CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente divulgación trata de un sistema de potabilización mediante procesos de purificación y destilación de agua proveniente del mar u otras aguas duras o sucias, con la ayuda de fuentes energéticas renovables, principalmente solar.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

La situación hídrica es crítica, el problema más grande es que está muriendo gente por la falta de agua. Los problemas de esta son diversos, principalmente por la escasez de lluvia por periodos prolongados padecen largas. Además, el cambio climático y los incendios forestales deterioran los suelos y el ecosistema provocando evaporación de lagos y ríos. Esto repercute también en la ganadería, pero fundamentalmente la agricultura, precisan de enormes cantidades de agua para producir, los ingresos de los agricultores locales se van a ver fuertemente afectados.

Las poblaciones más vulnerables se ven afectadas por la hambruna y muertes por deshidratación, obligadas a emigrar o ir en busca de ciudades con sistema de agua potable. Por otro lado, la falta de infraestructura y que las fuentes de agua existentes estén contaminadas son una de las razones para la transmisión de enfermedades y la necesidad de importar agua desde otros lugares.

Son muchas las organizaciones que han buscado formas de solucionar el problema hídhco en el mundo, dentro de las que destacan las donaciones civiles y la implementación de políticas no factibles en algunas comunidades.

Es por lo anterior que nace nuestro proyecto, cuya finalidad es brindar de un sistema de potabilización de agua para las comunidades que más requieren de este preciado y escaso recurso, por medio de la implementación de un sistema de potabilización de agua. DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR:

El documento ES1019211 (II), trata de un transformador-destilador de agua potable especialmente pensado y diseñado para obtener agua apta para el consumo humano en lugares y zonas geográficas carentes de dicho elemento líquido, partiendo de agua en malas condiciones higiénicas contaminada, y salina, en definitiva, no potable por sus características químicas y bacteriológicas que desaconsejan y prohíben su uso y utilización. En esencia, comprende dos piezas fundamentales consistentes en un recipiente inferior, contenedor de agua residual y en malas condiciones higiénicas de configuración general cilindrica de poca altura, opaco e interiormente de color negro, y una cúpula o bóveda superior de material transparente que permita ventajosamente el paso de los rayos solares y dispone, interior y periféricamente, de un colector de recogida del agua destilada, posicionado con pendiente de hasta un 20% para que el agua condensada discurra hacia el punto de salida al exterior sin el menor impedimento.

El documento LIS2015353379 (A1 ), se proporciona un sistema de destilación híbrida fotovoltaica con interfaz de panel con y sin un proceso de destilación de membrana microporosa hidrófoba que es capaz de utilizar el calor residual solar para realizar la destilación líquida mientras se cogenera electricidad solar. El calor residual solar cogenerado en un panel fotovoltaico es utilizado eficazmente por el líquido de destilación “in situ” como un disipador de calor inmediato en contacto térmico con el panel fotovoltaico, proporcionando así un enfriamiento beneficioso del panel fotovoltaico y la co-fabricación de productos de destilación mientras se genera electricidad con mejora significativa en la eficiencia de utilización de energía solar de proceso total. Su utilización beneficiosa habilitada del calor residual puede proporcionar una serie de productos relacionados con la destilación, como: agua dulce, sales marinas, agua destilada, etanol destilado, agua caliente, vapor caliente, productos salinos / salmueras y cultivos fotobiológicos de salmuera para la producción de biocombustibles avanzados y bioproductos, además de la energía solar. El documento US8186100, propone un invernadero fotovoltaico de tipo energía solar, que incluye una estructura de marco de invernadero principal con múltiples paredes verticales y un techo sobre las mismas, para encerrar un espacio de invernadero, y al menos un módulo de celdas solares de película delgada montado en el techo. El módulo de celdas solares de película fina es útil para convertir la energía solar dentro de una banda de luz solar preseleccionada en electricidad y, al mismo tiempo, la luz que no es absorbida por el módulo de celdas solares de película fina pasa libremente a través del módulo de células solares de película fina y entra al espacio interior del invernadero. La luz solar que pasa libremente a través del módulo de celdas solares de película delgada incluye suficiente luz que las plantas o cultivos pueden utilizar para la fotosíntesis.

