ES2219137B1 - Metodo para regenerar un descalcificador de agua y controlador de dosificacion de sal utilizado. - Google Patents
Metodo para regenerar un descalcificador de agua y controlador de dosificacion de sal utilizado. Download PDFInfo
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Abstract
El descalcificador está constituido por un lecho de resina y un depósito de salmuera, y está conectado a una fuente de suministro de agua, y el método propone el formar una salmuera de concentración deseada poniendo en contacto agua y al menos una sal, y con una cantidad de agua que es función de la solubilidad de dicha sal, que es al menos una. Se propone añadir unas determinadas cantidades de agua en función del tipo de sal seleccionado, para lo cual se propone un controlador. Permiten la utilización eficaz tanto de cloruro de sodio (NaCl) como de cloruro potásico (KCl) como sales regenerantes. Se dispone una interfaz de usuario para que éste pueda indicar a una computadora que controla el descalcificador si se está utilizando cloruro de sodio (NaCl) o cloruro potásico (KCl).
Description
Método para regenerar un descalcificador de agua
y controlador de dosificación de sal utilizado.
La presente memoria descriptiva se refiere a un
controlador de dosificación de sal para un descalcificador de agua
y a un método para regenerar un descalcificador de agua, debiendo
tenerse en cuenta que esta solicitud es en parte continuación de la
solicitud de la Patente solicitada en Estados Unidos de América con
el número de serie 09/016.203, solicitada el día 30 de enero de
1998, cuyo objeto principal es el de proporcionar un
descalcificador de agua y un método de funcionamiento del mismo que
permite la utilización eficaz y fiable de KCl como sal
regenerante.
Otro objeto de la presente invención es el de
proporcionar un método y un aparato de descalcificación de agua que
posean la flexibilidad de utilizar tanto NaCl como KCl, como sal
regenerante a criterio del usuario.
La invención contempla un tercer objetivo, que
es el de proporcionar un método y un aparato de descalcificación de
agua para llenar el depósito de salmuera de un descalcificador de
agua que tenga en cuenta los cambios de la temperatura de la
salmuera que se producen en el curso de llenado, y, por tanto, que
garantice que se disuelva la cantidad de sal regenerante.
En síntesis, la invención está configurada como
un descalcificador de agua y método de funcionamiento del mismo
que permite la utilización eficaz y fiable tanto de NaCl como de
KCl como sal regenerante.
Esta invención tiene su aplicación dentro de la
técnica de los sistemas de descalcificación de agua y más
concretamente, está dirigida hacia un método y un aparato para el
uso eficiente del cloruro potásico como regenerante en un
descalcificador de agua.
En el estado de la técnica actual, se conocen
una serie de métodos y sistemas diferentes para ablandar agua.
El proceso de ablandamiento del agua implica la
sustitución de los iones "duros", como el calcio y el
magnesio, por iones "blandos", como el sodio y el potasio, y
el agua blanda suele ser deseable por cuanto es menos probable que
deje depósitos en la instalación de fontanería.
Los descalcificadores de agua suelen utilizar un
material de intercambio iónico, que suele estar presente en forma
de un lecho de resina, para descalcificar el agua y en el proceso
de descalcificación del agua, el agua sin tratar se pone en
contacto con el lecho de resina, donde los iones "duros" se
intercambian por iones "blandos" con el fin de proporcionar una
fuente de agua descalcificada.
Tras el contacto prolongado con el agua no
tratada, sin embargo, se agota la capacidad del lecho de resina de
descalcificar el agua, y cuando sucede esto, el lecho de resina se
puede regenerar exponiéndolo a una solución de salmuera que
contenga los iones "blandos" solicitados, proceso que restaura
su capacidad de descalcificación del agua.
La salmuera necesaria para la regeneración se
puede formar disolviendo en una cantidad de agua una sal
regenerante que posea los iones "blandos" deseados.
Las sales regenerantes habituales utilizadas en
el proceso son el cloruro sódico y el cloruro potásico, y el tipo
de sal regenerante empleada determina el tipo de iones
"blandos" que estarán presentes en el agua descalcificada, en
concreto, el cloruro sódico da como resultado la introducción de
iones de sodio en el agua descalcificada, mientras que el cloruro
potásico produce la introducción de iones de potasio en el agua
descalcificada.
Muchos descalcificadores de agua regeneran el
lecho de resina automáticamente, y en estos sistemas citados
anteriormente, la mayor parte del tiempo el lecho de resina se
encuentra en servicio descalcificando agua, pero cuando el sistema
de descalcificación de agua determina que es necesario proceder a
la regeneración, deja de descalcificar agua, y, en su lugar,
regenera la resina mediante su exposición a salmuera.
Se conocen una serie de métodos diferentes para
determinar automáticamente cuándo iniciar la regeneración, tal y
como se describen en las Patentes Norteamericanas número 5.544.072
y 4.722.797, incorporadas a la presente mediante referencias
generales.
De forma convencional, en los métodos
correspondientes a las regeneraciones se realizan antes de que el
lecho de resina esté completamente agotado, con el fin de
garantizar que el usuario no se quede sin agua blanda.
\newpage
Además de determinar cuándo hay que regenerar,
muchos medios y sistemas seleccionan automáticamente la cantidad de
regenerante que hay que utilizar en cada proceso de regeneración,
y el regenerante se suele suministrar en forma de una sal
regenerante seca, situada en un depósito apartado del lecho de
resina, denominado "depósito de salmuera".
Convencionalmente, se introduce una determinada
cantidad de agua en el depósito de salmuera con el fin de disolver
la cantidad de regenerante deseada y formar una salmuera, y por lo
general, la velocidad a la que el agua entra en depósito de
salmuera, la "velocidad de llenado", es fija, por lo que el
tiempo de llenado determina la cantidad de sal regenerante
disuelta.
Posteriormente, la salmuera se transfiere del
depósito de salmuera al lecho de resina, de tal forma que éste se
exponga a una cantidad conocida de regenerante durante el proceso
de regeneración y con posterioridad, la salmuera utilizada se
vierte como residuo.
El cloruro sódico (NaCl) ha sido la sal
regenerante más utilizada en los descalcificadores de agua, y sin
embargo, la utilización del cloruro potásico (KCl) constituye una
alternativa interesante.
