcance de la presente invención, con el objetivo de obtener una curva de estudio fidedigna del estado actual del agua salada, y además estudiar el aporte específico de cada uno de dichos colectores solares (15a,15b,15c) al sistema.

En una realización preferida de la presente invención, sin que esto limite el alcance de la misma, el sistema comprende un manómetro (que no se ilustra en las figuras) conectado operativamente a una de dichas líneas, por ejemplo, pero sin limitarse a esta, a la línea de salida (14). Dicho manómetro es un instrumento de medición de presión de fluidos en circuitos cerrados. Con respecto al sistema, permite conocer las características del fluido al interior de las líneas y en qué estado se encuentra; dicho manómetro puede posicionarse en dicha línea de salida (14). El tipo, material y dimensiones de dicho manómetro, así como su posición en el sistema, no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dicho manómetro es un manómetro de glicerina con un rango de medición de entre 0 y 150 PSI, que se acopla operativamente a un ducto de acero inoxidable de ¼ de pulgada con conexión roscada para articularlo a dicha línea de salida (14).

En otra realización preferida de la presente invención, sin que esto limite el alcance de la presente invención, el sistema comprende una pluralidad de válvulas de paso (que no se ilustran en las figuras) conectadas operativamente a las líneas que forman parte de dicho sistema. Dichas válvulas de paso son dispositivos utilizados para dar paso o cortar el flujo de un fluido que circula por una línea. Además, de permitir cortar el paso, pueden poseer la función de evitar que el agua circule en la dirección contraria a la deseada, en este último caso se hablará de válvulas de paso unidireccionales. En una realización más preferida, cada una de dichas líneas: línea de alimentación (11 ), línea de circulación (12), línea de recirculación (13) y línea de salida (14) comprende una válvula de paso conectada a la misma. El tipo, tamaño y material de dichas válvulas de paso, no limitan el alcance de la presente invención. En una realización preferida, y sin que esto limite el alcance de la protección, dichas válvulas de paso corresponden a válvulas de bola de acero inoxidable de dos cuerpos con conexión roscada de: ¼ pulgada de diámetro para dicha línea de salida (14), y 1 pulgada para dicha línea de alimentación (11 ), dicha línea de circulación (12) y dicha línea de recirculación (13).

El funcionamiento del sistema (1 ) para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada es el siguiente: el agua salada ingresa a dicha línea de alimentación (11 ), por algún sistema de almacenamiento (que no forma parte esencial del sistema que es objeto de la presente invención). Dicha agua salada que ingresa a dicha línea de alimentación (11 ), va calentándose al interior de dicha línea de circulación (12) por efecto de la radiación producto de la energía solar reflejada por dicho concentrador solar (15), y circula de manera natural debido a la diferencia de temperaturas y densidades de dicha agua salada; lo que se denomina como efecto termosifón. De esta manera se consigue concentrar la porción del fluido más caliente en la cota superior de dicho tanque de separación (16). Este efecto genera que el vapor se concentre en dicho tanque de separación (16) y en dicha línea de salida (14) para conseguir así la estratificación del líquido y vapor, este fenómeno asegura que lo primero que salga cuando se abra la válvula de presión sea vapor. Adicionalmente, al encontrarse como vapor, el agua puede subir sin gran fricción y afecto de gravedad a una mayor altura. El vapor que egresa de dicho tanque de separación (16) a través de dicha línea de salida (14), asciende a una altura determinada y llega dicha una válvula de presión. En una realización preferida que resulta ventajosa, y sin que esto limite el alcance de la protección, en dicha línea de salida (14) se instala una válvula de presión ajustable, por ende, se puede generar una presión hasta que dicha válvula se abra automáticamente con una presión ajustada y acelera el vapor de salida, hasta que se condensa como agua desalinizada.

Adicionalmente, dicho tanque de separación (16) comprende una salida de agua, a la cual se conecta dicha línea de recirculación (13), y por donde puede salir el agua que no se ha evaporado. Dicha salida de agua de dicho tanque se conecta, a través de dicha línea de recirculación (13) con dicha línea de alimentación (11), generando una línea de realimentación y reincorporando el agua no desalinizada como fluido de trabajo al sistema. Adicionalmente, dicha línea de recirculación (13) funciona como una línea extractiva, permitiendo el retiro de la salmuera acumulada en dicho estanque.

Por otra parte, con respecto a la instalación del sistema para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada que es objeto de la presente invención, esta no representa una característica limitante. El sistema que es objeto de la presente invención se podría instalar sobre un muelle o de manera flotante, de manera tal de obtener el agua salada directamente del mar sin que esto limite el alcance de la presente invención.

De acuerdo con la descripción previamente detallada es posible obtener un sistema (1) para la obtención y bombeo de agua desalinizada a partir de agua salada que comprende un circuito cerrado diseñado para ser acoplado a algún sistema de alimentación de agua salada. Donde dicha agua salada corresponde al fluido de trabajo que circula a través del sistema, se calienta por acción de la radiación solar en dicho concentrador solar (15), se evapora en dicho estanque de separación (16) y finalmente se extrae como vapor a través de dicha línea de salida (14), donde producto de la condensación se extrae como agua desalinizada. Características técnicas descritas en realizaciones preferidas diferentes, pueden combinarse, además, de cualquiera manera prevista por una persona con conocimientos medios en el campo técnico sin que esto limite el alcance de la presente invención.