El documento W02014131027, se tiene un invernadero que de acuerdo con algunas realizaciones incluye una estructura envolvente y al menos una parte de la estructura envolvente es al menos un 10% transparente a la luz solar en al menos una parte del rango de 400 - 700 nm de longitudes de onda de luz. La parte de la estructura envolvente que es al menos un 10% transparente a la luz solar incluye una celda fotovoltaica orgánica transparente. El panel para invernadero de acuerdo con una realización de la invención incluye una celda fotovoltaica orgánica transparente que es al menos un 10% transparente a la luz solar en al menos una parte del rango de 400 - 700 nm de longitudes de onda de la luz y es sensible a la luz en un rango de longitudes de onda fuera del rango de 400 - 700 nm de longitudes de onda.

Además, se sabe que dentro del estado del arte de las soluciones existentes para atacar la falta de agua potable se encuentra la utilización de acuíferos como reservorio de agua, reforestación de bosques, tecnologías de búsqueda de napas subterráneas, programas para el ahorro del recurso hídrico a nivel mundial, colectores de aguas lluvias, saneamiento de aguas y procesos de desalinización.

Un aspecto importante que señalar, aunque es obvio, es que no todos los procesos potabilizadores se diseñan igual, ya que el diseño va a depender de una forma muy Importante de las características del agua disponible. No es lo mismo diseñar una planta potabilizadora para el Golfo Pérsico que para el Océano Pacífico, el mar Mediterráneo o el Océano Atlántico. Pero aún, es más, situados en un mismo mar, dependiendo de las circunstancias de la micro zona, el diseño puede ser radicalmente diferente.

Las tecnologías de potabilización y específicamente para la desalinización se pueden separar entre las que extraen agua y extraen sales. La electrodiálisis es un ejemplo de tecnología que extrae sal del agua. Las tecnologías de extracción de agua pueden actuar a través de cambio de fase o no. En las tecnologías que no aprovechan el cambio de fase están las de filtrado, como la osmosis inversa.

En las tecnologías de cambio de fase a través de evaporación se encuentran. Destilación Multiefecto (MED), Compresión Térmica de Vapor (TVC), Compresión Mecánica de Vapor (MVC), Evaporación Flash Multietapa (MSF), destiladores solares y Membranas de Destilación (MD).

Respecto al resto de tecnologías existentes, se pueden mencionar las plantas eólicas de desalinización, plantas de compresión de vapor, plantas de osmosis inversa. El auge actual radica en las plantas de osmosis inversa, estas plantas pueden ser autovalentes cuando se le agrega paneles fotovoltaicos, el uso de esta tecnología se conoce como plantas de RO+PV.

Sin embargo, en el arte previo no se encuentra un sistema de destilación de agua que integre todas las tecnologías que comprende la presente innovación, es decir en su conjunto presenta una combinación de elementos que aparece como novedosa respecto del arte previo, en especial la utilización de paneles fotovoltaicos transparentes como medios captadores de energía solar, los que permiten maxim izar el recurso lumínico al aprovecharse como fuente captadora toda la superficie exterior de una planta cerrada de captación de energía luminosa.

Resuelve el problema general de la escasez de agua, una opción para su obtención. Además, el modelo de obtención de agua está hecho de manera en que sus costos sean los más bajos posible, para así poder llevarse a cabo en cualquier parte del mundo.

Además, otra finalidad de la invención es contribuir con el medio ambiente, por lo que también está pensado para que su impacto sea el mínimo en el territorio donde se instalará, así como también pretende ser sustentadle al largo plazo ayudando con mejora en la calidad de vida de las personas.

También el sistema ayudaría a la no explotación de recursos no renovable, como el agotamiento de las napas subterráneas, uso indebido de estas u otras fuentes que puedan agotarse en el futuro.

