BRPI0808368A2 - Aparelho e método de recuperação de energia - Google Patents

Description

“APARELHO E MÉTODO DE RECUPERAÇÃO DE ENERGIA” FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

Campo da Técnica

A invenção inclui modalidades que se referem a uma bomba. A invenção inclui modalidades que se referem a um dispositivo de recuperação de energia, um sistema, e um método para operar o mesmo.

Discussão da Técnica

Durante um processo de troca de pressão, a energia pode ser extraída de um fluido de alta pressão para recuperar um custo associado à pressurização do fluido. Isto pode o10 correr em um processo de osmose reversa onde a água do mar em alta pressão (corrente de alimentação) é pressionada contra uma membrana semipermeável. Apenas uma porção da corrente de alimentação se torna água potável durante este processo. Devido ao fato de a corrente de alimentação de alta pressão ainda ter uma quantidade de energia associada a esta, a mesma tem baixo custo para tentar recuperar ou recapturar pelo menos alguma des15 ta quantidade de energia.

A recaptura de energia pode ser realizada usando uma combinação de turbina/compressor. O fluido de alta pressão pode colidir com uma roda de turbina para acionar um eixo que fica em comunicação mecânica com um motor. Em resposta, o motor opera uma bomba de alimentação. Para operar com uma eficiência razoável, a turbina opera em 20 alta velocidade. A alta velocidade pode exceder 15.000 revoluções por minuto (rpm). Para a operação em alta velocidade, uma caixa de transmissão redutora pode ser instalada entrè a unidade de turbine e o motor de bomba de alimentação para transferir de maneira eficaz a potência da turbina até o motor de bomba de alimentação. As vedações em alta velocidade podem ser usadas no eixo entre a turbina e a caixa de transmissão de redução de velocida25 de.

Para recuperar a energia, um dispositivo de recuperação de energia pode usar o deslocamento positivo para permitir que a corrente de alimentação de alta pressão entre em contato com a corrente de alimentação de baixa pressão nos dispositivos similares aos motores de pistão a vapor. Estes dispositivos podem incluir pistões com válvulas mecanica30 mente acionadas. O golpe de aríete pode ocorrer quando a água é repentinamente interrompida ou acelerada. Uma causa pode ser o movimento de pistão no processo que é interrompido pelo fechamento de válvula. Se a pressão ou massa do fluxo for bastante significativa, o golpe de aríete pode danificar o equipamento.

O fluido de alta pressão pode necessitar de reforço suplementar para ficar na pressão correta para a recaptura de energia. Consequentemente, uma ou mais bombas podem ser colocadas em série obter uma pressão de recaptura de energia correta. Cada bomba adicional tem naturalmente um impacto econômico indesejável associado à mesma. Pode ser desejável apresentar um sistema ou aparelho que difere daqueles sistemas ou aparelhos atualmente disponíveis. Pode ser desejável apresentar um método que difere daqueles métodos que são atualmente disponíveis.

BREVE DESCRIÇÃO

Uma bomba passível de ativação que compreende uma modalidade da invenção é descrita no presente documento. A bomba inclui um pistão em comunicação deslizante com uma superfície interna de um cilindro, que tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade. Uma primeira válvula de controle e uma segunda válvula de controle ficam em comunicação física com a primeira extremidade do cilindro. A primeira válvula de controle e a segunda válvula de controle ficam em comunicação fluida com o pistão. A primeira válvula de controle ou a segunda válvula de controle não é uma válvula de retenção. A primeira válvula de retenção e a segunda válvula de retenção ficam em comunicação física com a segunda extremidade do cilindro. A primeira válvula de retenção e a segunda válvula de retenção ficam em comunicação fluida com o pistão. Um controlador de pressão se comunica com o pistão para controlar uma quantidade de força através do ou no pistão.

Um sistema de filtração que inclui a bomba em comunicação fluida com um separador de membrana é descrito no presente documento. O separador de membrana pode remover um soluto de um solvente.

Um método que inclui descarregar um primeiro fluido em uma primeira pressão em um cilindro através da primeira válvula de controle é descrito no presente documento, sendo que a primeira válvula de controle não é uma válvula de retenção. Um pistão é movido no cilindro. Um segundo fluido em uma segunda pressão é descarregado do cilindro através de uma válvula de retenção, sendo que o segundo fluido é disposto em uma lateral oposta do pistão a partir do primeiro fluido.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A Figura 1 ilustra uma modalidade de uma bomba que compreende uma modalidade da invenção.

A Figura 2 ilustra uma modalidade de uma bomba que tem um controlador de pressão.

A Figura 3 ilustra uma modalidade de uma bomba que tem um controlador de pressão que inclui uma pluralidade de ímãs permanentes deslizantes e um pistão inclui uma pluralidade de ímãs permanentes.

