Bomba con recuperador de empuje directo para la impulsión de fluidos,

formada por mecanismos de bombeo integrados por émbolos (4) que son actuados en movimiento longitudinal de vaivén, jugando en cada mecanismo de bombeo el émbolo correspondiente (4) entre dos cámaras (6 y 7), por una de las cuales se establece el paso del fluido a bombear, mientras que en la otra cámara entra y sale el flujo de rechazo del sistema de aplicación, de manera que dicho flujo de rechazo actúa en empuje directo sobre el émbolo (4) ejerciendo una acción de complemento del accionamiento del mismo

Bomba con recuperador de empuje directo para la impulsión de fluidos.

Sector de la técnica

El objeto de la invención está relacionado con el bombeo de líquidos en sistemas que poseen un caudal de rechazo con una energía susceptible de ser recuperada, tal como la desalación por ósmosis inversa, proponiendo una bomba de desplazamiento positivo que incluye en una sola unidad el conjunto funcional del bombeo y el conjunto recuperador de la energía del rechazo que se trata de aprovechar, utilizando dicha energía del rechazo como complemento de empuje directo de accionamiento del bombeo.

Estado de la técnica

En el ámbito industrial existen sistemas de desplazamiento de fluidos que conllevan un caudal de rechazo con una energía susceptible de ser aprovechada, como los procesos de desalación por ósmosis inversa, en los que se suministra un caudal de agua salada a cierta presión, obteniéndose agua dulce y un rechazo de salmuera que resulta con una presión cercana a la del caudal de alimentación.

En la desalación por ósmosis inversa se bombea agua a 60 bares a las membranas desaladoras, obteniéndose aproximadamente un 45% de agua dulce y un 55% de salmuera (rechazo), de manera que el agua dulce sale sin presión (0 bares), en tanto que el rechazo sale a una presión entre 1 y 1,5 bares menor que la de alimentación, es decir entre 58,5 y 59 bares, conllevando esta presión del rechazo una energía que puede ser aprovechada.

Las soluciones utilizadas en la actualidad para aprovechar la energía del caudal de rechazo en las desaladoras, utilizan mecanismos independientes, para actuar un bombeo complementario de la alimentación:

En este caso, como las cámaras isobáricas deben trabajar a 60 bares y el rechazo de las desaladoras sale a 58,5-59 bares, si se introduce este rechazo directamente en la bomba de alimentación, cuyo rendimiento es del 96-97%, a su salida se obtienen solo 58 bares; de manera que es necesario colocar una bomba complementaria que proporcione un aumento de 2 bares, para que la alimentación entre en la cámara isobárica a los 60 bares necesarios.

Esta disposición obliga a controlar el caudal suministrado por la bomba primaria y por la bomba complementaria, que se mezclan en la alimentación, teniendo que sincronizarlo todo perfectamente, lo cual requiere unos controles muy complejos, complicados y costosos.

Se halla admitido técnicamente, por otra parte, que los sistemas de desplazamiento positivo son de mayor rendimiento que los centrífugos, pero en el mercado actual no hay bombas de desplazamiento positivo que aporten grandes caudales, por lo que las bombas existentes de este tipo no son aplicables en los sistemas de desalación.

Objeto de la invención

De acuerdo con la invención se propone una bomba de desplazamiento positivo, cuya realización se ha previsto con unas características que permiten la aportación de un gran caudal, permitiendo por lo tanto la aplicación en sistemas, como la desalación y otros semejantes, dado el alto rendimiento que se consigue.

Esta bomba objeto de la invención consta de un conjunto funcional que integra en una misma unidad estructural el sistema de bombeo y un sistema recuperador de la energía de un fluido de rechazo, mediante un émbolo que es actuado por un cigüeñal en juego de desplazamiento entre dos cámaras provistas con sendos pares de válvulas antagónicas que controlan el cierre y la apertura de respectivas entradas y salidas de dichas cámaras, siendo gobernadas esas válvulas de manera sincronizada por el mismo accionamiento del cigüeñal actuador del émbolo.

Se obtiene así un conjunto funcional que permite establecer el paso del fluido a bombear por una de las cámaras entre las que juega el émbolo, mientras que por la otra cámara se puede establecer el paso del flujo de rechazo cuya energía se trata de aprovechar, de forma que dicha energía del flujo de rechazo se utiliza para impulsar el avance del émbolo en la acción del bombeo, complementando la acción del cigüeñal.

De esta forma, el aprovechamiento de la energía del flujo de rechazo se realiza directamente en la propia bomba de impulsión del fluido a bombear, utilizándose dicha energía del flujo de rechazo como actuación complementaria del accionamiento del émbolo de la bomba, consiguiéndose un rendimiento muy elevado del bombeo.

De este modo, con una energía de accionamiento exterior muy pequeña se puede obtener un bombeo con la presión necesaria para los sistemas de desalación por ósmosis inversa, u otros similares, aprovechando la energía del propio flujo de rechazo del sistema como energía de accionamiento de la bomba de impulsión del bombeo, optimizando así el consumo energético, sin necesidad de controles complicados como los que requieren los sistemas de cámaras isobáricas.

