DISPOSITIVO AUTÓNOMO DE DEPURACIÓN DE AGUA DE MAR CON MÓDULOS DE FILTRACIÓN SUMERGIDOS ALTERNATIVOS CON CÁMARAS MULTIÉMBOLO DE BAJA PRESIÓN.

Dispositivo de depuración de agua de mar que comprende al menos una pareja de módulos de filtración (10a,

10b) de agua de mar sumergidos en el medio marino y unidos uno al otro por una transmisión motorizada (12, 13, 19) adaptada para desplazar los módulos de filtración (10a, 10b) de cada pareja según movimientos alternativos de inmersión y de subida en el medio marino en oposición de fase, comprendiendo cada módulo de filtración (10a, 10b): - al menos una cámara que recibe el nombre de cámara de alta presión (42) y está dotada: - de al menos una entrada (70) de admisión selectiva de agua de mar a filtrar al interior de la cámara de alta presión (42), - de al menos una membrana semipermeable (43) de filtración del agua de mar por osmosis inversa, - de al menos una salida (45) de recogida del agua filtrada producida por cada membrana (43) contenida en la cámara de alta presión (42), - de al menos una salida(72) de evacuación del agua de mar concentrada en salinidad, - de al menos una cara de émbolo que recibe el nombre de cara de presionización (80), está dispuesta para presentar un área útil s y puede desplazarse en la cámara de alta presión (42) en traslación según un eje que recibe el nombre de eje longitudinal, para así determinar la presión del agua de mar a la entrada de cada membrana (43); estando dicho dispositivo de depuración de agua de mar caracterizado por el hecho de que comprende al menos un bloque cilindro (47) de baja presión que comprende una pluralidad de caras de émbolo que reciben el nombre de caras receptoras (53) y están unidas a al menos una cara de presionización (80) para así poder arrastrarla en traslación longitudinal, estando estas distintas caras receptoras (53) dispuestas para ser todas sometidas a la presión hidrostática del medio marino, teniendo el área útil S total acumulada de las distintas caras receptoras (53) un valor superior al área útil s de dicha cara de presionización (80) a la cual las mismas están unidas, estando cada cara receptora (53) asociada al menos a una cámara estanca bajo atmósfera gaseosa, llamada cámara de baja presión (48), del bloque cilindro (47) de baja presión de forma tal que el volumen de cada cámara de baja presión (48) varía en el mismo sentido que el de la cámara de alta presión (42) bajo el efecto de los desplazamientos simultáneos en traslación de las caras receptoras (53) y de dicha cara de presionización (80)

La invención se refiere a un dispositivo de depuración de agua de mar que comprende al menos una pareja de módulos de filtración de agua de mar, en particular por osmosis inversa, sumergidos en el medio marino y unidos uno al otro por una transmisión motorizada adaptada para desplazar los módulos de filtración de cada pareja según movimientos alternativos de inmersión y subida en el medio marino en oposición de fase, comprendiendo cada módulo de filtración:

- una cámara que recibe el nombre de cámara de alta presión y está dotada:

- de al menos una entrada de admisión selectiva (en ciertas fases de funcionamiento) de agua de mar a filtrar al interior de la cámara de alta presión,

- de al menos una membrana semipermeable de filtración del agua de mar por osmosis inversa,

- de al menos una salida de recogida del agua filtrada producida por cada membrana contenida en la cámara de alta presión,

- de al menos una salida del agua de mar de mayor salinidad,

- una cara de émbolo que recibe el nombre de cara de presionización, está dispuesta para presentar un área útil s y puede desplazarse en la cámara de alta presión para así determinar la presión del agua de mar a la entrada de cada membrana,

- una cara de émbolo que recibe el nombre de cara receptora y está dispuesta para ser sometida a la presión hidrostática del medio marino, siendo dicha cara receptora solidaria en traslación de dicha cara de presionización, y estando dicha cara receptora asociada a una cámara estanca bajo atmósfera gaseosa que recibe el nombre de cámara de baja presión, de forma tal que el volumen de esta cámara de baja presión varía en el mismo sentido que el de la cámara de alta presión bajo el efecto de los desplazamientos de la cara de presionización.