A Figura 4 ilustra uma modalidade de uma bomba em que um controlador de pressão inclui um único solenóide deslizante disposto radialmente ao redor de um cilindro e sendo que um pistão inclui um eletroímã.

A Figura 5 ilustra uma modalidade de uma bomba em que um controlador de pressão inclui um único solenóide deslizante disposto axialmente ao redor de um cilindro e sendo que um pistão inclui um eletroímã.

A Figura 6(a) ilustra uma modalidade de uma bomba que tem um controlador de pressão que inclui uma pluralidade de solenóides estacionários dispostos radialmente ao redor de um cilindro e sendo que um pistão inclui um eletroímã.

A Figura 6(b) é uma representação gráfica de uma seqüência de pulsos para os so

lenóides correspondentes mostrados na Figura 6(a).

A Figura 7(a) ilustra uma modalidade de uma bomba que tem um controlador de pressão que inclui uma pluralidade de solenóides estacionários dispostos axialmente ao redor de um cilindro e sendo que um pistão inclui um eletroímã.

A Figura 7(b) é uma representação gráfica de uma seqüência de pulsos para os so

lenóides correspondentes mostrados na Figura 7(a).

A Figura 8 ilustra uma modalidade em que as bombas são conectadas em série.

A Figura 9 ilustra uma modalidade em que as bombas são conectadas em paralela.

A Figura 10 ilustra uma modalidade de um sistema de filtração em que uma bomba fica em comunicação fluida com um separador de membrana.

DESCRIÇÃO DETALHADA

A invenção inclui modalidades que se referem a uma bomba. A invenção inclui modalidades que se referem a um dispositivo de recuperação de energia, um sistema, e um método para operar o mesmo. As modalidades da invenção podem recapturar a energia que seria de outro modo desperdiçada.

A linguagem de aproximação, conforme usada no presente documento ao longo da especificação e das reivindicações pode ser aplicada para modificar qualquer representação quantitativa que possa variar de maneira permissiva sem resultar em uma alteração na função básica a qual a mesma é relacionada. Consequentemente, um valor modificado por um 25 termo, tal como, "cerca de", não se limita ao valor preciso especificado. Em alguns casos, a linguagem de aproximação pode corresponder à precisão de um instrumento para medir o valor.

O termo "comunicação operativa" entre duas unidades indica que as duas unidades se comunicam umas com as outras. A comunicação operativa pode ser, por exemplo, a co30 municação física, comunicação elétrica, comunicação mecânica, comunicação térmica (por exemplo, convecção), comunicação acústica (por exemplo, ultra-som, ou similares), comunicação eletromagnética (por exemplo, radiação ultravioleta, radiação óptica, ou similares), ou similares. A comunicação elétrica inclui o fluxo de elétrons entre duas unidades, enquanto a comunicação mecânica envolve a transferência de forças através do contato físico (por e35 xemplo, através de fricção, adesão, ou similares) entre as duas unidades. A comunicação física indica que as duas unidades podem ficar em comunicação umas com as outras sem a transferência de massa ou energia. Pode-se notar que as duas unidades em comunicação operativa umas com as outras podem ter mais de uma forma de comunicação entre si, isto é, uma primeira unidade pode ficar em comunicação física, assim como em comunicação mecânica com uma segunda unidade.

Uma bomba de reforço passível de ativação magnética ou elétrica (daqui por diante, "bomba passível de ativação") pode ser usada em um sistema de filtração para extrair energia de um fluido pressurizado em um processo de troca de pressão. A bomba passível de ativação pode ser referida como um trocador de trabalho. Em uma modalidade, o sistema de filtração pode ser usado para extrair energia de uma corrente de alimentação pressurizada durante a dessalinação de água do mar.

O campo magnético ou o campo elétrico pode controlar o movimento recíproco do pistão. Tal controle pode reduzir um efeito de golpe de aríete que pode ocorrer, de outro modo, durante a extração de energia dos fluidos pressurizados. Tal redução do golpe de aríete pode aumentar a vida útil do sistema de filtração no qual o mesmo pode ser disposto. Em outra modalidade, o campo magnético ou o campo elétrico pode proporcionar energia suplementar a um ou mais fluidos durante o processo de troca de pressão para reforçar a pressão do fluido em uma entrada de membrana que pode ser usada no processo de filtração.

Referindo-se à Figura 1, uma bomba passível de ativação 100 inclui um cilindro 2 no qual um pistão 4 é disposto. O pistão fica em comunicação deslizante com o cilindro. A bomba passível de ativação 100 tem ação dupla. Através da ação dupla, um pistão pode comprimir o fluido em direções de percurso opostas. O cilindro inclui um conduto 6 que tem uma primeira extremidade 8 e uma segunda extremidade 10. Tanto a primeira extremidade como a segunda extremidade é coberta com uma primeira tampa 12 e uma segunda tampa

14, respectivamente.