Los iones de potasio que se incorporan al agua
blanda en los descalcificadores que se regeneran con el cloruro
potásico (KCl) son más beneficiosos para la salud humana y para la
vida de las plantas que los iones de sodio que se incorporan al
agua blanda de los descalcificadores, que se regeneran con el
cloruro sódico (NaCl).
La utilización del cloruro potásico (KCl) como
regenerantes también suele traducirse en la presencia de una
cantidad inferior de cloruro en la salmuera residual, lo que
conlleva a que su vertido resulte menos nocivo desde el punto de
vista medioambiental.
La mayoría de los descalcificadores de agua, sin
embargo, están diseñados para el regenerante configurado como un
cloruro sódico (NaCl) y carecen de la flexibilidad para funcionar
adecuadamente si se utiliza cloruro potásico (KCl) como regenerante
sustitutivo.
En concreto, si se utiliza cloruro potásico
(KCl) como regenerante, el lecho de resina puede agotarse de forma
prematura, es decir, antes de proceder a su regeneración, y como
resultado, el usuario se quedaría sin agua blanda.
El problema es sensiblemente más agudo como
función de la temperatura del agua y la eficacia del descalcificador
utilizado, es decir, que cuanto más fría esté el agua que utilice
para formar la salmuera y cuanto más eficazmente utilice el
descalcificador la sal regenerante, más probable resulta su
agotamiento prematuro.
Al margen de lo anteriormente citado, la
utilización del cloruro potásico (KCl) como regenerante, es más
compleja que la utilización del cloruro sódico (NaCl) por una serie
de razones configurada a partir de que en ciertos regímenes de
funcionamiento, tal y como puede ser, cuando el lecho de resina se
utiliza de un modo más eficaz, éste requiere una mayor cantidad de
cloruro potásico (KCl) que de cloruro sódico (NaCl) para su
regeneración, y en segundo lugar, la solubilidad del cloruro
potásico (KCl) en agua fría se reduce en gran medida en comparación
con el cloruro sódico (NaCl).
En consecuencia, cuando se utiliza agua fría
para formar la salmuera, se requiere una mayor cantidad de agua
para disolver cloruro potásico (KCl).
En tercer lugar, la disolución del cloruro
potásico (KCl) en agua, es considerablemente endotérmica, por lo
que el cloruro potásico (KCl) enfría el agua a medida que se
disuelve, lo que reduce aún más su solubilidad, y por último, el
cloruro potásico (KCl) se disuelve en agua a un ritmo más lento que
el cloruro sódico (NaCl).
Tanto la Patente Norteamericana número
5.544.072, como la Patente Norteamericana 4.722.797, dan a conocer
un método y un aparato para hacer funcionar un descalcificador de
agua.
Debe indicarse que, estas Patentes de Invención
citadas anteriormente revelan asimismo que se pueden utilizar tanto
cloruro potásico (KCl) como cloruro sódico (NaCl), pero no
sugieren ningún cambio en el método o en el aparato de
descalcificación de agua en función de la utilización de cloruro
sódico (NaCl) o cloruro potásico (KCl).
Sin embargo, dichos cambios son necesarios a
causa de las diferentes características de estos tipos de sal y en
consecuencia, por una cuestión práctica, conforme a las citadas
referencias, los descalcificadores de agua no poseen la
flexibilidad que permita utilizar cloruro sódico (NaCl) o cloruro
potásico (KCl) a opción del usuario, y además, estas referencias no
informan de ninguna forma de dar cuenta de las características más
complejas del cloruro potásico (KCl), como su solubilidad en
función de la temperatura, con el fin de utilizar cloruro potásico
(KCl) como regenerante en un modo eficaz y fiable.
\newpage
El controlador de dosificación de sal para un
descalcificador de agua y método para regenerar un descalcificador
de agua objeto principal de la presente invención, proporcionan un
descalcificador de agua y un método de funcionamiento del mismo que
permite la utilización eficaz y fiable del cloruro potásico (KCl)
como sal regenerante.
Otro objeto de la presente invención es el de
proporcionar un método y un aparato de descalcificación de agua que
posean la flexibilidad de utilizar tanto cloruro sódico (NaCl) como
cloruro potásico (KCl) como sal regenerante a criterio del
usuario.
Un tercer objeto de la presente invención es el
de proporcionar un método y un aparato de descalcificación de agua
para llenar el depósito de salmuera de un desalcificador de agua
que tenga en cuenta los cambios de la temperatura de la salmuera
que se producen en el curso de llenado y, por lo tanto, que
garantice que se disuelva la cantidad necesaria de sal
regenerante.
De acuerdo con la presente invención, se
proporcionan un descalcificador de agua y un método de
funcionamiento del mismo que permite la utilización eficaz y fiable
tanto de cloruro sódico (NaCl) como de cloruro potásico (KCl) como
sal regenerante, y se proporciona una interfaz de usuario que
permite a éste indicar a una computadora que controla el
descalcificador de agua si se está utilizando cloruro sódico (NaCl)
o cloruro potásico (KCl).
El controlador de dicha computadora ajusta el
tiempo de llenado y el tiempo de exposición a salmuera en función
del tipo de sal regenerante empleado, y la temperatura de la
salmuera se mide a intervalos periódicos durante el suministro del
agua al depósito de salmuera para disolver el cloruro potásico
(KCl), y en cada uno de los intervalos, la computadora calcula la
cantidad de agua necesaria para disolver la cantidad de cloruro
potásico (KCl) requerida y la operación de rellenado concluye
cuando la cantidad de agua suministrada equivale aproximadamente a
la cantidad necesaria calculada en el intervalo del tiempo más
reciente.
Para complementar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características de la invención, se acompaña a la presente memoria
descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de planos
en los cuales con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha
representado lo siguiente:
La figura número 1.- Es una gráfica que ilustra
las curvas que representan la capacidad de un lecho de resina
típico, como función de la dosificación de sal utilizada para
regenerarlo, correspondiendo la línea continua con la utilización
de cloruro sódico (NaCl) como regenerante, mientras que la línea de
puntos se corresponde con la utilización de cloruro potásico
(KCl).
La figura número 2.- Es una representación
esquemática de un descalcificador de agua de acuerdo con la
presente invención correspondiente a un controlador de dosificación
de sal para un descalcificador de agua y método para regenerar un
descalcificador de agua.
La figura número 3.- Es una representación
esquemática de una interfaz de usuario para el descalcificador de
agua de acuerdo con la presente invención.
