PLANTA DESALINIZADORA CON CAUDAL FLUCTUANTE Y RECUPERADOR DE ENERGÍA ELÉCTRICA VARIABLE.

Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable.

Se constituye a partir de descargar la salmuera procedente de los tubos de presión en serie al sistema de recuperación de energía. Un recuperador de energía sustituye a la válvula de control de las plantas convencionales, adaptándose a las condiciones de funcionamiento de la planta.Las membranas se encuentran divididas en grupos de 2 para así poder añadir o quitar membranas según necesidad.El recuperador de energía consta de una turbina por la que pasa el agua a presión de rechazo, un motor movido por la turbina y un convertidor de frecuencia con función regenerativa gracias al cual el motor puede funcionar también como generador, convirtiendo así el agua a presión de rechazo o salmuera en energía eléctrica

Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable.

La presente invención se refiere a una planta desalinizadora de agua de mar de caudal fluctuante y ósmosis inversa en la que ventajosamente se recupera energía eléctrica tanto por corriente alterna como por corriente continua y en consecuencia es posible retomar a la red la corriente alterna recuperada o a la bomba de alta presión a través de corriente continua, por medio de un bus de corriente continua. Una segunda novedad consiste en que no necesita válvula de control, sino que la función que normalmente desempeña dicha válvula es sustituida por el propio recuperador de energía, aprovechando la velocidad de éste.

Su aplicación industrial se encuadra dentro de la industria de desalinización o desalación de agua de mar o salobre por ósmosis inversa, singularmente en plantas en las que se recupera energía eléctrica tanto en corriente alterna como continua.

Se conocen diferentes plantas desalinizadoras de agua de mar para la obtención de agua de riego, agua de uso industrial e incluso de consumo humano. Singularmente, en las zonas de baja pluviometría y consumos importantes de agua, se recurre ampliamente a procedimientos de desalinización mediante el principio de ósmosis inversa, ya que este procedimiento se ha impuesto por su relativo bajo coste a los otros más caros de tipo térmico.

Como es sabido las desalinizadoras de ósmosis inversa basan su funcionamiento en el fenómeno físico de la presión osmótica, según el cual si dos recipientes, uno con agua pura y otro con una solución salina están en comunicación mediante una membrana semipermeable, se establece a través de dicha membrana un flujo de agua pura hacia el recipiente portador de la solución. Si se aplica una presión creciente en el recipiente portador de la solución, este paso se sigue produciendo con intensidad decreciente hasta que la diferencia de presión entre ambos líquidos alcanza un valor determinado que en función de la concentración de la solución y de la temperatura del líquido es el momento en que el referido flujo desaparece.

Si la presión sobrepasa este determinado valor se produce un fenómeno de ósmosis inversa, es decir de paso de agua pura desde el recipiente contenedor de la solución al recipiente contenedor del agua dulce. En el supuesto de que el agua tenga una temperatura constante durante el proceso y dado que la presión mínima necesaria es proporcional a la concentración salina, al separar agua dulce de la solución, ésta se irá concentrando y consecuentemente habrá que seguir aumentando la presión si se quiere mantener el flujo de agua desalada.

Para obtener un flujo continuo con una cierta presión es necesario alimentar el recipiente de la solución salina y purgar el sistema con una extracción de la solución concentrada. Como la solución salina está bajo presión, para extraer el agua de purga o rechazo, también llamada salmuera, basta con eliminar la solución concentrada situada en las inmediaciones de la membrana a través de una válvula de control de caudal, con la cual se logra controlar la concentración máxima salina y regular así la conversión del proceso.

El estado de la técnica ha ido resolviendo diferentes problemas planteados en estas plantas de ósmosis inversa relativos unos a conseguir un ciclo cinético continuo, como plantea el documento ES 2153290 B1, basándose en que las masas de agua de distinta salinidad que circulan a través de las cámaras nodriza lo hacen siempre en el mismo sentido, y sin parar, por lo que no es preciso disipar la energía cinética de la masa de agua móvil para volver a acelerarla a continuación en sentido opuesto. Con ello se produce un ahorro energético y disminución considerable del tamaño de las cámaras, a la vez que mejora la habilidad y duración de vida del equipo. Otros en cambio, como propone el documento ES 20020102, sustituyendo las válvulas que se utilizan usualmente por una válvula múltiple, de función secuencial, que será de seis vías cuando existan dos cámaras y quedando formada la válvula múltiple por un cilindro hueco que lleva las correspondientes salidas y un pistón interior deslizante provisto de gargantas circulares y medios de estanqueidad, siendo las gargantas dos y las salidas seis para una desaladora con dos cámaras.