Se han propuesto numerosos dispositivos para la depuración de agua de mar por osmosis inversa que permiten producir agua dulce por desalinización de agua de mar. La FR 2503129 describe el principio de un dispositivo de depuración de agua de mar tal como el anteriormente mencionado, que comprende módulos de filtración por osmosis inversa dotados de un sistema amplificador de presión hidrostática. Cuando un módulo de filtración ha descendido a una profundidad suficiente, la cara receptora sometida a la presión hidrostática ocasiona una disminución del volumen de la cámara de baja presión y un desplazamiento de la cara de presionización en la cámara de alta presión para así disminuir el volumen de la misma, aplicando así una elevada presión de entrada que permite el funcionamiento de las membranas de filtración por osmosis inversa. Un dispositivo de este tipo permite obtener una presión suficiente (que debe ser al menos de 50 hPa, e idealmente de 60 hPa) para la alimentación de las membranas con agua de mar, para una máxima profundidad de inmersión de los módulos limitada a un valor razonable, teóricamente del orden de 10 a 30

m.

Sin embargo, la explotación práctica de un dispositivo de este tipo se ha topado hasta la fecha con varias dificultades. En primer lugar, el caudal de agua dulce filtrada que es proporcionado ha resultado ser insuficiente para permitir lograr una aceptable rentabilidad del dispositivo, teniendo en cuenta su coste inicial al realizarse la instalación. Conviene, en efecto, que el caudal de agua dulce producido sea suficiente para permitir rentabilizar el coste de inversión dentro de un suficientemente corto periodo de tiempo.

Ahora bien, este caudal se ve limitado en primer lugar por la duración de las fases de inmersión y de subida de cada módulo de filtración, que se efectúan esencialmente bajo efecto de la gravedad y se ven estorbadas por el rozamiento hidrodinámico. Este último factor es proporcional al área característica (es decir, al área de la sección horizontal abarcada por las dimensiones exteriores) del módulo de filtración en inmersión. Pero la utilización de un sistema amplificador de presión hidrostática que permite limitar la máxima profundidad de inmersión tiene también como consecuencia la de inducir una sección lo mayor posible de la cara receptora, y por consiguiente la de aumentar en otro tanto la sección horizontal del módulo de filtración. En consecuencia, si se desea limitar la máxima profundidad de inmersión (por razones de viabilidad práctica con vistas a reducir la duración de las fases de inmersión y de subida), es necesario tener una gran relación de amplificación de presión, y por lo tanto una gran sección del módulo de filtración, lo que en realidad impide alcanzar una velocidad suficiente al tener lugar las fases de inmersión y de subida. A la inversa, si se limita el valor de la sección horizontal del módulo de filtración, las velocidades de desplazamiento en el medio marino pueden ser suficientes, pero por una parte sigue siendo considerable la duración de las fases de inmersión y de subida debido a la longitud del trayecto a recorrer, y por otra parte es insuficiente el caudal suministrado en cada etapa de filtración.

Por otro lado, el caudal de agua filtrada producido va igualmente ligado a la velocidad de filtración en cada etapa de filtración, una vez alcanzada en la cámara de alta presión la mínima presión de filtración por osmosis inversa. Ahora bien, con los dispositivos anteriores esta velocidad no es óptima y está limitada en particular en el fin de carrera por los órganos de recuperación que deben estar previstos para hacer que a continuación la cámara de baja presión vuelva a la posición de volumen máximo al volver el módulo de filtración a la superficie.

Así, el inventor ha determinado que el caudal total (en un ciclo completo de funcionamiento del dispositivo) de agua filtrada producido por los dispositivos anteriores conocidos no es suficiente para permitir su explotación a escala industrial con una rentabilidad aceptable.

Así pues, la invención pretende paliar estos inconvenientes proponiendo un dispositivo de depuración de agua de mar perfeccionado que en particular utiliza el fenómeno de osmosis inversa para la desalinización del agua de mar produciendo, a un coste de inversión equivalente, un caudal total de agua filtrada mejorado.