La dureza del agua se suele expresar en granos
por litro (o granos por galón), lo que representa el peso en granos
de carbonato cálcico (CaCO_{3}) que sería necesario disolver en
un litro (o galón) de agua para conseguir ese nivel de dureza. La
capacidad de un lecho de resina, que representa la cantidad de agua
de una determinada dureza que es capaz de ablandar antes de
agotarse, se expresa por tanto en granos, a saber:
C = H x
V
donde C = capacidad del lecho de
resina en granos, H = la dureza del agua en granos por litro (o
granos por galón) y V = la cantidad de agua en litros (o galones)
de esa dureza que es capaz de tratar el lecho de resina antes de
agotarse.
Cuando el lecho de resina se agota, se puede
regenerar exponiéndolo a una salmuera que contiene una cantidad de
sal regenerante disuelta en agua. La dosificación de sal disuelta
en agua para formar la salmuera que resulta necesaria para
recuperar la capacidad deseada depende de la eficacia del lecho de
resina. La eficacia, E, de un lecho de resina, se define como
sigue:
E =
C/D
\newpage
donde D = la dosificación de sal
regenerante aplicada al lecho de resina en Kilogramos (o libras) y
C = la capacidad de la resina en granos resultante de dicha
dosificación de
sal.
El proceso de ablandamiento del agua, en la
medida que implica la eliminación de iones de calcio, implica el
intercambio ora de dos iones de Na+ o dos iones de K+ por un ion de
Ca^{2+}. Como los pesos moleculares del CaCO_{3}, del KCl y del
NaCl son 100,09, 74,56 y 58,44, respectivamente, y dado que 1 Kg. =
3175,14 granos (y 1 libra = 7.000 granos), la eficacia teórica es
13216,72 granos/Kg. (o 5.995 granos/libra) cuando se utiliza NaCl y
10359,53 granos/Kg. (o 4.699 granos/libra) cuando se utiliza KCl.
Por tanto, la teoría predice que el NaCl es un 28% más eficaz como
sal regenerante que el KCl, con el resultado de que se precisaría
más KCl para la regeneración con el fin de conseguir la misma
capacidad.
En la práctica, sin embargo, los lechos de
resina sólo se aproximan a sus eficacias teóricas cuando se
utilizan bajas dosificaciones de sal. La explicación es que la
capacidad no se puede incrementar sin límite mediante el aumento de
la dosificación de sal. A mayores dosificaciones de sal, los
niveles de capacidad resultantes se compensan y gradualmente se
aproximan a un valor límite. Dicho de otra manera, a medida que se
incrementa la dosificación de sal, la eficacia desciende cada vez
más por debajo de su valor teórico. Además, se ha descubierto que,
para dosis de sal suficientemente elevadas, las cantidades de NaCl
y de KCl necesarias para conseguir la misma capacidad se convierten
en sustancialmente idénticas.
Esta tendencia general se ilustra de forma
esquemática en la figura número 1, que es una gráfica de la
capacidad de un lecho de resina típico en granos, como función de
la dosificación de NaCl y KCl en libras (1 libra = 0,45359
Kilogramos). La curva de NaCl es la línea continua, mientras que la
curva KCl es la línea de puntos. Como se puede ver en la gráfica,
cuando se utilizan dosificaciones de sal bajas, el NaCl se traduce
en una mayor capacidad que la misma dosis de KCl. Sin embargo, con
dosis de sal ligeramente mayores, la capacidad resultante se vuelve
prácticamente independiente del tipo de sal empleado.
Muchos descalcificadores de agua funcionan
conforme a un régimen en el que el NaCl y el KCl poseen casi la
misma eficacia. Sin embargo, se puede conseguir un uso más eficaz
de la sal regenerante utilizando dosificaciones de sal más bajas,
aunque, eso sí, al coste de regenerar con mayor frecuencia. Por lo
tanto, en este segundo régimen, la menor eficacia del KCl, en
comparación con el NaCl, se tiene que compensar aumentando la dosis
de KCl durante la regeneración.
Lo preferible es generar curvas de KCl y NaCl
como las de la figura número 1 para cada lecho de resina con el fin
de determinar la dosificación de sal necesaria para conseguir las
capacidades deseadas. Dichos datos se suelen obtener agotando el
lecho de resina hasta que el agua residual posea una dureza de
0,264 granos por litro (o un grano por galón). A continuación el
lecho de resina se regenera como una salmuera regenerante con una
dosificación de sal seleccionada. Se hace pasar agua de una dureza
conocida por el lecho de resina hasta que el agua residual alcance
una dureza de 0,264 granos por litro (o un grano por galón). Se
mide la cantidad de agua que ha pasado por el lecho de resina y,
con esta cantidad, se puede calcular la capacidad del lecho de
resina.
A continuación se repite este procedimiento para
diversas dosificaciones de sal con el fin de generar la curva de
capacidad en relación con dosificación de sal, como en la figura
número 1.
En la figura número 2, aparece representado
esquemáticamente un descalcificador de agua automático (10)
adaptado para utilizar cloruro potásico de acuerdo con la presente
invención. Cuando el descalcificador de agua (10) se encuentra
"en servicio", está diseñado para tratar el agua dura con el
fin de proporcionar una fuente de agua blanda.
De forma periódica, un descalcificador de agua
(10) queda automáticamente fuera de servicio, y por tanto deja de
ablandar el agua, y entra en un "ciclo de regeneración"
diseñado para regenerar su capacidad de ablandar el agua.
Con referencia a la figura número 2, el
descalcificador de agua (10) deberá constar preferiblemente de una
tubería de suministro (12), conectada a una fuente de agua dura
(14), una tubería de destino (16), conectada a un destino (18) que
se pretende que utilice el agua ablandada, y una tubería de
desagüe (20) conectada a un desagüe (22). Las tuberías (12), (16) y
(20) están conectadas asimismo a una válvula de control (24). Hay
un lecho de resina (26), compuesto preferiblemente de partículas de
resina de intercambio iónico, dispuesto en un depósito de resina
(28). La tubería (30) y la tubería (32) conectan el depósito de
resina (28) a la válvula de control (24). Un depósito de salmuera
(34) contiene una cantidad de sal regenerante (36), por lo general
NaCl o KCl, y está conectado a una válvula aspiradora (38) por
medio de la tubería (40). La tubería (40) incluye la válvula de
salmuera (42). Las tuberías (44) y (46) conectan la válvula
aspiradora (38) a la válvula de control (24). La válvula de control
(24) puede configurarse para que interconecte las tuberías (12),
(16), (20), (30), (32), (44) y (46) de la serie de formas que se
describen en la presente.
