Un sistema de ósmosis inversa que comprende una cámara (112) de membrana que presenta una tubería (110)de alimentación y que genera una corriente (114) de permeado y una corriente (116) de salmuera,

una bomba dealimentación que presuriza la tubería de alimentación, un dispositivo (172) de bomba auxiliar de refuerzo quepresenta una porción (176) de turbina en comunicación de fluido con la corriente de la salmuera y una porción debomba en comunicación de fluido con la tubería de alimentación, y un motor (178) acoplado al dispositivo de laturbina,

caracterizado por

un primer medidor (214) del flujo que genera una primera señal del flujo correspondiente a un flujo de fluido de lacorriente del permeado;~

un mecanismo de accionamiento (182) de frecuencia variable unido al motor y que opera el motor en respuesta a laprimera señal del flujo;

un segundo medidor (218) del flujo que genera una segunda señal de flujo correspondiente a un flujo de fluido en lacorriente de la salmuera; y

una tobera (240) de tamaño variable acoplada en comunicación de fluido a la porción (176) de la turbina que operauna abertura sobre la porción (176) de la turbina en respuesta a la segunda señal del flujo.

Sistema de ósmosis inversa con control basado en caudales de corrientes de permeado y salmuera

Campo técnico

La presente divulgación se refiere, en general, al campo de los sistemas de ósmosis inversa y, más concretamente, a una ósmosis inversa de varias etapas que presenta una fuente de bombeo centralizada.

Antecedentes

Las declaraciones de la presente sección suministran simplemente una información de antecedentes relacionada con la presente divulgación y puede no constituir técnica anterior.

Los sistema de ósmosis inversa se utiliza para proporcionar agua dulce a partir de agua salobre o de mar. Se utiliza una membrana que restringe el flujo de los sólidos disueltos a través de dicha membrana.

Con referencia ahora a la Figura 1, en ella se ilustra un sistema 10 de ósmosis inversa que presenta una formación 12 de membrana que genera una corriente 14 de permeado, y una corriente 16 de salmuera a partir de una corriente 18 de alimentación. La corriente 18 de alimentación típicamente incluye agua salobre o de mar. Una bomba 20 de alimentación acoplada a un motor 22 presuriza la corriente 18 de alimentación al flujo de presión requerida el cual entra en la formación 12 de membrana.

La corriente 14 de permeado es un flujo de fluido purificado a baja presión. La corriente 16 de salmuera es una corriente de presión más elevada que contiene materiales disueltos bloqueados por la membrana. La presión de la corriente 16 de la salmuera es solo ligeramente inferior a la de la corriente 18 de alimentación. La formación 12 de membrana requiere un caudal exacto para conseguir un funcionamiento óptimo. El caudal suministra una presión específica para conseguir un funcionamiento óptimo. Una válvula 24 de estrangulamiento de la salmuera puede ser utilizada para regular el flujo a través de la formación 12 de membrana. Pueden producirse cambios debidos a la temperatura, a la salinidad del agua, así como a las características de la membrana, como por ejemplo su ensuciamiento. La formación 12 de membrana puede, así mismo, operar en condiciones fuera del diseño normal, en situaciones de emergencia. El sistema de bombeo de alimentación se requiere para satisfacer las exigencias de flujo y presión variables.

En general, una presión de alimentación más alta incrementa la producción de permeado y , a la inversa, una presión de alimentación reducida reduce la producción de permeado. La formación 12 de membrana se requiere para mantener una recuperación específica, la cual es una relación del flujo de permeado con respecto al flujo de alimentación. El flujo de alimentación o el flujo de salmuera, así mismo requiere regulación.

Con referencia ahora a la Figura 2, en ella se muestra un sistema similar al de la Figura 1 con la adición de una válvula 30 de estrangulamiento de la alimentación. Las plantas de ósmosis inversa de tamaño medio y de gran tamaño incluyen unas bombas 20 de tipo centrífugo. Las bombas ofrecen un coste relativamente bajo y una eficiencia satisfactoria, pero pueden generar un diferencial de la presión fijo a un caudal y a una velocidad de rotación determinadas. Para modificar la característica de presión / flujo, la cadencia de la rotación de la bomba debe ser modificada. Una forma en la que fueron diseñados los sistemas anteriores fue conformar la bomba 20 de alimentación para generar la presión de la membrana lo más alta posible y, a continuación, utilizar la válvula 30 de estrangulamiento para reducir la presión excesiva para satisfacer la exigencia de la presión de la membrana. Dicho sistema presenta la ventaja de un coste de capital bajo pero sacrifica la eficiencia de la energía dado que la bomba de alimentación genera más presión y utiliza más potencia de la que se requiere para un funcionamiento típico.

