Sistema de desalación de agua por energía solar.

El sistema está específicamente concebido para desalinizar el agua salobre del mar,

utilizando como energía para la puesta en práctica del mismo, la energía solar. El sistema se basa en un proceso de humidificación y deshumidificatión del aire a presión atmosférica, llevada a cabo en una torre de separación aislada térmicamente, que está dividida en dos espacios unidos por los dos extremos de la citada torre (3), con una cámara de evaporación (4) y una cámara de condensación (5). Un conjunto de colectores solares calientan el agua a la temperatura adecuada que se introduce en la torre de separación (3), concretamente en la cámara de evaporación (4) a través de un aspersor (9), donde una corriente de aire generada por ventiladores (8) favorece la evaporación del agua, vapor que se condensará en la cámara (5), concretamente en el condensador (10), almacenándose en un depósito inferior (13) desde el que es extraída para su consumo

Sistema de desalación de agua por energía solar.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de desalinización de agua marina, para su transformación en agua potable, que utiliza como fuente energética el sol, con la consecuente y positiva repercusión a nivel de costos.

El objeto de la invención es conseguir un sistema capaz de materializarse en una instalación con bajos costos de mantenimiento y buena eficiencia, cuyos costos de producción sean competitivos con los de otros sistemas de desalación.

Así pues la invención tiene como finalidad conseguir agua potable para uso público a partir de agua del mar, mediante un proceso de desalinización basado en la energía solar.

La invención resulta pues de aplicación en el ámbito de la industria destinada a la potabilización del agua marina.

Antecedentes de la invención

Como es sabido, el sistema más comúnmente utilizado en el ámbito de la potabilización de agua marina es el de ósmosis inversa, sistema que trae consigo unos requerimientos energéticos importantes, básicamente a expensas del petróleo y sus derivados, y con un impacto ambiental considerable.

Otro sistema comúnmente utilizado es el de destilación térmica, cuya problemática se centra fundamentalmente en que el gran calor específico del agua, y en concreto su gran calor de vaporización, implican que sea necesaria una gran cantidad de energía para evaporar grandes volúmenes de agua con la consecuente y negativa repercusión en el aspecto económico, similar al de los sistemas basados en la osmosis inversa.

Las tecnologías de desalinización mediante energía solar son las que resultan más prometedoras en la actualidad, dada la abundancia de lugares en los que existe escasez de agua potable, se encuentran en las proximidades del mar y reciben buenos niveles de radiación solar.

Sin embargo estas tecnologías ven frenado su avance por no haber conseguido alcanzar los niveles de costo similares o inferiores a los de otros métodos de desalinización de grandes volúmenes de agua, como los de ósmosis inversa o de destilación térmica convencional.

Descripción de la invención

El sistema que la invención propone viene a llenar este vacío tecnológico, consiguiéndose la desalinización del agua por destilación, con unos bajos costos de mantenimiento, y con también unos bajos costos de producción, fundamentalmente debidos a la utilización de energías renovables, y más concretamente al aprovechamiento de la radiación solar.

Para ello y de forma más concreta el principio de funcionamiento del sistema de la invención, se basa en el cambio de fase mediante sistemas de humidificación y deshumidificación del aire, que consiguen mejor eficiencia que otros sistemas al evitar tener que llevar el agua a punto de ebullición para obtener vapor. Se aprovecha el calor radiante del sol para calentar el agua, y se introduce esta con aspersión en un recinto donde entra en contacto con el aire, humedeciéndolo, para que en otra parte del recinto el aire entre en contacto con superficies frías y se desprenda de esta humedad.

De acuerdo con otra característica de la invención la instalación estará situada sobre una plataforma flotante aguas adentro, lo que permite su portabilidad y facilita disponer de la superficie necesaria para situarla.

La plataforma se podrá remolcar a lo largo de la línea costera hasta los puntos específicos en los que se requiera su uso, para una vez allí proceder a su anclaje y realizar el suministro.

El citado sistema de humidificación de aire, al ahorrarse el calor de evaporación, hace que no sea necesaria una gran cantidad de energía para evaporar grandes volúmenes de agua, ya que se juega con la cantidad de vapor que puede mantener el aire en suspensión para conseguir evaporar casi toda el agua sin necesidad de elevar su temperatura hasta el punto de ebullición.

Un factor crítico para el correcto funcionamiento del sistema de la invención, es la velocidad de evaporización del agua caliente, que depende de la cantidad de superficie expuesta al paso del aire para que pueda ser arrastrada la humedad. La solución propuesta al respecto es la aspersión del agua por medios físicos, consiguiéndose una mejor superficie específica de contacto aire-agua.

Descripción de los dibujos

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1.- Muestra, según una representación esquemática en alzado lateral, una planta de desalación de agua por energía solar, realizada de acuerdo con el sistema que constituye el objeto de la presente invención.

La figura 2.- Muestra una representación esquemática en planta superior del conjunto representado en la figura 1.

La figura 3.- Muestra una vista en alzado lateral y en sección diametral de la torre de separación que participa en la instalación de las figuras anteriores.

La figura 4.- Muestra, finalmente, el esquema termodinámico de funcionamiento del sistema, indicándose los flujos de agua y vapor, y los puntos de intercambio de calor.