A primeira tampa define uma primeira porta 16 e uma segunda porta 18, enquanto a segunda tampa define uma terceira porta 20 e uma quarta porta 22. A primeira porta 16 fica em comunicação física com uma primeira válvula de controle 24, enquanto a segunda porta 18 fica em comunicação física com uma segunda válvula de controle 26. A terceira porta 20 fica em comunicação física com uma primeira válvula de retenção 28, enquanto a quarta porta 22 fica em comunicação física com uma segunda válvula de retenção 30. O pistão fica em comunicação fluida com a primeira válvula de controle 24, a segunda válvula de controle 26, a primeira válvula de retenção 28, e a segunda válvula de retenção 30.

Um controlador de válvula (não mostrado) controla a abertura e o fechamento da primeira válvula de controle 24 ou da segunda válvula de controle 26. Ou seja, o controlador de válvula pode sinalizar um atuadorque pode comutar de maneira reversível uma válvula associada a partir de uma posição aberta até uma posição fechada. Em uma modalidade, o controlador de válvula é um computador. O computador é programado para realizar as funções descritas no presente documento, e conforme usado no presente documento, o termo computador não se limita apenas àqueles circuitos integrados referidos na técnica como computadores, porém, se refere de maneira ampla a computadores, processadores, microcontroladores, microcomputadores, controladores lógicos programáveis, circuitos integrados de aplicação específica, e outros circuitos programáveis, ou similares.

A primeira válvula de controle 24 e a segunda válvula de controle 26 podem ser válvulas acionadas que podem ser acionadas por um mecanismo atuador em resposta a um sinal a partir do controlador de válvula. Em uma modalidade, a primeira válvula de controle

24 ou a segunda válvula de controle 26 não é uma válvula de retenção. A ativação de uma válvula pode incluir a comutação de uma válvula a partir de uma posição aberta até uma posição fechada. Os exemplos de válvulas adequadas que podem ser acionadas pelo controlador de válvula consiste em válvulas esféricas, válvulas borboleta, válvulas de comporta, válvulas de guilhotina, ou similares. Em uma modalidade, tanto a primeira válvula de controle 24 como a segunda válvula de controle 26 são válvulas borboleta. Um atuador adequado pode ser, por exemplo, um solenóide.

Conforme mostrado na Figura 1, um dispositivo de controle de pressão ou controlador de pressão 32 é disposto na parte externa do cilindro e fica em comunicação operativa com o pistão. O dispositivo de controle de pressão controla uma quantidade de força aplicada pelo ou no pistão. Os controladores de pressão adequados podem ser um dispositivo elétrico, um dispositivo magnético, um dispositivo eletromagnético. O controlador de pressão pode ser disposto próximo ao cilindro. Em uma modalidade, o controlador de pressão é disposto ao redor de uma circunferência ou borda periférica do conduto. Em uma modalidade, o controlador de pressão pode ser total ou parcialmente disposto de maneira concêntrica ao redor do conduto.

Um conduto adequado pode ter uma geometria em corte transversal que pode ser circular, triangular, retangular, quadrangular ou poligonal. A geometria em corte transversal pode ser medida em uma direção que é perpendicular a uma direção de percurso do pistão. As superfícies curvadas podem ser combinadas com superfícies lineares para formar a geometria em corte transversal do conduto. A geometria em corte transversal do pistão pode corresponder à geometria em corte transversal do cilindro e pode, portanto, ter um dos formatos mencionados acima.

O pistão pode ter uma área em corte transversal diferente em uma superfície do pistão que se comunica com um fluido, quando comparada com a superfície oposta do pistão que se comunica com um fluido. Em uma modalidade, uma superfície do pistão pode ficar em comunicação operativa com uma biela (não mostrada). A biela pode ficar em comunicação operativa com o virabrequim (não mostrado), que promove a comunicação deslizante do pistão com o cilindro. A comunicação operativa do virabrequim com o pistão pode ser a comunicação mecânica.

Em uma modalidade, o controlador de pressão pode operar simultaneamente com a primeira válvula de controle 24, a segunda válvula de controle 26, a primeira válvula de retenção 28 ou a segunda válvula de retenção 30. Em outra modalidade, o controlador de 5 pressão pode operar simultaneamente apenas com a primeira válvula de controle 24 ou apenas com a segunda válvula de controle 26. Em outra modalidade, o controlador de pressão pode operar sem referência à primeira válvula de controle 24, à segunda válvula de controle 26, à primeira válvula de retenção 28, ou à segunda válvula de retenção 30.