El descalcificador de agua (10) comprenderá a
ser posible un controlador de microcomputadora (48) con una
interfaz de usuario (50). La interfaz de usuario (50) representada
de forma esquemática en la figura número 3, incluirá
preferiblemente un visor digital LCD (60), y diversos botones, como
un botón "SELECCIONAR" (62), un botón "ARRIBA" (64) Y un
botón "ABAJO" (66), que permitan al usuario ver e introducir
información de manera selectiva. Asimismo, se dispondrá un
temporizador (52) que permita al controlador (48) medir los
intervalos de tiempo. Se coloca un hidrómetro (54) ora en la
tubería (30) ora en la tubería (32) con el fin de que el
controlador (48) pueda medir la cantidad de agua que circula por el
depósito de resina (28). A ser posible, se dispondrá un sensor de
temperatura (56) en el depósito de salmuera (34) que permita al
controlador (48) medir la temperatura de éste. El sensor de
temperatura (56) será, preferiblemente, un termopar o un
dispositivo semiconductor. El controlador (48) establece la
configuración de la válvula de control (24).
Cuando esté en servicio, el agua dura de la
fuente (14) llegará a través de la tubería de suministro (12) hasta
la válvula de control (24), que está configurada para que el agua
dura circule a través de la tubería (30) hasta el depósito de
resina (28). En el depósito de resina (28), el agua dura pasa por
el lecho de resina (26), donde se ablanda por medio de un proceso
de intercambio iónico. El agua blanda sale del depósito de resina
(28) a través de la tubería (32), hasta la válvula de control (24).
La válvula de control (24) está configurada para dirigir el agua
blanda desde la tubería (32) a la tubería (16), donde se encamina
hacia su destino (18).
Cuando el lecho de resina (26) pierde su
capacidad de ablandar de forma eficaz el agua que pasa a través de
él, se hace necesaria su regeneración. A ser posible, el ciclo de
regeneración debe constar de los siguientes pasos: 1) llenado; 2)
extracción de la salmuera; 3) aclarado lento; 4) reextracción; y 5)
aclarado rápido. Durante el paso de llenado, una cantidad de agua
circula por el depósito de salmuera (34) con el fin de disolver una
cantidad de la sal (36) contenida en su interior a los efectos de
preparar la cantidad de salmuera necesaria para la regeneración. En
concreto, la válvula de control (24) está configurada de tal modo
que el agua dura de la fuente (14) circule por la tubería (12) y la
tubería (30) hasta el depósito de resina (28). El agua dura pasa
por el lecho de resina (26) y sale por la tubería (32) hasta la
válvula de control (24). La válvula de control (24) está
configurada para dirigir esta agua hacia la tubería (44) y luego
hacia la tubería (40), por medio de la válvula aspiradora (38). La
válvula de salmuera (42) se abre en respuesta a la afluencia de
agua por la tubería (40), que permite que el agua penetre en el
depósito de salmuera (34). El agua, al llenar el depósito de
salmuera (34), disuelve una cantidad de la sal (36) formando una
salmuera, por lo que ésta está sustancialmente saturada. A ser
posible, el sensor de temperatura (56) mide la temperatura del agua
y de la salmuera resultante. La duración del paso de llenado
determina la cantidad de agua que penetra en el depósito de
salmuera (34) y, por ende, la cantidad de sal regenerante disuelta y
disponible para el proceso de regeneración.
Durante el paso de extracción de la salmuera, la
válvula de control (24) está configurada de tal modo que el agua
dura de la tubería (12) se dirija hacia la tubería (44), donde
circula a través de una válvula aspiradora (38) hacia la tubería
(46). Este flujo a través de la válvula aspiradora (38) genera
aspiración en la tubería (40) en virtud del efecto Venturi. Se abre
la válvula de salmuera (42), con el fin de que la aspiración de la
tubería (40) extraiga la salmuera del depósito de salmuera (34)
formada durante el paso de llenado, por la tubería (40), y que a
continuación circule por la válvula aspiradora (38) hacia la
tubería (46). La válvula de control (24) está configurada para que
el agua y la salmuera procedentes de la tubería (46) se dirijan a
través de la tubería (30) hacia el depósito de resina (28). La
salmuera que penetra en el depósito de resina (28) circula a través
del lecho de resina (26), y con ello lo regenera, y sale a través
de la tubería (32) como agua residual. El agua residual se dirige
hacia el desagüe (22) a través de la tubería (20), para su vertido.
La duración del paso de extracción de la salmuera será
suficientemente prolongada como para retirar toda o casi toda la
salmuera del depósito de salmuera (34). A ser posible, la válvula
de salmuera (42) se cerrará automáticamente cuando el nivel de
salmuera del depósito de salmuera (34) descienda por debajo de un
punto prescrito.
Durante el paso de aclarado lento, la válvula de
salmuera (42) permanece cerrada, y se deja de extraer salmuera del
depósito de salmuera (34). En cambio, el agua sigue fluyendo como
en el paso de extracción de salmuera. En concreto, la configuración
de la válvula de control (24) es la misma que para el paso de
extracción de salmuera. El resto de la salmuera sigue circulando a
través del lecho de resina (26) hasta que el agua que afluye
termina de sustituirla, con el fin de conseguir el máximo
intercambio iónico y de seguir purgando los minerales de dureza o
la salmuera que pudiera quedar en el depósito de resina (28).
Durante los pasos de reextracción y aclarado
rápido, la válvula de control (24) está configurada para que el
agua dura de la tubería (12) se dirija hacia la tubería (30) y
circule por el depósito de resina (28). El agua sale del depósito
de resina (28) por la tubería (32) y se dirige hacia el desagüe
(22) a través de la tubería (20). Durante el paso de reextracción,
el agua circula por el lecho de resina (26), eleva y expande el
lecho de resina (26) y purga los minerales de hierro, la suciedad,
los sedimentos, los minerales de dureza y la salmuera restante.
