Método y aparato para utilizar en elementos de mezclado en un sistema de desinfección por UV de agua residual/agua reciclada.

Un aparato para mezclar por lo menos un fluido que fluye a través de un sistema de fluido

, que comprende:

una matriz de filas y columnas de elementos alargados, en la que cada elemento alargado está alineado horizontalmente con elementos alargados en columnas adyacentes y alineado verticalmente con elementos alargados en filas adyacentes de elementos alargados, y en el que el eje de cada elemento alargado está alineado sustancialmente con la dirección del flujo de fluido; y

una serie de pares de elementos de mezclado de forma triangular que tienen un vértice que apunta aguas arriba y en un ángulo con respecto a la dirección del flujo, y dispuestos a intervalos separados a lo largo de la longitud de cada elemento alargado, estando dispuesto cada par de elementos de mezclado de forma triangular de tal modo que el lado más largo de cada elemento de mezclado de forma triangular es paralelo y adyacente al lado más largo del otro elemento de mezclado de forma triangular del par.

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2009/065837.

Solicitante: CALGON CARBON CORPORATION.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 500 Calgon Carbon Drive PittsburghPennsylvania 15205 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: BIRCHER,KEITH.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > PROCEDIMIENTOS QUIMICOS O FISICOS, p. ej. CATALISIS,... > Procedimientos químicos, físicos o físico-químicos... > B01J19/08 (Procedimientos que utilizan la aplicación directa de la energía ondulatoria o eléctrica, o una radiación particular; Aparatos para estos usos (aplicación de ondas de choque B01J 3/08))

PDF original: ES-2466348_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Método y aparato para utilizar en elementos de mezclado en un sistema de desinfección por UV de agua residual/agua reciclada 5

CAMPO DE LA INVENCIÓN

Esta invención se refiere, en general, a sistemas que utilizan luz ultravioleta (UV) para el control de organismos, y en particular para el mezclado de fluidos en sistemas que utilizan luz UV para la desinfección de fluidos.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Las plantas de tratamiento de agua residual utilizan a menudo bastidores de lámparas orientados horizontalmente en la dirección del flujo en un canal abierto. Las lámparas emiten luz ultravioleta (UV) que desactiva microorganismos patógenos dejando el agua apta para su descarga a un cuerpo de recepción de agua o para la reutilización del agua (riego, reutilización potable indirecta, utilización industrial, agua gris para utilización no potable, etc.) . Los bastidores sostienen lámparas en una matriz distribuida sobre la sección transversal del canal, de manera que ninguna parte del agua que fluye corriente abajo por el canal pasa demasiado lejos de alguna lámpara. Se conocen dispositivos de tratamiento de fluidos de canal abierto, por ejemplo, en las patentes U.S.A. números 4482809; y 5 006 244.

Existe un límite práctico sobre lo lejos que el agua puede pasar de una lámpara y seguir recibiendo una desinfección adecuada. La figura 1 es un diagrama que muestra la disminución de la irradiancia UV con la distancia desde la lámpara, en agua con transmitancia UV de 55 %T y 65 %T.

Habitualmente, los sistemas UV que utilizan lámparas de arco de mercurio de baja presión tienen una separación entre lámparas de aproximadamente 7, 5 cm en una matriz cuadrada. Con tubos de cuarzo de 2, 5 cm de diámetro, esto significa que la distancia máxima entre cualquier lámpara es de aproximadamente 4 cm. Esto proporciona suficiente espacio para que el agua pase entre las lámparas sin una pérdida de carga excesiva, y lo suficientemente cerca como para conseguir una penetración adecuada de los UV en todas las áreas y, por lo tanto, una desinfección adecuada. Estos sistemas de baja presión tienen lámparas con un consumo total de energía por debajo de 100 vatios y una salida UVC (UV germicida) por debajo de 50 vatios.