Em um modo de operação, a bomba passível de ativação 100, um controlador de 10 válvula (não mostrado) sinaliza um atuador para abrir a primeira válvula de controle, de modo que um primeiro fluido em uma primeira pressão entre no cilindro. A entrada do primeiro fluido no cilindro move o pistão da segunda extremidade em direção à primeira extremidade. Um segundo fluido é disposto na lateral oposta do pistão do primeiro fluido. O movimento de pistão a partir da segunda extremidade até a primeira extremidade comprime o segundo 15 fluido no cilindro à frente do pistão. O movimento de pistão em direção à primeira extremidade pode ser auxiliado ou reforçado pelo controlador de pressão.

A pressurização do segundo fluido no cilindro abre a primeira válvula de retenção 28, que permite que o segundo fluido (o fluido entre o pistão e a primeira extremidade) descarregue a partir do cilindro em uma segunda pressão. Mediante a descarga do segundo fluido a partir do cilindro, a primeira válvula de retenção 28 e a primeira válvula de controle

24 podem ser fechadas pelo controlador de válvula. A abertura e o fechamento da primeira válvula de retenção 28 e da primeira válvula de controle 24, enquanto ocorrem substancialmente ao mesmo tempo, podem ser controlados independentemente uns dos outros.

Quando o segundo fluido descarrega a partir do cilindro através da primeira válvula de retenção 28, a segunda válvula de retenção 30 se abre, permitindo um terceiro fluido dentro do cilindro. O terceiro fluido fica em uma terceira pressão que pode ser menor que a segunda pressão. A terceira pressão pode ser aproximadamente maior, igual, ou menor que a primeira pressão. A entrada do terceiro fluido no cilindro através da segunda válvula de retenção 30 incita o percurso reverso do pistão em direção à segunda extremidade. A segunda válvula de controle 26 se abre durante o percurso reverso do pistão para permitir um quarto fluido à frente do pistão para descarregar a partir do cilindro. O quarto fluido pode ficar disposto na lateral oposta do pistão do terceiro fluido. O quarto fluido pode ser igual ou diferente do primeiro fluido ou do terceiro fluido. Em uma modalidade, a quarta pressão pode ser menor que a primeira pressão. A quarta pressão pode ser menor que a primeira pressão, a segunda pressão ou a terceira pressão.

A segunda pressão pode ser aproximadamente maior ou igual à primeira pressão. A terceira pressão pode ser aproximadamente maior ou igual à quarta pressão. A terceira pressão pode ser maior, igual ou menor que a primeira pressão. Em uma modalidade, a terceira pressão pode ser menor que a primeira pressão.

Os primeiro, segundo, terceiro e quarto fluidos podem ser todos similares. Entretanto, algumas modalidades têm a formação composicional dos fluidos diferente uma da outra. Em pelo menos uma modalidade, um fluido pode ser uma corrente de alimentação para um dispositivo de dessalinação, enquanto outro fluido pode ser salmoura ou a corrente diluída produzida a partir do dispositivo de dessalinação.

Mediante a descarga do quarto fluido a partir do cilindro, a segunda válvula de retenção 30 e a segunda válvula de controle 26 podem fechar. O controlador de válvula pode controlar a abertura e o fechamento da segunda válvula de controle 26. Ou seja, o controlador de válvula pode sinalar um atuador que pode comutar de maneira reversível a segunda válvula de controle 26 a partir de uma posição aberta até uma posição fechada. A abertura e o fechamento da segunda válvula de retenção 30 e da segunda válvula de controle 26 embora ocorram substancialmente ao mesmo tempo, também, ocorrem independentemente uns dos outros. Durante o percurso reverso do pistão, o controlador pode ser ativado para promover o bombeamento do fluido. A bomba passível de ativação pode extrair energia a partir do primeiro fluido pressurizado e transferir esta energia para o segundo fluido pressurizado. O movimento recíproco (deslizante) do pistão no cilindro pode ser controlado tanto por um campo magnético, como um campo elétrico.

Os pistões adequados podem incluir um ímã permanente ou um eletroímã. Os exemplos de materiais adequados que podem ser usados na produção do pistão podem ser ferro, cobalto, níquel, molibdênio, titânio, vanádio, ligas de cobalto, ligas de ferro, ligas de níquel, ou similares.