Finalmente, la obtención, por ejemplo, a través de la desalineación del agua permitiría un apaciguamiento disruptivo de grandes acontecimientos que impactan de manera negativa en los países (robo de agua, creación de embalses y represas, desvíos del agua, etc.).

Los usuarios son distintos y vahados entre los cuales puede haber desde grupos ganaderos, gubernamentales, producción, etc. Los principales son empresas de producción con escaso recurso hídhco, mineras y similares a un nivel global suelen recurrir a la utilización de bastante agua para sus proyectos, es por eso que este método les proporciona una solución que no afecte su trabajo ni el entorno provocando escasez a las personas.

Las industrias ganaderas y de alimentación rural como grandes plantaciones, en donde el agua suela ser un bien escaso o que más bien, la obtención no sea a través de un acto de alto impacto en el mundo y en la población que lo necesite, tales como destruir ecosistemas u otros.

Gubernamentales para la distribución a localidades con escasez de agua y que estén en situación crítica de la falta de esta. Finalmente, el cómo funcionaría, seria preferentemente en lugares costeros, no habitables en un radio de “x” kilómetros (dependiendo el tamaño de la planta), proporcionando agua a través de ductos por los sectores cercanos, o trasladando a lugares más lejanos. Cuando y donde, en todo momento siempre y cuando la situación y el lugar sean apto para la instalación de la planta. Porque es una manera de aprovechamiento de agua, usando recursos no agotables en el muy largo plazo (agua del mar y energía solar), para qué, se puede definir tal como la finalidad de obtener beneficios tanto económicos como en el cuidado del mundo en general.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

El sistema cuenta con vahos procesos, por ejemplo, en una modalidad no limitante con la invención, la cual fue diseñada para instalarse en la costa marítima, cuenta con un sistema de colección de agua el cual incluye filtros para separar los elementos más grandes contenidos en el agua como tierra, piedras, minerales y barro. Luego el agua es filtrada por sistemas de membrana hasta llegar a un estanque donde se aplican procesos biológicos y químicos para separar otros agentes más pequeños presentes en el agua.

Desde este punto se instala un sistema de extracción de agua en la superficie que permite el paso de agua hasta un tanque de agua que permite tener el agua a temperatura superior a la del ambiente, ya en este punto se instalan dos válvulas, la primera para poder extraer agua no potable directo del tanque, y la segunda es una válvula automática que permite mantener una piscina en el nivel óptimo de agua. Esta piscina es formada con polímeros que permiten al agua absorber energía calórica proveniente de vahas fuentes, principalmente solar mediante colectores, paneles y una estructura de vidrio que cubre por completo a la piscina.

Esta estructura tiene la función de permitir y aumentar el ingreso de rayos solares a su interior, además de ser la pieza fundamental para poder captar el vapor de agua y guiarlo al colector final donde queda el agua destilada. La invención que busca implementar un sistema de desalineación de agua de mar con la ayuda del sol, para lo cual se diseñan piscinas de no más de 10 cm de profundidad por un metro de largo y ancho las cuales serán instaladas en zonas pobladas costeras, la ¡dea del tamaño y profundidad de estas piscinas es que estas puedan realizar el proceso de potabilización aprovechando la cantidad de rayos UV.

Estas piscinas fabricadas con polímeros negros hidrofóbicos con propiedades de absorción y conducción térmica aprovechable captarán aún más la radiación UV y el calor del sol para facilitar el aumento de la temperatura del agua hasta su punto de ebullición.

En modalidades preferidas y solo a modo ejemplo, para que esta tarea sea más rápida y eficiente, la invención cuenta con una estructura cerrada, que puede tener la forma de domo o en forma de pirámide truncada, de múltiples caras, ya sea cuadrada, rectangular, hexagonal, pentagonal, etc., que permite amplificar la luz solar que cubrirá y aislará el lugar, este actuará en forma de lupa concentrando el calor de manera óptima en toda la zona cubierta con agua.