Avances más recientes en la tecnología de las lámparas han producido lámparas de baja presión con una salida superior. Una mayor salida de la lámpara significa que se puede desinfectar más agua por cada lámpara, y por lo tanto el flujo de agua se puede aumentar proporcionalmente a la salida UVC de la lámpara. Sin embargo, debido a límites de la pérdida de carga a través de un panel de lámparas (una pérdida de carga demasiado elevada significa que el nivel de agua, aguas arriba del panel, debe aumentar y parte del agua se desbordará por la parte superior del panel de lámparas y no será tratada adecuadamente) , es necesario aumentar la separación entre lámparas para dar

cabida a un flujo mayor de agua. Por ejemplo, las lámparas con un consumo eléctrico de 250 vatios y una salida UVC de aproximadamente 100 vatios, se deben disponer en matrices con una separación entre lámparas de 10 cm. El área adicional para el flujo de agua limita la velocidad y, por lo tanto, la pérdida de carga a través del panel de lámparas. Esto tiene como resultado una reducción en la irradiancia UV en el punto más alejado de todas las lámparas, tal como se muestra en la figura 2.

Está irradiancia reducida en el punto más alejado de las lámparas tiene como resultado cierta disminución en la eficiencia de funcionamiento asociada con esta mayor separación entre lámparas, especialmente a transmitancias UV menores (55 %T) , pero las ventajas de poder utilizar menos lámparas superan el aumento resultante de consumo eléctrico.

El desarrollo más reciente de lámparas de potencia aún mayor (500 vatios, con salida UVC de 200 vatios) tendría potencialmente como resultado la reducción del número de lámparas necesarias, a la mitad del de los sistemas que utilizan lámparas de 250 vatios. Sin embargo, esto significa que se tiene que duplicar el flujo por lámpara, lo que tiene como resultado cuadruplicar la pérdida de carga a través de un panel de lámparas (la pérdida de carga es 55 proporcional al cuadrado de la velocidad) salvo que se aumente aún más la separación de las lámparas. Sin embargo, aumentar la separación por encima de 10 cm tiene como resultado una reducción adicional en la eficiencia del tratamiento, que anula las ventajas potenciales de menos lámparas de potencia superior.

Una manera de superar esto es bloquear la parte superior del panel de lámparas, de tal modo que el agua no se pueda desbordar sobre la parte superior del panel y esté forzada a fluir a mayor velocidad y con la consiguiente pérdida de presión más allá de las lámparas, con la menor separación de lámparas de 10 cm (4 pulgadas) o inferior. Esto se ha utilizado satisfactoriamente cuando se usan lámparas de presión media (MP, medium pressure) de potencia mucho mayor (2500 vatios/lámpara, UVC de 370 vatios) (patente U.S.A. número 5 590 390) y en un 5 sistema que utiliza elementos de mezclado de forma triangular o de ala delta con una separación aún mayor y lámparas de 5000 vatios (UVC de 750 vatios) (patente U.S.A. número 6 015 229) . Incluso a pesar de que el sistema dado a conocer en la patente U.S.A. número 6 015 229 tenía la parte superior cerrada, seguía siendo necesario aumentar la separación entre lámparas para reducir la velocidad global y la pérdida de carga. En el sistema dado a conocer en la patente U.S.A. número 6 015 229, las lámparas MP de 5000 W son relativamente cortas (60 cm de longitud) . Un inconveniente del sistema dado a conocer en la patente U.S.A. número 6 015 229 es que, si se utilizan lámparas más largas, se desvanecen los vórtices generados por las alas delta y se reduce la eficacia. Por lo tanto, el sistema dado a conocer en la patente U.S.A. número 6 015 229 se utiliza mejor con lámparas MP relativamente cortas (60 cm de longitud, frente a la longitud habitual de 1, 8 m para lámparas LP) .

Con una matriz de ala delta situada al principio de un panel de lámparas LP, los vórtices se desvanecen esencialmente después de aproximadamente 40 cm. Esto se ha modelado utilizando modelado de dinámica de fluidos computacional (CFD, Computational Fluid Dynamic Modeling) y se muestra en las figuras 3 y 4. La figura 3 es un diagrama de vórtices de velocidad que muestra vórtices 2 cm más abajo de las alas delta. La figura 4 es un diagrama de vórtices de velocidad que muestra vórtices 40 cm más abajo de las alas delta.