Em uma modalidade exemplificativa, o pistão pode ser revestido com uma camada de revestimento resistente à corrosão (não mostrada). Os revestimentos resistentes à corrosão protegem o pistão da degradação devido aos sais e outros produtos químicos que o pistão pode entrar em contato. De maneira similar, a superfície interna que define o cilindro pode ser revestida com um revestimento resistente à corrosão. Os revestimentos resistentes à corrosão podem ser metálicos, cerâmica ou polímeros orgânicos. Em uma modalidade, o revestimento resistente à corrosão pode incluir um polímero orgânico. Os polímeros orgânicos adequados que podem ser usados em revestimentos resistentes à corrosão podem incluir um ou mais polisiloxanos, poliimidas, polieterimidas, poliolefinas, poliésteres, poliacrilatos, poliuretanos, poliéter etér cetonas, polissulfonas, poli éter cetonas cetonas, ou similares. Outros polímeros adequados podem incluir derivados ou misturas precedentes. Por exemplo, uma poliolefina halogenada adequada inclui politetrafluoroetileno ou cloreto de polivinilideno.

Conforme notado acima, o controlador de pressão pode controlar o movimento do pistão através de um campo magnético ou um campo elétrico. As Figuras 2 a 7 mostram diversas modalidades de controladores de pressão e seu uso para controlar o movimento de pistão.

Nas Figuras 2 e 3, o pistão pode ser um ímã permanente, enquanto o controlador de pressão também pode ser um ímã permanente que pode ser acionado por um dispositivo externo (não mostrado). A Figura 2 exemplifica uma bomba passível de ativação na qual o pistão e o controlador de pressão incluem um único ímã permanente. A Figura 3 exemplifica uma bomba passível de ativação na qual o pistão e o dispositivo de controle de pressão incluem uma pluralidade de ímãs permanentes. Nas Figuras 2 e 3, o movimento do pistão pode ser escravo ou controlado pelo movimento do ímã externo em comunicação magnética com o mesmo.

Nas Figuras 4 e 5, o pistão inclui um eletroímã. O eletroímã pode ser acionado pela passagem de uma corrente elétrica através de um solenóide. Neste caso, o dispositivo de controle de pressão pode ser um único solenóide. As bobinas do solenóide podem ser dispostas radialmente ao redor do cilindro, conforme mostrado na Figura 4, ou podem ser axialmente dispostas ao redor do cilindro, conforme mostrado na Figura 5. Nas Figuras 4 e 5, o movimento do solenóide pode controlar o movimento do pistão. Um dispositivo externo similar àquele usado para facilitar o movimento do ímã externo nas Figuras 2 e 3 pode acionar o movimento do solenóide. Durante o movimento do solenóide, uma corrente elétrica pode ser simultaneamente passada através das bobinas. A corrente elétrica cria um campo eletromagnético ao redor do solenóide, que converte o cilindro em um eletroímã. Como um resultado da conversão do cilindro em um eletroímã, quando o solenóide pode ser movido, o pistão também se move junto com o mesmo.

As Figuras 6 e 7 mostram as configurações da bomba passível de ativação em que uma pluralidade de solenóides estacionários pode ser disposta ao redor do cilindro. A Figura 6(a) mostra uma configuração em que a pluralidade de solenóides estacionários pode ser radialmente disposta ao redor do cilindro, enquanto a Figura 7(a) mostra uma configuração em que a pluralidade de solenóides estacionários pode ser axialmente disposta ao redor do cilindro. A pluralidade de solenóides não fica em comunicação elétrica direta entre si. Em ambas as Figuras 6(a) e 7(a), o cilindro é um eletroímã.

Em um modo de operação, uma corrente pode ser seqüencialmente pulsado através dos solenóides contíguos mostrados nas Figuras 6(a) e 7(a), respectivamente. As Figuras 6(b) e 7(b) mostram graficamente o pulso seqüencial de uma corrente elétrica através das bobinas correspondentes mostradas nas Figuras 6(a) e 7(a), respectivamente. O pulso seqüencial de uma corrente elétrica através dos solenóides adjacentes promove o movimento do pistão.

A bomba passível de ativação pode ser usada em diferentes configurações. Na modalidade mostrada na Figura 8, as bombas passíveis de ativação 200, 300.....n, podem

ser dispostas em série, de modo que o segundo fluido pressurizado (a saída pressurizada mais alta) de cada bomba forme o primeiro fluido pressurizado (entrada) para a seguinte bomba passível de ativação. Deste modo, o segundo fluido pressurizado (Δρ) de qualquer bomba passível de ativação em série pode ser a soma das pressões de segundo fluido pressurizado (ΣΑρ,) de cada uma das bombas passíveis de ativação precedentes.

Na modalidade mostrada na Figura 9, as bombas passíveis de ativação 200, 300, ....n, podem ser dispostas em paralelo, de modo que o segundo fluido pressurizado de cada bomba passível de ativação possa ser descarregado em um tubo comum para formar uma 10 única saída 202. Tal disposição pode ser usada para extrair a energia de um grande número de fluidos pressurizados. O número de bombas passíveis de ativação em paralelo, pode ter um volume varrido que pode ser proporcional ao volume de fluido pressurizado a partir do qual pode ser desejado extrair a energia. Deste modo, o volume total (ou massa) descarregado da série de bombas passíveis de ativação pode ser igual a soma dos volumes varridos 15 (ou massas) (Em1i) de cada uma das bombas passíveis de ativação na disposição. Em uma modalidade, o movimento dos pistões pode ser em fase uns com os outros. Em outra modalidade, o movimento dos pistões pode ser fora da fase uns com os outros.