Durante el paso de aclarado rápido, se hace pasar un caudal rápido
de agua por el lecho de resina (26) con el fin de asentarlo y
prepararlo para su puesta en servicio.
El controlador (48) determina cuándo hay que
regenerar el lecho de resina (26) y hasta qué capacidad. Se pueden
utilizar diversos métodos para estas determinaciones, como los
descritos en las Patentes Norteamericanas Nº 5.544.072 Y Nº
4.722.797. En general, la capacidad necesaria dependerá de la
dureza del agua que se vaya a tratar. En consecuencia, la interfaz
de usuario (50) incluirá preferiblemente los medios para que el
usuario pueda introducir la dureza del agua, expresada en granos
por litro (o granos por galón), en el controlador (48). Con el fin
de posibilitar la utilización de diversos tipos de sal regenerante,
la interfaz de usuario (50) permitirá asimismo al usuario
especificar el tipo de sal empleada, es decir, si se utiliza NaCl o
KCl.
A ser posible, los parámetros ajustables por el
usuario, que suelen ser la hora del día para la regeneración, la
dureza del agua y el tipo de sal regenerante utilizada, aparecen en
forma de diversas "pantallas" en el visor digital (60), y cada
parámetro posee su propia pantalla. En cada pantalla, el usuario
puede desplazarse hacia arriba y hacia abajo por los valores
disponibles para cada parámetro pulsando los botones "ARRIBA"
(64) Y "ABAJO" (66), respectivamente. El usuario indicará el
valor que desee para el parámetro pulsando el botón
"SELECCIONAR" (62), con el que el valor se almacena en el
controlador de la computadora (48) y aparece en el visor digital
(60) la siguiente "pantalla". De este modo, el usuario puede
desplazarse por los distintos tipos de sal disponibles, como NaCl y
KCl, y realizar una selección. También se podrían utilizar otros
medios para indicar el tipo de sal regenerante, como otra clase de
interfaces de computadora o conmutadores mecánicos.
A partir de la capacidad a la que se desee
regenerar el lecho de resina (26) se podrá determinar la dosis de
sal necesaria, con ayuda de los datos empíricos antes citados. Las
dosificaciones de sal, D, para cada capacidad regenerada que se
desee, C, se programan en el controlador (48) para los diversos
tipos de sal que se tenga previsto utilizar, como NaCl y KCl. De
este modo, a partir del tipo de sal empleado y de la capacidad
regenerada requerida, el controlador (48) podrá determinar la
dosificación de sal, D, necesaria para la regeneración.
El valor de D, la dosificación de sal, determina
la cantidad de agua que se tiene que suministrar al depósito de
salmuera (34) durante el paso de llenado, tomando como base la
solubilidad de esa sal. A ser posible, la cantidad de agua que se
incorpora durante el paso de llenado se determinará por el tiempo y
la velocidad de llenado será una cantidad fija. En consecuencia, el
tiempo de llenado necesario se calculará como sigue:
F = D / (R x
S)
donde F = el tiempo de llenado en
minutos, D = la dosificación de sal en Kilogramos (o libras), R =
la velocidad de llenado en litros (o galones) por minuto y S = la
solubilidad de la sal en Kilogramos por litro (o libras por galón).
No obstante, si se utiliza KCl como sal regenerante, se plantea una
complicación añadida por cuanto su solubilidad depende notablemente
de la temperatura a lo largo del rango típico de temperaturas que
se suelen encontrar, a saber, de 1.11ºC a 26,66ºC (34ºF a 80ºF),
mientras que la solubilidad del NaCl es relativamente constante a
lo largo de este rango. En concreto, las solubilidades del NaCl y
del KCl son ambas de aproximadamente 0,358 Kilogramos/litro (2,99
libras/galón) a 26,66ºC (80ºF). A temperaturas inferiores, la
solubilidad del KCl es considerablemente inferior a la del NaCl, de
acuerdo con el resumen de la Tabla 1. La información de la Tabla 1
se ha generado a partir de datos empíricos linealizados en el rango
de 1,11ºC a 26,66ºC (34ºF a 80º F), tomando la solubilidad del NaCl
como constante y cifrada en 0,358 Kilogramos/litro (2,99
libras/galón). Los datos de la Tabla 1 son meramente
representativos, por cuanto los resultados pueden verse afectados
por la química del agua en la aplicación
concreta.
| Temp. | Solubilidad del KCl | Diferencia KCl/NaCl | ||
| (ºC) | (ºF) | (Kg./l) | (libras/galón) | (%) |
| 1,11 | 34 | 0,281 | 2,35 | 27,2% |
| 2,22 | 36 | 0,285 | 2,38 | 25,7% |
| 3,33 | 38 | 0,287 | 2,40 | 24,2% |
| 4,44 | 40 | 0,291 | 2,43 | 22,8% |
| 5,55 | 42 | 0,294 | 2,46 | 21,4% |
| 6,67 | 44 | 0,298 | 2,49 | 20,1% |
| 7,78 | 46 | 0,300 | 2,51 | 18,8% |
| 8,89 | 48 | 0,304 | 2,54 | 17,5% |
| 10 | 50 | 0,307 | 2,57 | 16,2% |
| 11,11 | 52 | 0,311 | 2,60 | 14,9% |
| 12,22 | 54 | 0,315 | 2,63 | 13,7% |
| 13,33 | 56 | 0,317 | 2,65 | 12,5% |
| 14,44 | 58 | 0,321 | 2,68 | 11,4% |
| 15,55 | 60 | 0,324 | 2,71 | 10,2% |
| Temp. | Solubilidad del KCl | Diferencia KCl/NaCl | ||
| (ºC) | (ºF) | (Kg./l) | (libras/galón) | (%) |
| 16,67 | 62 | 0,328 | 2,74 | 9,1% |
| 17,78 | 64 | 0,330 | 2,76 | 8,0% |
| 18,89 | 66 | 0,334 | 2,79 | 6,9% |
| 20 | 68 | 0,337 | 2,82 | 5,9% |
| 21,11 | 70 | 0,341 | 2,85 | 4,9% |
| 22,22 | 72 | 0,345 | 2,88 | 3,8% |
| 23,33 | 74 | 0,347 | 2,90 | 2,8% |
| 24,44 | 76 | 0,351 | 2,93 | 1,9% |
| 25,55 | 78 | 0,354 | 2,96 | 0,9% |
| 26,67 | 80 | 0,358 | 2,99 | 0,0% |
Con el fin de posibilitar la utilización de KCl,
los tiempos de llenado se deberán ajustar tomando como base la
temperatura del agua a los efectos de reflejar la solubilidad de
KCl, dependiente de la temperatura. El planteamiento más simple
para tener en cuenta este efecto sería no medir en absoluto la
temperatura real del agua sino sencillamente asumir una temperatura
típica del agua e incrementar en consecuencia el tiempo de llenado
para el KCl un porcentaje fijo con respecto al tiempo de llenado
que sería preciso si se utilizara NaCl. Un incremento del tiempo de
llenado del 25% parece una aproximación razonablemente adecuada
para las temperaturas que se suelen encontrar más
habitualmente.