La velocidad rotacional y, por lo tanto, la capacidad de los vórtices para mezclar el agua más alejada de las lámparas está representada por los vectores de velocidad en las figuras 3 y 4, con flechas más largas y, por lo tanto, velocidades rotacionales superiores inmediatamente después de la lámpara (figura 3) , y flechas menores y, por lo tanto, velocidades rotacionales menores 40 cm más abajo de las deltas.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN

La invención se refiere a un aparato y un método para mezclar por lo menos un fluido que fluye a través de un sistema de fluidos, que comprende:

una matriz de filas y columnas de elementos alargados, en la que cada elemento alargado está alineado horizontalmente con elementos alargados en columnas adyacentes y alineado verticalmente con elementos alargados en filas adyacentes de elementos alargados, y en el que el eje de cada elemento alargado está alineado sustancialmente con la dirección del flujo de fluido; y

una serie de pares de elementos de mezclado de forma triangular que tienen un vértice que apunta aguas arriba y en un ángulo con respecto a la dirección del... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un aparato para mezclar por lo menos un fluido que fluye a través de un sistema de fluido, que comprende:

una matriz de filas y columnas de elementos alargados, en la que cada elemento alargado está alineado horizontalmente con elementos alargados en columnas adyacentes y alineado verticalmente con elementos alargados en filas adyacentes de elementos alargados, y en el que el eje de cada elemento alargado está alineado sustancialmente con la dirección del flujo de fluido; y

una serie de pares de elementos de mezclado de forma triangular que tienen un vértice que apunta aguas arriba y en un ángulo con respecto a la dirección del flujo, y dispuestos a intervalos separados a lo largo de la longitud de cada elemento alargado, estando dispuesto cada par de elementos de mezclado de forma triangular de tal modo que el lado más largo de cada elemento de mezclado de forma triangular es paralelo y adyacente al lado más largo del otro elemento de mezclado de forma triangular del par.

2. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que cada elemento alargado es una fuente de luz

ultravioleta. 20

3. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los elementos de mezclado incluyen elementos de mezclado que tienen una forma semitriangular, y en el que dichos elementos de mezclado de forma semitriangular están dispuestos a lo largo del elemento alargado en áreas del aparato no rodeadas por cuatro elementos alargados.

4. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema de fluido es un sistema de canal abierto, y en el que los elementos de mezclado están montados en varillas de soporte horizontales.

5. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema de fluido es un sistema de canal 30 abierto, y en el que los elementos de mezclado están montados en varillas de soporte verticales.

6. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema de fluido es un sistema de canal abierto, y en el que los elementos alargados están dispuestos verticalmente en bastidores para su extracción del canal, y los elementos de mezclado están montados en varillas de soporte extraíbles de los bastidores independientemente.

7. El aparato de acuerdo con la reivindicación 6, en el que cada bastidor incluye un armazón que tiene barras verticales separadas, en el que dichas barras verticales separadas crean un área abierta alrededor de los elementos alargados.

8. El aparato de acuerdo con la reivindicación 2, en el que se ha retirado un vértice delantero de uno o varios elementos de mezclado de forma triangular.

9. El aparato de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el sistema de fluido es un sistema de canal 45 cerrado que tiene el aparato dispuesto en una vasija cilíndrica.

10. Un método para el mezclado de, por lo menos, un fluido que fluye a través de un sistema de fluido:

sumergiendo un aparato en el flujo de fluido, en el que dicho aparato comprende:

una matriz de filas y columnas de elementos alargados, en la que cada elemento alargado está alineado horizontalmente con elementos alargados en columnas adyacentes y alineado verticalmente con elementos alargados en filas adyacentes de elementos alargados, y en el que el eje de cada elemento alargado está alineado con la 55 dirección del flujo de fluido;

una serie de pares de elementos de mezclado de forma triangular que tienen un vértice que apunta aguas arriba y en un ángulo con respecto a la dirección del flujo, y dispuestos a intervalos separados a lo largo de la longitud de cada elemento alargado, estando dispuesto cada par de elementos de mezclado de forma triangular de tal modo que el lado más largo de cada elemento de mezclado de forma triangular es paralelo y adyacente al lado más largo del otro elemento de mezclado de forma triangular del par.