Uma bomba passível de ativação pode ser usada em um sistema de filtração 1000, conforme mostrado na Figura 10. O sistema de filtração inclui um lado de alimentação 1200 e um lado de retentado 1400. Como pode ser observado na Figura 10, o lado de alimentação 1200 se situa à esquerda (quando voltado para o observador) da linha transversal XX, enquanto o lado retentado 1400 se situa à direita da linha transversal XX.

Na Figura 10, o sistema de filtração inclui no lado de alimentação uma primeira bomba 1002 e uma segunda bomba opcional 1004, ambas as quais podem ficar em comu25 nicação fluida umas com as outras e com um filtro de membrana 1006. A primeira bomba 1002 e a segunda bomba opcional 1004 também podem ficar em comunicação fluida com uma bomba passível de ativação. Em uma modalidade, a primeira bomba 1002 e a segunda bomba opcional 1004 também podem ficar em comunicação fluida com uma pluralidade de bombas, pelo menos uma das quais pode ser uma bomba passível de ativação. Em outra 30 modalidade, a primeira bomba 1002 e a segunda bomba opcional 1004 também pode ficar em comunicação fluida com uma pluralidade de bombas passíveis de ativação.

A bomba passível de ativação pode ficar em comunicação fluida com o filtro de membrana 1006. Uma primeira bomba passível de ativação 100 e uma segunda bomba passível de ativação 200 podem ser dispostas com suas respectivas válvulas de retenção 35 128, 130, 228 e 230 no lado de alimentação 1200 da linha XX. A primeira bomba passível de ativação inclui um primeiro pistão 104 disposto em comunicação deslizante com um primeiro cilindro 102, enquanto a segunda bomba passível de ativação inclui um segundo pistão disposto em comunicação deslizante com um segundo cilindro. As respectivas válvulas de controle 124, 126, 224 e 226 podem ser dispostas no lado retentado 1400 da linha XX. O filtro de membrana 1006 pode ficar em comunicação fluida com a primeira bomba passível de ativação 100 e uma segunda bomba passível de ativação 200 através das válvulas de con5 trole 124, 224 respectivamente. As válvulas de controle 126 e 226 podem ficar em comunicação fluida com uma saída retentada de baixa pressão 254.

A primeira bomba 1002 e a segunda bomba 1004 são bombas de engrenagem. Outras bombas adequadas nas outras modalidades podem ser bombas de centrífugas, bombas giratórias, bombas de êmbolo, ou similares. A segunda bomba 1004 pode ser uma bomba 10 de baixa pressão que pressuriza a corrente de alimentação até uma pressão de cerca de 0,1 a cerca de 0,2 megapascals. A primeira bomba 1002 pode ser uma bomba de alta pressão que aumenta a pressão na corrente de alimentação. O aumento de pressão pode ocorrer em uma quantidade maior ou igual a cerca de 5.000 megapascals (MPa). Em uma modalidade, o aumento de pressão pode ocorrer em uma faixa de cerca de 5.000 MPa a cerca de 15 6.000 MPa, de cerca de 6.000 MPa a cerca de 7.500 MPa, ou maior que cerca de 7.500 MPa. Uma bomba opcional pode suplementar a pressão de fluido no lado de alimentação ao adicionar um reforço de pressão na corrente proveniente das válvulas de retenção 128, 228 até o filtro de membrana 1006.

O sistema de filtração pode ser usado para separar um soluto de um solvente. O 20 sistema de filtração pode dessalinizar a água salgada. Em um processo de dessalinação, uma solução de água de corrente de alimentação pode ser separada por um filtro de membrana em um permeado e um retentado. Se a solução de água de corrente de alimentação for água do mar, o permeado pode ser água e o retentado pode ser salmoura. O filtro de membrana facilita a dessalinação da corrente de alimentação produzir um permeado (a á25 gua tem um conteúdo mais baixo de sais que a água do mar) e um retentado (a solução de salmoura pode ter um conteúdo de sal maior que a água do mar).

Em um modo de operação, a primeira bomba 1002 descarrega a corrente de alimentação em direção ao filtro de membrana 1006. Uma porção da corrente de alimentação pode se converter em permeado ao passar pela filtração no filtro de membrana 1006, en30 quanto a corrente de alimentação restante pode ser convertida em retentado e descarregada na primeira bomba passível de ativação 100 mediante a abertura da primeira válvula de controle 124. O controlador de válvula (não mostrado) pode controlar a abertura e o fechamento das válvulas de controle 124, 126, 224 e 226, de maneira independente uma das outras ou, se desejável, com alguma relação entre si.