Un sistema más preciso incluiría un sensor de
temperatura (56) que permitiría al controlador (48) determinar la
temperatura del agua suministrada al depósito de salmuera (34). Lo
deseable sería colocar el sensor de temperatura (56) en el depósito
de salmuera (34), aunque, de forma alternativa, se podría instalar
más arriba, por ejemplo, en la tubería de suministro (14). El
controlador (48) se programaría con las solubilidades del KCl a
diversas temperaturas del agua para que, al utilizar KCl como sal
regenerante, el controlador (48) midiera la temperatura del agua y
fijara el tiempo de llenado en consecuencia.
De forma alternativa, la temperatura del agua
podría ser un parámetro ajustable por el usuario, que se
introduciría en el controlador (48) de la computadora por medio de
la interfaz de usuario (50), de la manera anteriormente
descrita.
La temperatura de la salmuera formada en el
depósito de salmuera (34) no permanece constante durante el proceso
del llenado. En la Tabla 2 se ilustra un ejemplo del cambio de la
temperatura de la salmuera durante el proceso de llenado cuando se
utiliza KCl como sal regenerante. Este cambio de temperatura viene
dado por dos factores. Primero, antes de que se inicie el llenado,
las temperaturas del agua y del depósito de salmuera (34) con la
sal regenerante (36) seca no serán, por lo general, iguales, por lo
que la temperatura de la salmuera se equilibrará de forma natural
durante el proceso de llenado. Segundo, el proceso de disolución de
la sal también modifica la temperatura de la salmuera. En concreto,
la disolución del KCl es notablemente endotérmica, por lo que el
proceso de disolución en sí enfría la salmuera.
El cambio de temperatura de la salmuera durante
el proceso de llenado representa, por tanto, una dificultad
añadida en el caso del KCl debido a su solubilidad
termodependiente. En consecuencia, el sensor de temperatura (56)
debería medir la temperatura durante el proceso de llenado,
preferiblemente a intervalos regulares, como una vez por minuto. En
la Tabla 2 se presentan en forma de tabla los resultados típicos
conforme a este método.
\newpage
| Tiempo de | Temperatura de | Solubilidad | Agua necesaria para | Tiempo necesario | |||
| llenado | ejemplo | llenado | de llenado | ||||
| (min.) | (ºC) | (ºF) | (Kg./l) | (libras/galón) | (litros) | (galones) | (min.) |
| 0 | 15,55 | 60 | 0,3237 | 2,7048 | 0,5855 | 2,219 | 7,40 |
| 1 | 13,33 | 56 | 0,3170 | 2,6492 | 0,5976 | 2,265 | 7,55 |
| 2 | 11,11 | 52 | 0,3104 | 2,5937 | 0,6104 | 2,3133 | 7,71 |
| 3 | 8,88 | 48 | 0,3038 | 2,5381 | 0,6237 | 2,3640 | 7,88 |
| 4 | 7,77 | 46 | 0,3004 | 2,5103 | 0,6306 | 2,3902 | 7,97 |
| 5 | 6,66 | 44 | 0,2971 | 2,4826 | 0,6377 | 2,4168 | 8,06 |
| 6 | 5,55 | 42 | 0,2938 | 2,4548 | 0,6449 | 2,4442 | 8,15 |
| 7 | 5 | 41 | 0,2921 | 2,4409 | 0,6486 | 2,4581 | 8,19 |
| 8 | 4,44 | 40 | 0,2905 | 2,4270 | 0,6523 | 2,4722 | 8,24 |
| 8,24 | - - - | FIN DE | LLENADO | - - - - - |
El ajuste del volumen de agua que hay que
suministrar al depósito de salmuera con el fin de dar cuenta de la
diferencia de solubilidad del cloruro de potasio a diferentes
temperaturas es el que figura en la Tabla 1. Tomando como base
dicha Tabla, el cambio medio de solubilidad (Kilogramos (o libras)
de sal por litro (o galón) de agua) del KCl es de 0,00167
Kilogramos por litro (0,014 libras por galón) por cada grado
Centígrado (o Fahrenheit) "negativo" en el rango de 26,67ºC a
1,11ºC (o 80ºF a 34ºF). De este modo, la solubilidad del KCl, en
Kilogramos por litro (o libras por galón), guarda la siguiente
relación con la temperatura de la solución de salmuera:
Solubilidad del
KCl = 0,358 - (26,67 - temperatura de la
salmuera)(0,00167)
Para determinar la equivalencia del volumen de
agua (es decir, los litros (o galones) de agua que hay que
suministrar para conseguir un Kilogramo (o una libra) de KCl en
solución en comparación con la cantidad de agua que hay que
suministrar para conseguir un Kilogramo (o una libra) de NaCl en
solución, a una determinada temperatura) la relación es la
solubilidad del NaCl : solubilidad del KCl a dicha temperatura. De
este modo, la equivalencia de volumen de agua del KCl es de 1,27234
a 1,11ºC (34ºF); de 1,23045 a 4,44ºC (40ºF); de 1,16342 a 10ºC
(50ºF); de 1,10332 a 15,55ºC (60ºF); de 1,04912 a 21,11ºC (70ºF) y
de 1,0000 a 26,67ºC (80ºF).