En la misma modalidad para la captación del agua de mar la invención considera una canalización subterránea de captación por oleaje del agua de mar, la cual avanzará por gravedad por distintas capas de filtrado físico además de membranas de fácil mantención, para así llegar al acuífero ubicado a una profundidad no superior a los 10 metros bajo el nivel del mar. En el caso de que el oleaje no sea suficiente este será apoyado por bombas alimentadas por una fuente de energía renovable.

También para el saneamiento del agua se usan bacterias anaeróbicas y otros procesos químico-biológicos necesarios para limpiar y purificar el agua.

El sistema cuenta con un extractor de agua por presión compacta, impulsado por una bomba alimentada con energía renovable almacenando el agua aun salada en un recipiente que contara con sistema de sifonada para mantener el nivel del agua. Luego el agua finalmente llega al domo anteriormente descrito, el cual consta de dos grandes virtudes, una de estas es la extracción del agua purificada directamente del domo, mientras que el agua restante filtrara de forma natural formando un acuífero, el cual dará la posibilidad de que el agua fluya por procesos tales como tensión superficial y presión terrea hacia capas de tierra ubicadas más cerca de la superficie. Esto tiene un gran impacto en el lugar, pues con el tiempo estos lugares podrán ser utilizados nuevamente para cultivo y reforestación.

Los medios para condensar el agua pueden ser por una columna central o por medio de las aristas que forman los paneles fotovoltaicos.

Alternativamente puede incorporar baterías de almacenamiento, con objeto de, y en caso de que se requiera, contar con energía para autoalimentar el dispositivo y mantener una producción continua de destilado.

En otra modalidad se define un sistema compacto y/o portátil de purificación de agua proveniente del mar u otras aguas duras o sucias, utilizando energía solar, para zonas con escaso recurso hídrico, de bajo impacto ambiental y que realiza la destilación del agua de manera autónoma, que evita la explotación de recursos no renovables, como el agotamiento de las napas subterráneas u otras fuentes, que comprende: Una estructura para contener líquidos, preferentemente aislada térmicamente y cerrado en su parte superior por una cúpula o cubierta, la cual es fabricada de paneles fotovoltaicos transparentes, cubriendo totalmente la cúpula o cubierta o al menos la mayor parte de ella, como medios captadores de energía solar, que producen el efecto invernadero en el interior de la estructura y además generar la energía eléctrica al sistema y además generar energía eléctrica para uso externo; un estanque de acumulación del agua que recibe agua desde una fuente; una piscina de almacenamiento de agua que recibe agua desde el estanque de acumulación, esta piscina está bajo la cúpula fabricada en paneles fotovoltaicos transparentes; y medios de condensación del agua evaporada que permiten extraer directamente el agua purificada desde el interior de la cúpula.

En esta modalidad portátil o compacta la piscina de almacenamiento de agua también está fabricada con polímeros negros hidrofóbicos con propiedades de absorción y conducción térmica aprovechable, que captan aún más la radiación UV, facilitando que la temperatura del agua alcance su punto de ebullición.

La modalidad portátil o compacta la invención también cuenta con una estructura cerrada, que puede tener la forma de domo o en forma de pirámide truncada, de múltiples caras, ya sea cuadrada, rectangular, hexagonal, pentagonal, etc., que permite amplificar la luz solar que cubrirá y aislará el lugar, este actuará en forma de lupa concentrando el calor de manera óptima en toda la zona cubierta con agua, con paneles fotovoltaicos transparentes y no transparentes.

Los medios para condensar el agua en la modalidad portátil o compacta pueden ser por una columna central o por medio de las aristas que forman los paneles fotovoltaicos. También se incorporan baterías de almacenamiento, con objeto de, y en caso de que se requiera, contar con energía para autoalimentar el dispositivo y mantener una producción continua de destilado.

En otras de sus modalidades se define un proceso de purificación y desalinización de agua que comprende proveer de una estructura para contener líquidos, preferentemente aislada térmicamente y cerrado en su parte superior por una cúpula o cubierta, la cual es fabricada especialmente de paneles fotovoltaicos transparentes como medios captadores de energía solar, cubriendo totalmente la cúpula o cubierta o al menos la mayor parte de ella, los que permiten producir el efecto invernadero en el interior de la estructura y además generar la energía eléctrica necesaria para el proceso y generar energía eléctrica de uso externa, maxim izando el recurso lumínico al aprovecharse como fuente captadora toda la superficie exterior de la estructura.