À medida que o retentado pressurizado em uma primeira pressão entra no cilindro

da primeira bomba passível de ativação 100, o respectivo controlador de pressão pode ser ativado para proporcionar um reforço na força do primeiro pistão 104 durante seu deslocamento em direção à primeira válvula de retenção 128. O aumento na força no primeiro pistão 104 aumenta a pressão na corrente de alimentação entre o primeiro pistão 104 e a primeira válvula de retenção 128 até uma segunda pressão. A segunda pressão pode ser maior que a primeira pressão. Ao ser descarregada através da primeira válvula de retenção 5 128, a corrente de alimentação pode ser direcionada ao filtro de membrana 1006 para passar pela filtração e ser formada em correntes que são o permeado e o retentado.

A primeira bomba passível de ativação 100 proporciona um reforço na pressão da corrente de alimentação que aprimora a eficiência do processo de dessalinação. Além disso, ao controlar a força no pistão através do controlador de pressão, o golpe de aríete pode ser minimizado.

Após a corrente de alimentação na segunda pressão descarregar a partir do cilindro da primeira bomba passível de ativação 100, a corrente de alimentação de baixa pressão em uma terceira pressão pode ser movida para dentro do cilindro da primeira bomba passível de ativação através da segunda válvula de retenção 130. A corrente de alimentação de 15 baixa pressão aciona o pistão longe das válvulas de retenção 128, 130 em direção às válvulas de controle 124, 126, que descarrega o retentado do cilindro em uma quarta pressão na saída retentada de baixa pressão 254.

Na modalidade mostrada na Figura 10, enquanto o primeiro pistão 104 da primeira bomba passível de ativação se desloca em uma primeira direção a partir das válvulas de controle em direção às válvulas de retenção para descarregar a corrente de alimentação, o segundo pistão 204 da segunda bomba passível de ativação 200 se desloca em uma segunda direção das válvulas de retenção em direção às válvulas de controle. A segunda direção pode ser oposta à primeira direção. Em outras palavras, a primeira bomba passível de ativação 100 e a segunda bomba passível de ativação 200 funcionam de maneira assíncrona, de modo que, enquanto a primeira bomba passível de ativação 100 possa pressurizar a corrente de alimentação até a segunda pressão, a segunda bomba passível de ativação 200 pode descarregar o retentado de baixa pressão na quarta pressão até a saída de retentado de baixa pressão 254. De maneira alternativa, quando a segunda bomba passível de ativação 200 pode pressurizar a corrente de alimentação até a primeira pressão, a primeira bomba passível de ativação 100 pode descarregar o retentado de baixa pressão na quarta pressão até a saída retentada de baixa pressão 254.

Referindo-se à Figura 10, o sistema de filtração 1000 inclui duas bombas passíveis de ativação 100, 200. No caso em que as bombas passíveis de ativação podem ser duas unidades, a primeira bomba 1002 e o filtro de membrana 1006, os respectivos pistões para 35 cada bomba operam em fase entre si. Em uma modalidade, os respectivos pistões 104, 204 operam 180 graus fora de fase em relação uns aos outros. O primeiro pistão 104 pode ficar em uma extremidade de seu percurso e descarregar toda a corrente de alimentação na bomba passível de ativação 100 no filtro de membrana 1006, enquanto o pistão 304 pode ficar na extremidade oposta de seu percurso e descarregar todo o retentado na saída retentada de baixa pressão 254. O pistão 204 pode ficar no centro de seu percurso em cada direção e pode, portanto, descarregar a corrente de alimentação no filtro de membrana 1006 ou pode descarregar o retentado em direção à saída retentada de baixa pressão 254.

Em uma modalidade alternativa, um sistema de filtração pode incluir três ou mais bombas passíveis de ativação; pelo menos duas das bombas pode se comunicar com a corrente de alimentação do filtro de membrana. Uma pluralidade de bombas opera fora de fase a partir de pelo menos um das outras bombas. Em uma modalidade, as bombas operam 120 graus fora de fase em relação uns aos outros. Uma pluralidade de sistemas de filtração pode ser disposta paralelamente em relação uns aos outros. Esta disposição permite um volume relativamente maior de corrente de alimentação para dessalinação em um período.