De acuerdo con lo anteriormente expuesto, la
relación de ajuste de agua con la temperatura, en ocasiones
denominada WARFT (porcentaje adicional de agua necesaria para
obtener el equivalente de KCl en solución por cada grado por debajo
de 26,67ºC (80ºF)) es de un 1,066% (0,592% si se trabaja con
grados Fahrenheit) más de agua por cada grado a lo largo del rango
de temperaturas comprendido entre 26,67ºC y 1,11ºC (o 80ºF y 34ºF),
que se calcula como la relación de equivalencia de cambio de
volumen de agua a lo largo del rango de temperaturas dividido por
la diferencia entre estas, es decir, (1,27234 - 1,0000) \textdiv
25,55. Las demás relaciones de ajuste a lo largo de diferentes
rangos de temperatura, según se ha determinado a partir de los
datos, son: 0,88% para el rango de 26,66ºC a 21,11ºC (o 0,49% si se
trabaja con grados Fahrenheit (80ºF a 70ºF)); 0,936% para el rango
de 26,66ºC a 15,55ºC (o 0,52% si se trabaja con grados Fahrenheit
(80ºF a 60ºF)) ; 0,990% para el rango de 26,66ºC a 10ºC (o 0,55%
si se trabaja con grados Fahrenheit (80ºF a 50ºF)); y 1,044% para
el rango de 26,66ºC a 4,44ºC (o 0,58% si se trabaja con grados
Fahrenheit (80ºF a 40ºF). Cada una de estas relaciones es el
incremento porcentual de agua que se requiere, además del agua
determinada para una solución de salmuera a 26,67ºC (80ºF), por
cada ºC (o ºF) que la temperatura de la salmuera se sitúe por
debajo de 26,67ºC (80ºF). En consecuencia, se considera que se
pueden obtener buenos resultados si el volumen de agua se ajusta a
una relación comprendida en el rango de 0,88% a 1,06% por cada ºC
de diferencia (o de 0,49% a 0,59% por cada ºF de diferencia, si se
trabaja con grados Fahrenheit), y preferiblemente en el rango de
0,990% a 1,044% por cada ºC de diferencia (o de 0,55% a 0,58% por
cada ºF de diferencia). Por lo tanto, si la temperatura en el
depósito de salmuera es de 4,44ºC (40ºF), la cantidad de agua que
habrá que añadir al depósito de salmuera se deberá incrementar un
23,2% (determinado por una relación de ajuste de +1,044% / ºC veces
una diferencia de temperatura de 22,22ºC (o de +0,58%/ºF una
diferencia de temperatura de 40ºF)), además de la cantidad de agua
que habría que suministrar si la temperatura fuera de 26,67ºC
(80ºF).
\newpage
El método preferible de utilización del KCl como
regenerante es el siguiente. A intervalos de tiempos regulares
durante la operación de llenado, se mide la temperatura del sensor
de temperatura (56). A partir de esta temperatura, se calcula la
solubilidad de la sal y, a partir de este último valor, se pueden
calcular el volumen necesario de agua de llenado y, en última
instancia, el tiempo de llenado necesario, como se puede ver en la
Tabla 2. A continuación, el proceso de llenado continúa hasta que
el tiempo de llenado necesario sea aproximadamente equivalente al
tiempo de llenado real.
Cuando se utiliza KCl, se suele observar que la
temperatura de la salmuera sigue descendiendo, incluso una vez
concluido el proceso de llenado. Ello puede deberse a la velocidad
de disolución del KCl, que es inferior a la del NaCl. En otras
palabras, el KCl continúa disolviéndose incluso una vez que ha
cesado el flujo de agua, con lo que sigue enfriando la salmuera. El
descenso de temperatura que se observa es bastante pequeño,
normalmente de 1.11ºC (2ºF). El descenso de temperatura reduce aún
más la solubilidad del KCl, lo que se traduce en la presencia de
menos KCl disuelto en la salmuera. La forma de compensar este
efecto es añadir más agua durante el paso de llenado aumentando el
tiempo de llenado. Por lo general, basta con un incremento del 1%
del tiempo de llenado.
Al ajustar el tiempo de llenado, hay que ajustar
igualmente el tiempo de extracción de la salmuera con el fin de
garantizar que se extrae del depósito de salmuera (34) la cantidad
de salmuera requerida. En general, la relación del tiempo de
extracción de la salmuera con el tiempo de llenado es una cantidad
fija, por lo que el tiempo de extracción de la salmuera se puede
considerar que es el tiempo de llenado multiplicado por dicha
cantidad. El tiempo de aclarado lento suele ser fijo. Lo preferible
es que el controlador (48) calcule el tiempo de extracción de la
salmuera necesario tomando como base el tiempo de llenado realmente
empleado. El "tiempo de salmuera" total es, por tanto, la suma
de este tiempo de salmuera necesario y del tiempo de aclarado
lento. El controlador (48) mantiene la válvula de control (24)
configurada para extracción de salmuera/aclarado lento durante este
"tiempo de salmuera" con el fin de garantizar la extracción de
la cantidad necesaria de salmuera. En caso de que el tiempo de
llenado del KCl se incremente un 25% con respecto al NaCl, se
considera suficiente un incremento correspondiente del "tiempo de
salmuera" para el KCl de aproximadamente el 12,5% con respecto
al del NaCl.
Las materializaciones anteriormente descritas
son meramente ilustrativas de las características y ventajas de la
presente invención. Las personas diestras en el estado de la
técnica podrán concebir otras disposiciones y ventajas sin
apartarse del espíritu y objeto de la presente invención. En
consecuencia, la invención no se deberá considerar limitada a la
descripción detallada anterior, sino únicamente por las
reivindicaciones subsiguientes.
Claims (16)
1. Método para regenerar un descalcificador de
agua, que está constituido por un lecho de resina y un depósito de
salmuera, estando dicho descalcificador conectado a una fuente de
suministro de agua, caracterizado por formar una salmuera de
concentración deseada mediante la puesta en contacto de agua y al
menos una sal, y con una cantidad de agua que es función de la
solubilidad de dicha sal, que es al menos una, con el fin de
proporcionar un primer modo de funcionamiento por el que se utiliza
un primer tipo de sal a efectos de regeneración y un segundo modo
de funcionamiento por el que se utiliza un segundo tipo de sal a
efectos de regeneración, método que consta además de los siguientes
pasos:
- a)
- selección de un tipo de sal;
- b)
- incorporación de una cantidad de sal - del tipo de sal seleccionado - al depósito de salmuera;
- c)
- incorporación de una primera cantidad de agua al depósito de salmuera si el tipo de sal seleccionado es del primer tipo de sal, cantidad de agua determinada por la solubilidad del tipo de sal seleccionado, mediante la cual el agua forma una salmuera de la concentración deseada;
- d)
- incorporación de una segunda cantidad de agua al depósito de salmuera si el tipo de sal seleccionado es del segundo tipo de sal, segunda cantidad de agua que tiene carácter adicional a la primera cantidad de agua, que se determina por la solubilidad del segundo tipo de sal seleccionado, y que forma una salmuera de la concentración deseada;
- e)
- exposición del lecho de resina a la citada salmuera con el fin de regenerar éste.