Además, se define una etapa colección y filtrado del agua no potable, en donde se realiza una etapa de filtrado primario del agua, la cual incluye un conjunto de filtros para separar los elementos más grandes contenidos en el agua, como tierra, piedras, minerales y barro. Además, se realiza una etapa de filtrado secundario del agua, la cual incluye un conjunto de membranas, donde se aplican procesos biológicos y químicos para separar otros agentes más pequeños presentes en el agua.

Además, se realiza una etapa de almacenamiento primario del agua utilizando como almacenamiento un pozo;

Además, se realiza una etapa de almacenamiento secundario del agua utilizando como almacenamiento un estanque.

En la etapa de destilación del agua, se utiliza la cúpula o cubierta fabricada en paneles fotovoltaicos transparente, cubriendo una piscina con el agua previamente tratada, cubriendo y aislando la piscina, concentrando el calor en toda la zona cubierta con agua.

En una etapa de evaporación, el agua almacenada en la piscina de almacenamiento, y por efecto de una amplificación lumínica, se aumenta la temperatura del agua a una temperatura superior a la temperatura ambiental, lo que permite evaporar el agua.

Finalmente se define una etapa de condensación, en donde el agua purificada se extrae directamente desde la cúpula o bóveda y el resto del agua destilada generada se destina para el cultivo y reforestación, o para la generación de energía eléctrica o térmica.

La virtud de la invención es el uso de energías renovables que no generan más daño al planeta, si no aprovechar los procesos naturales que este nos brinda para la generación del agua potable. El conjunto de procesos e instrumentos empleados pueden categorizar a este como sistema renovable y autónomo de potabilización.

La presente innovación plantea la definición de un sistema de potabilización mediante procesos de purificación y desalinización de agua proveniente del mar o purificación de otras aguas duras o sucias, con la ayuda de fuentes energéticas renovables específicamente solar a través de paneles fotovoltaicos transparentes en la etapa de destilación, maxim izando la superficie de la estructura del sistema, que además permiten la generación de energía eléctrica.

Otras áreas de aplicabilidad de la presente invención resultarán evidentes a partir de la descripción detallada proporcionada a continuación. Se debe entender que la descripción detallada y los ejemplos específicos, aunque indican las modalidades preferidas de la invención, están destinadas únicamente a fines ilustrativos y no están destinadas a limitar el alcance de la invención.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

La presente invención se entenderá más completamente a partir de la descripción detallada y las figuras que se acompaña, que no se encuentran necesariamente a escala, en las cuales:

Figura 1 muestra una aplicación de uso de los paneles fotovoltaicos en una modalidad preferida de la invención.

Figura 2 muestra el sistema extractor de agua de la modalidad preferida de la invención.

Figura 3 muestra distintas modalidades que podría adoptar la forma de la cúpula o cubierta.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE UNA MODALIDAD PREFERIDA

La siguiente descripción de las modalidades de la presente invención es simplemente de naturaleza ejemplar y de ninguna manera pretende limitar la invención, su aplicación o usos. La presente invención tiene una amplia aplicación potencial y utilidad, que es considerado adaptable en una amplia gama de industrias. La siguiente descripción es proporcionada aquí únicamente a modo de ejemplo con el fin de proporcionar una descripción habilitante de la invención, pero no limita el alcance o la substancia de la invención.

El sistema de purificación y destilación de agua proveniente del mar u otras aguas duras o sucias en general comprende una planta de purificación de agua o estructura para contener líquidos (1 ), preferentemente aislada térmicamente y cerrado en su parte superior por una cúpula o cubierta (2), la cual es fabricada de paneles fotovoltaicos transparentes (3), cubriendo totalmente la cúpula o cubierta o al menos la mayor parte de ella, como medios captadores de energía solar, adecuados para producir el efecto invernadero en el interior de la estructura y además generar la energía eléctrica al sistema y además generar energía eléctrica para uso externo.