El documento ES 20080116 plantea un accionamiento de bombeo eólico-eléctrico, del tipo que comprende una combinación de bombeos, mediante accionamiento eólico y mediante accionamiento eléctrico, para el suministro del agua de alimentación a los grupos de membranas que realizan la desalación, disponiendo sobre el conjunto estructural de la desaladora un aerogenerador, a partir de cuyo rotor eólico se realiza el accionamiento de un conjunto central de bombeo formado por bombas que quedan suspendidas por medio de sirgas de un mecanismo asociado a dicho rotor eólico, siendo recogida el agua que suministran los diferentes bombeos en un colector central, al que van acopladas las bombas del conjunto de bombeo que es accionado por el rotor eólico del aerogenerador, yendo dispuesto dicho colector en un montaje de movimiento giratorio sincronizado con el movimiento de orientación del rotor eólico respecto del viento, para evitar la torsión de las sirgas que unen a las bombas del conjunto de bombeo con el mecanismo dispuesto en el rotor eólico.

Por último el documento ES 2152824 B1 propone una planta desaladora de agua de mar, que además de comprender como las otras medios de captación del agua salobre de aportación, medios de acondicionamiento físico y químico, una bomba, un dispositivo de desalación de membranas semipermeables por ósmosis inversa, del cual sale una fracción de agua desalada y otra de rechazo, al menos una bomba centrífuga multietapa en funcionamiento inverso, al menos una turbina de tipo “Pelton” (3, 3') , en paralelo o en substitución respecto a la bomba centrífuga multietapa y acoplada a un respectivo alternador, un primer depósito elevado conectado a la salida del agua de rechazo y un segundo depósito elevado conectado a un depósito inferior, dispuesto aguas abajo de la salida de agua desalada. Con ello se pretende que durante los periodos en que la energía eléctrica presenta un precio comparativamente bajo, el agua es elevada a los depósitos elevados, siendo el agua vertida desde éstos a dicha turbina Pelton en caso contrario.

Como se ha dicho, cada uno de estos documentos ha resuelto un inconveniente planteado en el estado de la técnica. Sin embargo todos necesitan un flujo y una presión constante, además de una electrobomba tipo booster para compensar pérdidas de carga y ninguno ha resuelto el inconveniente que viene a resolver la presente invención. Éste consiste en recuperar energía eléctrica a flujo y presión tanto variable como constante de forma proporcional a la energía utilizada en la aplicación, sin necesidad de bomba booster para la compensación de pérdidas de carga. Básicamente aprovecha el flujo y la presión existente en el rechazo convirtiéndolo en energía eléctrica, bien en forma de corriente continua que inyecta a través de un bus de CC a un convertidor de frecuencia que acciona a la bomba de alta presión, o bien en corriente alterna, que inyecta aguas abajo del contador de energía eléctrica, logrando así una reducción importante en el consumo de energía eléctrica necesaria para llevar a cabo la función primordial de la planta desalinizadora.

Otra ventaja significativa radica en que mientras en plantas convencionales desalinizadoras de agua se usan válvulas de control de caudal para controlar la concentración máxima salina y regular así la conversión y consecuentemente el rendimiento del proceso, en la invención propuesta desaparece la válvula de control. En efecto, en plantas desalinizadoras convencionales se consigue mantener más o menos presión en la salida del rechazo en función del grado de apertura de la referida válvula de control, pero esto afecta al caudal de producto de la planta e inversamente a la calidad del agua producto. Si queremos mejorar la calidad del agua producto, una vez alcanzada la presión mínima de trabajo de las membranas para que exista producción, seguiríamos cerrando la válvula, pero nos bajaría el caudal de producción. En la invención propuesta en esta memoria se alcanza la conversión deseada con la misma velocidad de giro de la turbina del recuperador, velocidad que se controla a través de un convertidor de frecuencia con función regenerativa. La presión en una...

1. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable, constituida a partir de un depósito regulador del agua de alimentación del que se bombea hasta la entrada de la planta, donde se somete a un pretratamiento por el que se eliminan las impurezas del agua de alimentación procedente de un pozo playero o emisario, tanto de agua de mar como salobre, a través de filtraciones y dosificación de productos químicos, siendo a continuación impulsada el agua por la bomba de alta presión al módulo de ósmosis inversa, caracterizada porque éste está constituido por un colector que asegura una distribución proporcional a los tubos de presión en serie o paralelo, al menos cuatro tubos de presión de longitud variable en función de las características de la planta, las condiciones de trabajo, las sales disueltas y la temperatura del agua de alimentación, construidos en fibra de vidrio para 1.000 psi, y al menos dos membranas por tubo de presión, con la excepción del último, en el que se aloja una sola membrana, paralela a las otras.

2. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicación 1, caracterizada por que la salmuera desalojada de los tubos de presión es recogida en un colector común y descargada al sistema de recuperación de energía.

3. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1 y2, caracterizada por que un recuperador de energía sustituye a la válvula de control de las plantas convencionales.

4. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1 a3, caracterizada por que el agua producto desalojada de los tubos de presión o agua desalinizada es recogida en un colector y enviada al depósito regulador de agua producto.

5. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1 a4, caracterizada por que las membranas se encuentran divididas en grupos de 2.

6. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1 a5, caracterizada por que para gestionar el acoplamiento o desacoplamiento de membranas en función de la potencia recibida se activan unas electroválvulas, accionadas eléctrica o neumáticamente, electrónicamente comandadas desde un PCL que procesa la señal en relación con la potencia de que dispone la planta.

7. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1a6, caracterizada por que el recuperador de energía consta de una turbina por la que pasa el agua a presión de rechazo, también llamada salmuera, un motor que es movido por la turbina y un convertidor de frecuencia con función regenerativa gracias al cual el motor puede funcionar también como generador, convirtiendo así el agua a presión de rechazo o salmuera en energía eléctrica.

8. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1a7, caracterizada por que el motor asíncrono trifásico del recuperador de energía está constituido por un rotor y un estator en el que se encuentran las bobinas inductoras. Estas bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí 120º. Cuando por estas bobinas circula un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor.

9. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1a8, caracterizada por que el rotor puede ser de dos tipos, de jaula de ardilla o bobinado. En cualquiera de los dos casos, el campo magnético giratorio producido por las bobinas inductoras del estator genera una corriente inducida en el rotor. Como esta corriente inducida se encuentra en el seno de un campo magnético, aparece en el rotor un par de fuerzas que lo ponen en movimiento.

10. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1a9, caracterizada por que el campo magnético giratorio gira a una velocidad determinada y el rotor gira algo más despacio, lo que hace que le campo magnético sea variable con respecto al rotor y aparece una corriente inducida en éste, que a su vez hace que aparezcan un par de fuerzas que lo impulsan a moverse.

11. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1 a 10, caracterizada por que se utiliza como acople y magnetizador un convertidor de frecuencia.

12. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable, según reivindicación 1 a 11, caracterizada porque la corriente eléctrica se obtiene a partir de un aerogenerador.

13. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por que el eje de la turbina se encuentra acoplado a un motor asíncrono, el cual, una vez estabilizada la presión lo hacemos funcionar como generador mediante la utilización de un convertidor de frecuencia. Se une con cable la caja de conexión del generador con el convertidor de frecuencia en modo regenerativo y éste lo unimos eléctricamente con el bus de corriente continua del convertidor principal que acciona el motor de la bomba de alta presión. De tal manera que nos encontramos con dos convertidores de frecuencia, uno que acciona el motor de la bomba

de alta presión, alimentándose normalmente de la red y el otro convertidor tiene la misión en función regenerativa, de inyectar la potencia recuperada en la turbina mediante el bus de corriente continua de ambos convertidores.

14. Planta desalinizadora con caudal fluctuante y recuperador de energía eléctrica variable según reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por que el eje de la turbina se encuentra acoplado a un motor asíncrono, el cual, una vez estabilizada la presión funciona como generador mediante la utilización de un convertidor de frecuencia. Se une con cable la caja de conexión del generador con el convertidor de frecuencia en modo regenerativo y se añade un inversor para inyectar la corriente a red.