La invención pretende más en particular proponer un dispositivo de depuración de agua de mar de este tipo con el cual, para un caudal de agua filtrada dado, se vea reducida la duración de las etapas de desplazamiento de los módulos de filtración en inmersión/subida. La invención pretende aun más en particular proponer un dispositivo de depuración de agua de mar de este tipo con el cual, para un caudal de agua filtrado dado, se vea reducida la duración de la etapa de filtración por osmosis inversa a la máxima profundidad de inmersión. En otras palabras, la invención pretende proponer un dispositivo de depuración de agua de mar con el cual, para una determinada duración de un ciclo de funcionamiento (etapa de inmersión/subida y etapa de filtración por osmosis inversa), se vea aumentado el caudal de agua dulce producido.

La invención pretende más en particular proponer un dispositivo de depuración de agua de mar de este tipo con el cual la profundidad de inmersión máxima de los módulos de filtración pueda ser realmente limitada a un valor comprendido entre 10 m y 30 m.

La invención pretende más en particular proponer un dispositivo de este tipo que esté exento de piezas mecánicas de recuperación o de todo órgano de recuperación.

La invención pretende igualmente proponer un dispositivo de depuración de agua de mar de este tipo que sea sencillo y poco costoso en cuanto a su fabricación y a su mantenimiento. La invención pretende también proponer un dispositivo de este tipo que sea muy fiable y presente un funcionamiento totalmente autónomo (permitiendo en particular su utilización en los países en vías de desarrollo). En particular, la invención pretende proponer un dispositivo de este tipo que pueda funcionar con una transmisión motorizada alimentada por al menos una fuente de energía renovable (viento, sol …). (En todo el texto, el vocablo “motorizado(a)” hace referencia de manera general a todo dispositivo que proporcione energía mecánica).

Para hacer esto, la invención se refiere a un dispositivo de depuración de agua de mar que comprende al menos una pareja de módulos de filtración de agua de mar, en particular por osmosis inversa, sumergidos en el medio marino y unidos uno al otro por una transmisión motorizada adaptada para desplazar los módulos de filtración de cada pareja según movimientos alternativos de inmersión... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo de depuración de agua de mar que comprende al menos una pareja de módulos de filtración (10a, 10b) de agua de mar sumergidos en el medio marino y unidos uno al otro por una transmisión motorizada (12, 13, 19) adaptada para desplazar los módulos de filtración (10a, 10b) de cada pareja según movimientos alternativos de inmersión y de subida en el medio marino en oposición de fase, comprendiendo cada módulo de filtración (10a, 10b):

- al menos una cámara que recibe el nombre de cámara de alta presión (42) y está dotada:

- de al menos una entrada (70) de admisión selectiva de agua de mar a filtrar al interior de la cámara de alta presión (42),

- de al menos una membrana semipermeable (43) de filtración del agua de mar por osmosis inversa,

- de al menos una salida (45) de recogida del agua filtrada producida por cada membrana (43) contenida en la cámara de alta presión (42),

- de al menos una salida(72) de evacuación del agua de mar concentrada en salinidad,

- de al menos una cara de émbolo que recibe el nombre de cara de presionización (80), está dispuesta para presentar un área útil s y puede desplazarse en la cámara de alta presión (42) en traslación según un eje que recibe el nombre de eje longitudinal, para así determinar la presión del agua de mar a la entrada de cada membrana (43); estando dicho dispositivo de depuración de agua de mar caracterizado por el hecho de que comprende al menos un bloque cilindro (47) de baja presión que comprende una pluralidad de caras de émbolo que reciben el nombre de caras receptoras (53) y están unidas a al menos una cara de presionización (80) para así poder arrastrarla en traslación longitudinal, estando estas distintas caras receptoras (53) dispuestas para ser todas sometidas a la presión hidrostática del medio marino, teniendo el área útil S total acumulada de las distintas caras receptoras (53) un valor superior al área útil s de dicha cara de presionización (80) a la cual las mismas están unidas, estando cada cara receptora (53) asociada al menos a una cámara estanca bajo atmósfera gaseosa, llamada cámara de baja presión (48), del bloque cilindro (47) de baja presión de forma tal que el volumen de cada cámara de baja presión (48) varía en el mismo sentido que el de la cámara de alta presión (42) bajo el efecto de los desplazamientos simultáneos en traslación de las caras receptoras (53) y de dicha cara de presionización (80).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que las distintas caras receptoras (53) unidas a una misma cara de presionización (80) están dispuestas unas con respecto a otras de forma tal que el bloque cilindro de baja presión (47) presenta, con respecto al eje longitudinal, unas dimensiones exteriores transversales inferiores o iguales a las dimensiones exteriores transversales de la parte del módulo de filtración (10a, 10b) que delimita la cámara de alta presión(42) que comprende dicha cara de presionización (80).

3. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por el hecho de que las distintas caras receptoras (53) unidas a una misma cara de presionización (80) van guiadas en traslación paralelamente al eje longitudinal.

4. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por el hecho de que las distintas caras receptoras (53) unidas a una misma cara de presionización (80) son paralelas unas a otras y a la cara de presionización (80) y ortogonales al eje longitudinal, y de que estas distintas caras receptoras (53) están dispuestas unas con respecto a otras de forma tal que presentan, con respecto al eje longitudinal, unas dimensiones exteriores transversales inferiores a la suma de las dimensiones exteriores transversales de cada una de las caras receptoras (53).

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que las distintas caras receptoras (53) unidas a una misma cara de presionización (80) están superpuestas unas sobre otras en la dirección longitudinal del eje longitudinal de forma tal que las dimensiones exteriores transversales del conjunto de dichas caras receptoras (53) son equivalentes a las de una sola de estas caras receptoras (53).

6. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por el hecho de que cada cara receptora

(53) es solidaria en traslación de una cara de émbolo que recibe el nombre de cara de baja presión (52) y se extiende en la cámara de baja presión (48).

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado por el hecho de que la cara receptora (53) y la cara de baja presión (52) son dos caras paralelas opuestas de un mismo émbolo (51) que va guiado en traslación de manera estanca dentro de un cilindro (49) de forma tal que con éste último delimita dicha cámara de baja presión (48).

8. Dispositivo según la reivindicación 7, caracterizado por el hecho de que la cara de presionización (80) presenta al menos sensiblemente la misma orientación como cada cara de baja presión (52) con respecto al émbolo (51) correspondiente.

9. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por el hecho de que cada cara receptora

(53) es una cara de un émbolo (51) que delimita la cámara de baja presión (48), de que comprende un émbolo

(51) y una cámara de baja presión (48) para cada cara receptora (53), y de que los distintos émbolos (51) que presentan las distintas caras receptoras (53) están unidos en traslación unos a otros y a dicha cara de presionización (80).

10. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por el hecho de que las cámaras de baja presión (48) de los dos módulos de filtración (10a, 10b) están unidas unas a otras por al menos un conducto (69) de equilibrado de las presiones, estando cada conducto (69) de equilibrado de las presiones adaptado para permitir el equilibrado de las presiones (48) entre las cámaras de baja presión sensiblemente sin pérdida de carga.

11. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por el hecho de que cada módulo de filtración (10a, 10b) está suspendido en el medio marino de al menos un cable (12) de suspensión de la transmisión motorizada, siendo vertical el eje longitudinal de cada cara de presionización (80) y de las correspondientes caras receptoras (53).

12. Dispositivo según la reivindicación 11, caracterizado por el hecho de que el cable suspensión (12) está acoplado a un émbolo (51) que delimita una cámara de baja presión.

13. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado por el hecho de que cada cámara de baja presión (48) se extiende por encima de la cámara de alta presión (42).

14. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado por el hecho de que cada módulo de filtración (10a, 10b) comprende a un único bloque cilindro (47) de baja presión que está encima de una única cámara de alta presión (42) que incorpora una única cara de presionización (80) de eje longitudinal vertical.

15. Dispositivo según una de las reivindicaciones 1 a 14, caracterizado por el hecho de que el área útil S total acumulada de las distintas caras receptoras (53) es superior a las dimensiones exteriores horizontales del módulo de filtración (10a, 10b).