Se define un conjunto de filtros (7) para separar los elementos más grandes contenidos en el agua, como tierra, piedras, minerales y barro.

También comprende un conjunto de membranas, donde se aplican procesos biológicos y químicos para separar otros agentes más pequeños presentes en el agua.

Se incluye un pozo almacenamiento (8) primario del agua previamente filtrada que viene directamente de una fuente pasando por una compuerta (6) y un estanque de acumulación (5) secundario del agua a alimentar a la estructura para contener líquido.

Se define una piscina de almacenamiento de agua (4) previamente purificada proveniente del estanque de acumulación (5), bajo la cúpula (2) fabricada en paneles fotovoltaicos transparentes.

También se incluyen medios de condensación del agua evaporada que permiten extraer directamente el agua desde el interior de la cúpula para el cultivo y reforestación. En una modalidad se tiene que, los medios para condensar el agua pueden ser por una columna central o por medio de las aristas que forman los paneles solares individuales.

En una modalidad el sistema purificación y desalineación utiliza una canalización subterránea para que el agua avance por gravedad por el conjunto de filtros y el conjunto de membranas.

En otra modalidad el pozo de almacenamiento (8) se ubica a una profundidad no superior a los 10 metros bajo el nivel del mar.

En otra modalidad se utilizan bombas (9) para impulsar el agua por el conjunto de filtros (7) y el conjunto de membranas e ingrese al pozo de almacenamiento (8).

En otra modalidad el estanque de acumulación (5) secundario del agua no potable se ubica en la superficie.

En otra modalidad se define una bomba (9) para trasferir el agua no potable desde el pozo de almacenamiento (8) al estanque de acumulación (5).

En otra modalidad la piscina (4) tiene no más de 10 cm de profundidad por un metro de largo y ancho, la cual es fabricada con polímeros, que permite que el agua absorba energía calórica, preferentemente con polímeros negros hidrofóbicos con propiedades de absorción y conducción térmica aprovechable, que captaran aún más la radiación UV, facilitando que la temperatura del agua alcance su punto de ebullición.

En otra modalidad se define que la cubierta cúpula o cubierta (2) este fabricada de paneles fotovoltaicos transparentes (3) y paneles fotovoltaicos opacos o no transparentes.

En otra modalidad (no ¡lustrada) se tiene que alternativamente puede incorporar baterías de almacenamiento, con objeto de, y en caso de que se requiera, contar con energía para autoalimentar el dispositivo y mantener una producción continua de destilado.

En otra modalidad (no ¡lustrada) se tiene que alternativamente se puede utilizar una modalidad compacta y/o portátil que solo incluye la cúpula o cubierta, el panel fotovoltaico transparente, la piscina de almacenamiento de agua y el estanque de acumulación.

Por lo tanto, los expertos en la materia entenderán fácilmente que la presente invención es susceptible de una amplia utilidad y aplicación. Muchas modalidades y adaptaciones de la presente invención distintas de las aquí descritas, así como muchas variaciones, modificaciones y disposiciones equivalentes, serán evidentes o razonablemente sugeridas por la presente invención y la descripción anterior de la misma, sin alejarse de lo substancial o alcance de la presente invención. Por consiguiente, aunque la presente invención ha sido aquí descrita en detalle en relación con su modalidad preferida, se debe entender que esta descripción es solo ilustrativa y ejemplar de la presente invención y es realizada simplemente con el propósito de proporcionar una descripción completa y habilitante de la invención. La descripción anterior no pretende ni debe ser interpretada para limitar la presente invención o para excluir cualquier otra modalidad, adaptaciones, variaciones, modificaciones y disposiciones equivalentes.

DETALLE COMPONENTES MODALIDAD PREFERIDA

1 planta de purificación de agua

2 cúpula o cubierta

3 panel fotovoltaico transparente

4 piscina de almacenamiento de agua

5 estanque de acumulación

6 compuerta

7 filtros

8 pozo de almacenamiento

9 bomba