Además, dado que el recuperador actúa por empuje, no es necesario ningún sistema de regulación y control para asegurar el continuo equilibrio y continuidad entre el caudal que se bombea con la bomba y el que es bombeado por el recuperador. Y, por otra parte, al ser el recuperador de desplazamiento positivo, se mantiene de forma permanente la conversión del proceso de ósmosis inversa, siendo solo necesario actuar sobre el caudal de bombeo si redesea mantener una calidad de agua constante, y aportando más par en el accionamiento mecánico se puede compensar el progresivo aumento de pérdida de carga en las membranas de ósmosis inversa con el paso del tiempo entre los procesos de limpieza de dichas membranas.

La bomba con recuperador de empuje directo se adapta también perfectamente a los cambios de régimen o de revoluciones, resultando especialmente adecuada para trabajar movida por accionamientos de velocidad variable, de modo que con esta bomba se puede regular en origen el volumen del vertido de rechazo, para la adaptación a diferentes tipos de instalación según las necesidades, como por ejemplo:

- Instalación de desaladoras en la costa, con vertido del rechazo mar adentro, en donde las tuberías necesarias implican un alto costo, de manera que para reducir el diámetro de las tuberías de la conducción del vertido a alta mar, es necesario devolver el menor volumen de rechazo.

- Instalación de desaladoras en alta mar, en donde los rechazos se vierten directamente al mar sin necesidad de tuberías de conducción, pudiendo ser grande el volumen del vertido.

- Instalación de desaladoras subterráneas, por ejemplo bajo un paseo marítimo, en donde puede interesar un volumen grande de rechazo, para que baje la concentración y se pueda verter en la proximidad de la costa.

Las válvulas de las cámaras entre las que juega el émbolo de la bomba son de tipo rotativo, siendo actuadas por una transmisión común que determina una distribución desmodrómica, constituyendo un sistema sincronizado de admisión e impulsión en cada una de las cámaras, con relación sincronizada a la vez entre los sistemas de ambas cámaras.

En la disposición del montaje el émbolo de la bomba se dispone con un sistema de estanqueidad sin junta, de tipo cerámico, que no requiere mantenimiento, pudiendo complementarse con un sistema de estanqueidad de presión compensada con lubricación, consiguiéndose una disposición con mínima perdida volumétrica y sin desgastes.

Por todo ello, dicha válvula objeto de la invención resulta de unas características ciertamente ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente, respecto de las soluciones convencionales, para la función a la que se halla destinada.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra en perspectiva una realización práctica de la bomba objeto de la invención.

La figura 2 es una perspectiva desde otro ángulo, de la bomba de la figura anterior.

La...

1. Bomba con recuperador de empuje directo para la impulsión de fluidos, del tipo que comprende uno o más mecanismos de bombeo formados por respectivos émbolos que son actuados en movimiento longitudinal de vaivén, para la impulsión de un fluido de alimentación a un sistema en el que se produce un flujo de rechazo provisto con una energía susceptible de aprovecharse, caracterizada porque cada mecanismo de bombeo incluye en una misma unidad estructural y funcional el sistema de bombeo y el sistema recuperador de la energía del flujo de rechazo, mediante un émbolo (4) que juega entre dos cámaras (6 y 7), por una de las cuales se establece el paso del fluido a bombear, mientras que en la otra cámara entra y sale el flujo de rechazo susceptible de aprovechamiento energético, el cual ejerce un empuje directo sobre el émbolo (4), actuando como complemento del accionamiento del mismo en la acción del bombeo.

2. Bomba con recuperador de empuje directo para la impulsión de fluidos, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizada porque las cámaras (6 y 7), entre las que juega el émbolo (4), poseen respectivas entradas (8 y 10) y respectivas salidas (9 y 11), en las cuales actúan unas correspondientes válvulas rotativas (8.1, 9.1, 10.1 y 11.1) de apertura y cierre, siendo actuadas dichas válvulas de manera sincronizada por una transmisión común, para determinar fases alternas de admisión y expulsión en la cámara de bombeo y fases alternas de salida y entrada del flujo de rechazo en la cámara de aprovechamiento energético, en combinación con los desplazamientos del émbolo (4).

3. Bomba con recuperador de empuje directo para la impulsión de fluidos, de acuerdo con la primera reivindicación caracterizada porque el émbolo (4) se establece con un sistema de estanqueidad (13) entre las cámaras (6 y 7) y con un sistema de estanquidad (14) de salida al exterior por la parte posterior, incorporándose el sistema de estanqueidad (14) sobre una prolongación posterior de menor diámetro que el cuerpo del émbolo que juega entre las cámaras (6 y 7).

4. Bomba con recuperador de empuje directo para la impulsión de fluidos, de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizada porque los sistemas de estanqueidad (13 y 14) del émbolo (4) se determinan con anillos cerámicos (15), estableciéndose una estanqueidad parcial controlada con fugas que ayudan al deslizamiento y hacen de refrigerante.

5. Bomba con recuperador de empuje directo para la impulsión de fluidos, de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizada porque los sistemas de estanqueidad (13 y 14) del émbolo (4) se determinan con un anillo cerámico (15) de estanqueidad parcial controlada, y un complemento de cierre adicional compuesto por un conjunto doble de juntas (16) de estanqueidad, con una cámara (17) intermedia que se presuriza mediante aporte externo de un fluido lubricante.