Realización preferente de la invención

A la vista de las figuras reseñadas puede observarse como el sistema de desalación de agua por energía solar que la invención propone, se materializa en una planta marina que consta de una plataforma flotante (1), sobre la que se asientan dos estructuras básicas y auxiliares para llevar a cabo la desalinización. La mayor parte de la superficie de esta plataforma está cubierta de paneles solares (2), usados para captar la energía calorífica del sol y transmitírsela al agua. Estos paneles constan de un sistema automatizado de inclinación para disponerse en cada momento en el mejor ángulo respecto al sol, a la vez que la plataforma (1) incorporará un sistema que permita pequeños desplazamientos rotacionales o de giro sobre sí misma, o sobre la superficie del mar, para poder orientar convenientemente el grupo de paneles hacia el sol, en cada instante del día, con lo que se consigue un efecto prácticamente rotular en la movilidad de dichos paneles, al poder éste movilizarse sobre un imaginario eje horizontal y, simultáneamente sobre un también imaginario eje vertical.

Dentro de las citadas estructuras básicas, la estructura principal de la planta es una torre de separación (3), la representada en detalle en sección en la figura 3, donde se lleva a cabo el proceso de destilación del agua. Esta torre de separación se materializa en un depósito con paredes termo-aislantes, que está dividido en dos cámaras separadas, una cámara de evaporación (4), inferior, y una cámara de condensación (5), superior. Estas dos cámaras (4) y (5) de la torre (3) están comunicadas en dos puntos, concretamente en una zona (6) próxima a su base y una zona (7) próxima a su extremidad superior. Estas cámaras (4) y (5) se encuentran a presión atmosférica, pero cerradas al aire.

La finalidad de esta estructuración para la torre de separación (3), es que se generen corrientes de convección en el aire dentro de la torre, que lleve a éste a hacer un recorrido circular entre ambas cámaras, calentándose y saturándose de humedad en una de ellas y dejando esta humedad condensada en la otra.

Dichas corrientes pueden ser controladas artificialmente mediante ventiladores (8).

El agua se introduce en la torre en forma turbulenta mediante un sistema de aspersión (9), que la dispensa en pequeñas gotas, para mejorar su velocidad de evaporación. Estas gotas entran en contacto con las corrientes ascendentes debidas a la convección de aire que las arrastra, subiendo por la vía de evaporación. El aire húmedo entra en la abertura superior de la cámara de condensación recorriéndola ahora en sentido descendente y enfriándose al contacto con las aletas (10) presentes en la misma, a la vez que va desprendiéndose del exceso de humedad dejando gotas condensadas sobre la superficie de dichas aletas. El interior de la cámara de condensación es laberíntico y surcado por las citadas aletas de intercambio térmico (10), por cuyo interior circula el agua fría de suministro. El agua realiza aquí un intercambio térmico que comienza...

1. Sistema de desalación de agua por energía solar, basado en un proceso de destilación del agua, caracterizado porque dicho proceso de destilación se lleva a cabo en una torre de separación (3) en la que se definen dos cámaras, lateralmente adyacentes, una de evaporación (4) y otra de condensación (5), estando ambas cámaras relacionadas entre sí a través de su extremidad inferior (6) y de su extremidad superior (7), en orden a la generación de corrientes de convección de aire dentro de la torre, con recorrido cíclico por ambas cámaras (4) y (5), calentándose y saturándose de humedad en la cámara (4) y dejando dicha humedad condensada en la otra cámara (5).

2. Sistema de desalación de agua por energía solar, según la reivindicación 1, caracterizado porque en la cámara de evaporación (4) se establece un dispositivo de aspersión (9) para alimentación de agua salobre, que es dispersa en finas gotas, estableciéndose en el fondo de esta cámara (4) un depósito (11) para acumulación del agua no evaporada y con exceso de sal, que es reenviada al mar, mientras que en la cámara de condensación (5) se establece un condensador (10) con aletas determinantes de un paso laberíntico para el aire, y en el fondo de dicha cámara un depósito (13) para recogida del agua condensada y desalada.

3. Sistema de desalación de agua por energía solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en cualquier punto del recorrido cíclico para el aire por las cámaras (4) y (5), se establecen uno o más ventiladores (8) para circulación forzada el aire en el seno de la torre (3).

4. Sistema de desalación de agua por energía solar, según la reivindicación 2, caracterizado porque el condensador (10) constituye un medio de precalentamiento del agua salobre, la cual circula por el interior de dicho condensador antes de llegar al dispositivo de aspersión (9).

5. Sistema de desalación de agua por energía solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la citada plataforma flotante (1) está mayoritariamente cubierta de paneles solares (2), que dejan espacio libre para ubicación de la torre de separación (3), junto a la que se establece un voluminoso depósito (14), de paredes termo-aisladas al igual que la torre de separación (3), que constituye un almacén energético que acumula el fluido térmico que recorre los paneles solares (2) y que alcanzada la temperatura de funcionamiento durante las horas de máxima insolación, suministra dicho calor a la torre de separación (3) cuando es necesario, como por ejemplo durante las horas nocturnas.

6. Sistema de desalación de agua por energía solar, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la plataforma flotante (1) está sustentada mediante flotadores (15) de polietileno, polipropileno o cualquier otro material apropiado para permitir su portabilidad mediante arrastre marítimo hasta el lugar de funcionamiento, donde la plataforma está capacitada para girar sobre sí misma, en orden a orientar debidamente las placas solares (2), las cuales son a su vez orientables unitariamente sobre un imaginario eje horizontal, habiéndose previsto que tanto la orientación de la plataforma en su conjunto, como la orientación unitaria de los paneles solares se lleve a cabo a través de un sistema automático de seguimiento de la radiación solar.