INTERCAMBIADORES DE PRESION DE CAMARAS DESDOBLADAS.

Los IPCD se caracterizan porque las cámaras en las que se produce el intercambio de presiones y sus pistones se desdoblan en dos.

Cada fluido circula por su cámara correspondiente, haciendo imposible la mezcla de los mismos.

Variando las secciones transversales de las cámaras se varía la presión transmitida.

Permiten asegurar y armonizar el funcionamiento inverso de las líneas, mediante un tubo en U con lados telescópicos y base fija lleno de fluido o líneas curvas diametralmente opuestas, y piezas de unión entre pistones de cada línea unidas entre sí.

Sirve como sistema de bombeo en superficie o en pozos, permitiendo que el fluido que se bombea sea diferente del que se necesita bombear.

Permite aprovechar diferencias de nivel de cualquier material en cualquier lugar de almacenamiento, mediante una cámara con paredes elásticas llena de fluido y unida al fondo.

Se puede generar energía eléctrica turbinando el fluido previamente bombeado

Intercambiadores de presión de cámaras desdobladas.

Sector de la técnica a que se refiere la invención

La invención se encuadra dentro del marco de los intercambiadores de presión, que constituyen un método para transmitir la presión dinámica de un fluido a otro diferente.

Debido a las innovaciones aportadas, la invención se convierte en un nuevo sistema de bombeo de todo tipo de fluidos.

Además, la invención aporta un método también innovador para aprovechar energéticamente las diferencias de nivel de cualquier material en cualquier forma de almacenamiento. Esto es, que ya sean las diferencias de nivel de un pantano, balsa ó depósito, las producidas por las mareas, en los silos de almacenamiento de cualquier sólido, o bien por ejemplo los aparcamientos de una estación de autobuses o cualquier tipo de vehículos, mediante el método aportado se puede conseguir ayudar a bombear cualquier otro fluido que se necesite.

Finalmente, la invención también se puede convertir en un método de generación de energía eléctrica.

Estado de la técnica

Los intercambiadores de presión

Los intercambiadores de presión son un invento realizado hace ya más de veinticinco años y básicamente consisten en presurizar un fluido (fluido 1 en la figura 1) a partir de la presión de otro que queda despresurizado tras el proceso (fluido 2). Existen varios modelos, pero básicamente todos se rigen por el esquema de la figura 1. Mediante un sistema de válvulas de corte y de retención, representado con los cajones en gris, se introduce el fluido 1 en las cámaras de interconexión. Una vez lleno, se permite el paso por el otro extremo al fluido 2, que lo desplaza empujando un disco ó pistón que queda entre ellos separándolos. De este modo, se consigue presurizar el fluido 1. Luego se corta la entrada del fluido 2 y se abre una válvula de desagüe. Nuevamente, mediante el sistema de válvulas, se permite el paso del fluido 1 que desplaza al fluido 2 (ahora ya sin presión), vertiéndolo por el desagüe.

El sistema se monta con dos líneas de interconexión en paralelo, y se controla electrónicamente de tal modo que en cada momento el disco ó pistón de cada tubo se encuentra en la posición contraria respecto al centro (funcionamiento de las líneas a la inversa), para conseguir así una presión a la salida del fluido 1 lo más constante posible, e igualmente un aprovechamiento de la presión del fluido 2 lo mayor posible.

En el gráfico de la figura 1 se han dado tonos más claros a los fluidos 1 y 2 cuando están sin presión y más oscuros cuando se encuentran presurizados. Este juego de tonos se mantendrá a lo largo de todas las figuras que acompañan a esta Descripción.

Se ha realizado una búsqueda exhaustiva a nivel mundial en la base de datos espacenet de documentos de patentes relativas a intercambiadores de presión, y se ha podido comprobar que, aunque en la actualidad existe un importante desarrollo de los mismos, ninguna de ellas aportan las innovaciones que aquí se van a presentar.

Aplicaciones actuales de los intercambiadores de presión

Tradicionalmente se han utilizado en minería, para desplazar aguas residuales de proceso con agua limpia, y el sistema se utiliza sin discos ni pistones, puesto que no importa que se mezclen ambos fluidos.