Con referencia ahora a la Figura 3, otro sistema para solucionar las características de la presión / flujo consiste en añadir un mecanismo de accionamiento 36 de frecuencia variable para accionar el motor 12, el cual, a su vez, controla el funcionamiento de la bomba 20 de alimentación. De esta manera, la bomba 20 de alimentación es accionada a una velocidad variable para adaptarla a la exigencia de la presión de la membrana. Los mecanismos de accionamiento 36 de frecuencia variable son costosos con capacidades de gran tamaño y consumen aproximadamente un tres por ciento de la potencia que, en otro caso, habría ido al motor de la bomba.

Con referencia ahora a la Figura 4, en ella se muestra un sistema similar al ilustrado en la Figura 1, utilizando las mismas referencias numerales. En esta forma de realización, una bomba 40 auxiliar de refuerzo que presenta una porción 42 de la bomba y una porción 44 de la turbina se utiliza para recuperar la energía procedente de la corriente 16 de la salmuera. La porción 42 de la bomba y la porción 44 de la turbina están acopladas entre sí con un árbol común 46. La alta presión procedente de la corriente de la salmuera pasa a través de la porción 44 de la turbina lo cual provoca que el árbol 46 rote y accione la porción 42 de la bomba. La porción 42 de la bomba eleva la presión de alimentación de la corriente 18 de alimentación. Esto incrementa la eficiencia de la energía del sistema. La bomba 40 auxiliar de refuerzo genera una porción de la exigencia de presión de alimentación para la formación 12 de membrana y, de esta manera, se puede reducir el tamaño de la bomba 20 de alimentación y del motor 22, dado que es menor la cantidad de presión requerida por aquellos elementos.

Con referencia ahora a la Figura 5, en ella se muestra un esquema básico de bajo coste para una planta 50 de ósmosis inversa de grandes dimensiones utilizando referencias numerales similares a la de la Figura 1. En esta forma de realización, tres etapas de ósmosis inversa que incorporan tres membranas 12a, 12b y 12c son utilizadas junto con tres válvulas 30a, 30b, 30c de estrangulamiento. Tres válvulas 24a, 24b, 24c de estrangulamiento están acopladas a la salida 16a, 16b y 16c de la salmuera. La corriente 18 de alimentación está acoplada a un colector 52 de alimentación el cual, a su vez, está acoplado a cada una de las válvulas 30a a 30c de estrangulamiento de alimentación. Cada válvula de estrangulamiento es utilizada para suministrar fluido de alimentación a cada una de las respectivas membranas 12a a 12c. La corriente 16a a 16c de la salmuera pasa a través de las válvulas 24a a 24c de estrangulamiento de la salmuera y hasta el interior de un colector 54 de la salmuera. Las corrientes de permeado están acopladas a un colector 56 de permeado.

En una planta 50 de ósmosis inversa de grandes dimensiones, el objetivo es utilizar una bomba de alimentación con la capacidad mayor disponible para conseguir la eficiencia mayor posible con el coste de capital más bajo por unidad de capacidad. La capacidad óptima de una formación 12 de membrana es generalmente menor que la de las bombas. Por tanto, una sola bomba 20 de alimentación puede ser utilizada para múltiples formaciones 12 de membranas de suministro. Dicha configuración se denomina bombeo de alimentación centralizado. Debido a que cada una de las membranas presenta una exigencia de presión variables, puede ser utilizado un control individual que emplee las válvulas 30a a 30c y 24a a 24c de estrangulamiento. Sin embargo, la utilización de las válvulas de estrangulamiento gasta energía. Así mismo, las propias membranas individuales pueden presentar sus propias exigencias debido al nivel siguiente de las membranas el cual puede variar a lo largo de la formación de las membranas.

Con referencia ahora a la Figura 6, en ella se ilustra una configuración similar a la de Figura 5 con la adición de un mecanismo de accionamiento de frecuencia variable utilizado para accionar el motor 22 y con ello la bomba 20. El mecanismo de accionamiento 60 de frecuencia variable es utilizado para desarrollar la suficiente presión en la bomba 20 para satisfacer las exigencias de presión de las formaciones de membranas con la exigencia de presión más alta. El bombeo centralizado es parcialmente desviado por la dificultad de personalizar la presión de descarga fija de la bomba de alimentación con respecto a las exigencias de presión variables de las múltiples formaciones de membranas. Ambas configuraciones de las Figuras 5 y 6 requieren estrangulamientos individuales y, por tanto, la eficiencia de la energía es limitada.