A bomba passível de ativação pode variar a quantidade de reforço de pressão proporcionada para a corrente de alimentação. A bomba pode minimizar ou eliminar os efeitos do golpe de aríete reduzindo, deste modo, o tempo usado para a manutenção de válvulas e outros equipamentos. Isto facilita os tempos de ciclo e produtividade aperfeiçoados. Além disso, o uso da bomba passível de ativação no sistema de filtração resulta em uma redução nos outros tipos de bombas (por exemplo, bombas de centrífugas, bombas de engrenagem, bombas giratórias, bombas de êmbolo, ou similares) que precisam ser utilizadas. Um sistema, de acordo com uma modalidade, pode funcionar ao empregar apenas uma única primeira bomba 1002 reduzindo, deste modo, o custo do novo equipamento, assim como reduzir o custo de manutenção a longo prazo.

As modalidades descritas no presente documento são exemplos de estruturas, sistemas e métodos que têm elementos que correspondem aos elementos da invenção citados nas reivindicações. Esta descrição escrita pode permitir que aqueles versados na técnica produzam e usem as modalidades que têm elementos alternativos que também correspondam aos elementos da invenção citados nas reivindicações. O escopo da invenção, deste modo, inclui estruturas, sistemas e métodos que não diferem da linguagem literal das reivindicações, e inclui adicionalmente outras estruturas, sistemas e métodos com diferenças insubstanciais da linguagem literal das reivindicações. Embora apenas certos recursos e modalidades tenham sido ilustrados e descritos no presente documento, muitas modificações e alterações podem ocorrer para alguém versado na técnica relevante. As reivindicações em anexo abrangem tais modificações e alterações.

Claims (15)

1. Bomba passível de ativação, CARACTERIZADA pelo fato de que compreende: um pistão em comunicação deslizante com uma superfície interna de um cilindro, que tem uma primeira extremidade e uma segunda extremidade; uma primeira válvula de controle e uma segunda válvula de controle em comunicação física com a primeira extremidade do cilindro, sendo que a primeira válvula de controle e a segunda válvula de controle ficam em comunicação fluida com o pistão, e pelo menos a primeira válvula de controle ou a segunda válvula de controle não é uma válvula de retenção; uma primeira válvula de retenção e uma segunda válvula de retenção em comunicação física com a segunda extremidade do cilindro, sendo que a primeira válvula de retenção e a segunda válvula de retenção ficam em comunicação fluida com o pistão; e um controlador de pressão operável para controlar uma quantidade de força exercida no pistão ou pelo pistão.

2. Bomba passível de ativação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o cilindro compreende um ímã permanente ou um eletroímã.

3. Bomba passível de ativação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que pelo menos uma entre a primeira válvula de controle e a segunda válvula de controle se comunica com um controlador de válvula.

4. Bomba passível de ativação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o pistão fica em comunicação operativa com urna biela.

5. Bomba passível de ativação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o pistão compreende uma camada resistente à corrosão.

6. Bomba passível de ativação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira válvula de controle ou a segunda válvula de controle funciona de maneira sincrona com o controlador de pressão.

7. Bomba passível de ativação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que a primeira válvula de controle ou a segunda válvula de controle funciona de maneira independente do controlador de pressão.

8. Bomba passível de ativação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador de pressão compreende um dispositivo magnético, um dispositivo elétrico ou um dispositivo eletromagnético.

9. Bomba passível de ativação, de acordo com a reivindicação 1. CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador de pressão compreende um ímã permanente.

10. Bomba passível de ativação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador de pressão compreende um solenóide.

11. Bomba passível de ativação, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADA pelo fato de que o controlador de pressão compreende uma pluralidade de solenóides que é disposta de maneira radial ou axial ao redor do cilindro.

12. Aparelho de recuperação de energia,de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende uma pluralidade de bombas passíveis de ativação.

13. Sistema de filtração, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: a bomba em comunicação fluida com um separador de membrana, sendo que o separador de membrana pode entrar em contato com uma solução contendo soluto e separar o soluto de um solvente da solução.

14. Método, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: abrir uma primeira válvula de controle para descarregar um primeiro fluido em uma primeira pressão em um volume definido por uma superfície interna de um cilindro, sendo que a primeira válvula de controle não é uma válvula de retenção; deslocar um pistão disposto no cilindro; e descarregar um segundo fluido que é disposto em uma lateral oposta do pistão em relação ao primeiro fluido a partir do cilindro através de uma válvula de retenção e em uma segunda pressão que difere da primeira pressão.

15. Aparelho de recuperação de energia, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: meios para descarregar urn primeiro fluido em uma primeira pressão em um cilindro, sendo que o meio de descarga não é uma válvula de retenção; meios para deslocar um pistão disposto no cilindro; e meios para descarregar um segundo fluido que é disposto em uma lateral oposta do pistão em relação ao primeiro fluido a partir do cilindro através de uma válvula de retenção e em uma segunda pressão que difere da primeira pressão.