Actualmente se están empezando a utilizar en plantas desaladoras de agua por ósmosis inversa, siguiendo un esquema como el de la figura 2. El proceso es muy simple: se realiza un pretratamiento al agua, y tras éste se eleva la presión del agua hasta rebasar su presión osmótica. Entonces se hace pasar el agua por los filtros de ósmosis inversa, que tienen una membrana semipermeable y producen dos salidas: aguas desalada y despresurizada por un lado y por el otro salmuera a una presión bastante elevada. Esta presión se utiliza para presurizar parte del agua procedente del pretratamiento, reduciendo así el caudal de las bombas de alta presión con el consiguiente ahorro de energía eléctrica.

Los sistemas de bombeo

En la actualidad se encuentran muy desarrollados todo tipo de grupos electrobomba horizontales, verticales y sumergidas para aguas limpias, así como multitud de sistemas de bombeo de todo tipo de fluidos (aguas residuales, fluidos viscosos, tóxicos, peligrosos, agua de mar, productos químicos, hormigón, aguas turbias, o cualquier clase de fluido que podamos imaginar, incluso fluidos con sólidos en suspensión).

Explicación de la invención

Problemas técnicos planteados por los intercambiadores de presión tradicionales

Aunque el sistema planteado en el apartado anterior relativo a la destilación es bastante eficiente energéticamente, presenta dos problemas:

1. El intercambiador de presión de cámaras desdobladas, caracterizado por ser un intercambiador de presión, es decir, un sistema donde se aprovecha la energía disponible en un flujo continuo de un fluido (fluido presurizado) para transmitirla a otro fluido diferente (fluido a presurizar), en el que las cámaras donde se realiza el intercambio de presiones se desdoblan en dos, sustituyendo los elementos intermedios transmisores de la presión de los intercambiadores de presión tradicionales por dos discos ó pistones unidos rígidamente, eliminando todo contacto entre el fluido presurizado y el que se pretende presurizar, y permitiendo cambiar las secciones transversales de las cámaras correspondientes a uno y otro fluido.

2. El funcionamiento a la inversa asistido en los intercambiadores de presión, caracterizado por el aprovechamiento de la energía del fluido presurizado no sólo para transmitir la presión al que se quiere presurizar, sino también para desplazar al propio fluido a presurizar una vez que ha sido despresurizado, sin necesidad de un tercer fluido auxiliar. Esto se consigue mediante un tubo auxiliar en forma de "U" que se encuentra interconectando ambas líneas, y que es telescópico por ambos lados de la "U", estando soportado rígidamente por la base de la "U". Los extremos de la "U" se encuentran unidos a los discos ó pistones de sus respectivas líneas, y la "U" se encuentra llena de un fluido incompresible. De esta forma, al entrar el fluido presurizado en su cámara, no sólo presiona a su disco ó pistón para desplazar al fluido a presurizar, sino que también transmite parte de su energía al disco ó pistón de la otra línea para ayudar al fluido a presurizar de la otra línea a desplazar al otro fluido, ya despresurizado, en dicha línea y a vencer el rozamiento de los discos ó pistones y su peso y el del fluido ya despresurizado si el montaje es en vertical ó en ángulo. De esta forma se consigue además asegurar el funcionamiento de las líneas a la inversa, simplificando la electrónica de control del sistema.

3. El intercambiador de presión de cámaras desdobladas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por tener las cámaras curvas ó circulares, con las líneas dispuestas de forma diametralmente opuesta, las cámaras de cada fluido con radios de curvatura diferentes, y la unión entre los discos ó pisto es curva con el mismo radio y cogida al centro mediante una unión tipo rótula( Esta disposición permite incrementar la presión transmitida en función de la distancia de las cámaras de uno y otro fluido al centro, sin necesidad de cambiar la sección transversal de las mismas, aunque sin perjuicio de poder combinar ambos efectos. Además, se pueden montar las piezas de unión entre los discos ó pistones de cada línea unidas a su vez rígidamente entre sí, para asegurar el funcionamiento de las líneas a la inversa, simplificando la electrónica de control del sistema, y para poder desplazar el fluido que ha transmitido su presión en el intercambiador de presión de cámaras desdobladas, una vez despresurizado, desde sus cámaras correspondientes sin necesidad de bombeo auxiliar, en los casos en los que el fluido a presurizar entre a muy poca presión.

4. El intercambiador de presión de cámaras desdobladas, según reivindicaciones anteriores, caracterizado por disponer de tres líneas, con la tercera de longitud menor ajustada para aprovechar de forma óptima la presión del fluido presurizado dependiendo de los rangos de caudales y presiones con los que se trabaje en cada caso.