Con referencia ahora a la Figura 7, en ella se ilustra una forma de realización... [Seguir leyendo]

1. Un sistema de ósmosis inversa que comprende una cámara (112) de membrana que presenta una tubería (110) de alimentación y que genera una corriente (114) de permeado y una corriente (116) de salmuera, una bomba de alimentación que presuriza la tubería de alimentación, un dispositivo (172) de bomba auxiliar de refuerzo que presenta una porción (176) de turbina en comunicación de fluido con la corriente de la salmuera y una porción de bomba en comunicación de fluido con la tubería de alimentación, y un motor (178) acoplado al dispositivo de la turbina,

caracterizado por

un primer medidor (214) del flujo que genera una primera señal del flujo correspondiente a un flujo de fluido de la corriente del permeado;

un mecanismo de accionamiento (182) de frecuencia variable unido al motor y que opera el motor en respuesta a la primera señal del flujo;

un segundo medidor (218) del flujo que genera una segunda señal de flujo correspondiente a un flujo de fluido en la corriente de la salmuera; y

una tobera (240) de tamaño variable acoplada en comunicación de fluido a la porción (176) de la turbina que opera una abertura sobre la porción (176) de la turbina en respuesta a la segunda señal del flujo.

2. Un sistema de ósmosis inversa de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1, que comprende así mismo una primera válvula de aislamiento dispuesta entre la primera bomba de alimentación y el dispositivo de bomba auxiliar de refuerzo.

3. Un sistema de ósmosis inversa de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1, que comprende así mismo una segunda válvula de aislamiento dispuesta entre el dispositivo de bomba auxiliar de refuerzo y un colector de la salmuera.

4. Un sistema de ósmosis inversa de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1, que comprende así mismo una tercera válvula de aislamiento en comunicación de fluido con la corriente del permeado.

5. Un sistema de ósmosis inversa de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1, en el que el motor comprende un motor de inducción.

6. Un sistema de ósmosis inversa de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1, en el que el mecanismo de accionamiento de frecuencia variable comprende un mecanismo de frecuencia variable regenerativo.

7. Un sistema de ósmosis inversa de acuerdo con lo definido en la reivindicación 1, en el que el motor está indicado para actuar como un generador en respuesta a una segunda señal del flujo.

8. Un sistema de ósmosis inversa de varias etapas caracterizado por

un colector (152) de alimentación, en el que la bomba (120) de alimentación genera una corriente de alimentación presurizada dentro del colector;

un colector (156) del permeado; y

una pluralidad de etapas (158a a c) de ósmosis inversa acopladas en comunicación de fluido al colector de alimentación y al colector del permeado, comprendiendo cada etapa el sistema de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7.

9. Un sistema de ósmosis inversa de varias etapas de acuerdo con lo definido en la reivindicación 8, en el que cada una de las etapas es controlada de manera independiente.

10. Un procedimiento de operación de un sistema de ósmosis inversa con una cámara (112) de las membranas que presenta una tubería (152) de alimentación y que genera una corriente del permeado y una corriente de la salmuera, y un dispositivo (170) de bomba auxiliar de refuerzo que presenta una porción (176) de la turbina en comunicación de fluido con la corriente de la salmuera y una porción (172) de la bomba en comunicación de fluido con la tubería de alimentación,

caracterizado por

la presurización de la tubería (152) de alimentación;

la generación de una primera señal del flujo correspondiente a un flujo de fluido en la corriente del permeado; la operación de un mecanismo de accionamiento (182) de frecuencia variable en respuesta a la primera señal de flujo;

el control del motor (178) en respuesta al mecanismo de accionamiento de frecuencia variable;

la generación de una segunda señal de flujo correspondiente a un flujo de fluido en la corriente de la salmuera;

el control de una abertura de una tobera (240) de tamaño variable acoplada en comunicación de fluido a una porción de la turbina en respuesta a la segunda señal del flujo.

11. El procedimiento de acuerdo con lo definido en la reivindicación 10, caracterizado porque el control del motor comprende el control del motor para actuar como un generador cuando la primera señal del flujo está por encima de un punto de control y la generación de potencia a partir del generador.

12. El procedimiento de acuerdo con lo definido en la reivindicación 10, caracterizado porque el control de una abertura comprende el control de la abertura para que sea más pequeña y reducir un caudal de la salmuera.

13. El procedimiento de acuerdo con lo definido en la reivindicación 10, caracterizado porque el control de una abertura comprende el control de la abertura para que sea mayor e incrementar un caudal de la salmuera.

14. El procedimiento de acuerdo con lo definido en la reivindicación 10, caracterizado por la provisión de una

primera válvula de aislamiento dispuesta entre la primera bomba de alimentación y la bomba auxiliar de refuerzo, de una segunda válvula de aislamiento dispuesta entre el dispositivo de la bomba auxiliar de refuerzo y un colector de la salmuera y de una tercera válvula de aislamiento en comunicación de fluido con la corriente del permeado.