2. Método para regenerar un descalcificador de
agua, según la primera reivindicación, caracterizado porque
la concentración deseada es una salmuera saturada con una cantidad
predeterminada de sal seleccionada en solución.
3. Método para regenerar un descalcificador de
agua, según la primera reivindicación, caracterizado porque
el primer tipo de sal es cloruro sódico y el segundo tipo de sal
es cloruro potásico.
4. Método para regenerar un descalcificador de
agua, según la primera reivindicación, caracterizado porque
la segunda cantidad de agua es aproximadamente un veinticinco por
ciento de la primera cantidad de agua.
5. Método para regenerar un descalcificador de
agua, según la primera reivindicación, caracterizado porque
consta asimismo de los siguientes pasos:
- a)
- determinación de la temperatura de la salmuera; y
- b)
- cálculo de la segunda cantidad de agua tomando como base la citada temperatura.
6. Método para regenerar un descalcificador de
agua, según la quinta reivindicación, caracterizado porque el
segundo tipo de sal es el cloruro potásico.
7. Método para regenerar un descalcificador de
agua, según la primera reivindicación, caracterizado porque
consta asimismo de los siguientes pasos:
- a)
- medición de la temperatura del agua de suministro; y
- b)
- cálculo de la segunda cantidad de agua tomando como base la citada temperatura del agua.
8. Método para regenerar un descalcificador de
agua, según la séptima reivindicación, caracterizado porque
el segundo tipo de sal es el cloruro potásico.
9. Método para regenerar un descalcificador de
agua, según la primera reivindicación, caracterizado porque
consta asimismo de los siguientes pasos:
- a)
- medición de la temperatura de la salmuera; y
- b)
- cálculo de la segunda cantidad de agua tomando como base la citada temperatura.
10. Método para regenerar un descalcificador de
agua, según la novena reivindicación, caracterizado porque
el segundo tipo de sal es el cloruro potásico.
11. Controlador de dosificación de sal para
regenerar un descalcificador de agua, caracterizado porque
está conectado a una fuente de agua que aporta una cantidad de agua
en función de una sal o sales empleadas, constando dicho
controlador de:
- a)
- un depósito de salmuera;
- b)
- un depósito de resina;
- c)
- un lecho de resina dispuesto en el depósito de resina;
- d)
- un sistema de tuberías que conecta el depósito de salmuera al depósito de resina;
- e)
- medios de selección de sal para seleccionar un tipo de sal de una pluralidad de tipos;
- f)
- medios de cuantificación de la cantidad de agua para calcular y medir una cantidad de agua tomando como base el tipo de sal seleccionado; y
- g)
- medios para conectar el depósito de salmuera a la fuente de agua, en virtud de los cuales el depósito de salmuera se llena con la citada cantidad de agua para formar una salmuera y ésta se puede transferir, a través del citado sistema de tuberías, al depósito de resina con el fin de regenerar el lecho de resina.
12. Controlador de dosificación de sal para
regenerar un descalcificador de agua, según la reivindicación
número 11, caracterizado por la inclusión de:
- a)
- un sensor de temperatura dispuesto en el depósito de salmuera para medir la temperatura de la salmuera en el mismo;
- b)
- un medio para calcular un tiempo de llenado teórico tomando como base dicha temperatura incluido en los citados medios de cuantificación de la cantidad de agua; y
- c)
- medios para llenar el depósito de salmuera con agua durante un espacio de tiempo al menos igual al tiempo de llenado teórico.
13. Controlador de dosificación de sal para
regenerar un descalcificador de agua, según la reivindicación
número 11, caracterizado porque comprende, alternativamente
a dichos medios para calcular y medir una cantidad de agua tomando
como base el tipo de sal seleccionado, medios de suministro de agua
para medir e incorporar ora una primera cantidad de agua en el
depósito de salmuera si se selecciona un primer tipo de sal ora una
segunda cantidad de agua en el depósito de salmuera si se
selecciona un segundo tipo de sal, segunda cantidad de agua que es
mayor que la primera cantidad de agua y que interactúa con una sal
en el depósito de salmuera para formar una salmuera, y porque
comprende además medios de extracción de salmuera para extraer la
salmuera del depósito de salmuera y llevar ésta al depósito de
resina y hacerla circular por el lecho de resina, lecho de resina
que se lava con una primera cantidad de salmuera de un volumen
sustancialmente equivalente a la primera cantidad de agua si se
selecciona el primer tipo de sal y con una segunda cantidad de
salmuera de un volumen sustancialmente equivalente a la segunda
cantidad de agua si se selecciona el segundo tipo de sal.
14. Controlador de dosificación de sal para
regenerar un descalcificador de agua, según la reivindicación
número 11, caracterizado porque comprende, alternativamente
a dichos medios para calcular y medir una cantidad de agua tomando
como base el tipo de sal seleccionado, un medio de selección de
agua de suministro para la salmuera, que permita seleccionar ora
una primera cantidad predeterminada de agua ora una segunda
cantidad de agua variable; bien entendido que cualquiera de ambas
cantidades se suministra al depósito de salmuera durante la
regeneración, que la primera cantidad de agua está asociada con un
primer tipo de sal, que la segunda cantidad de agua está asociada
con un segundo tipo de sal y que la segunda cantidad de agua es
mayor que la primera.
15. Controlador de dosificación de sal para
regenerar un descalcificador de agua, según la reivindicación
número 14, caracterizado porque la segunda cantidad de agua
es entre un 10,2% y un 27,2% mayor que la primera cantidad de
agua.
16. Controlador de dosificación de sal para
regenerar un descalcificador de agua, según la reivindicación
número 14, caracterizado porque la segunda cantidad de agua
es aproximadamente un 25% mayor que la primera cantidad de
agua.
Applications Claiming Priority (2)
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| US09/758,830 US20010023841A1 (en) | 1998-01-30 | 2001-01-11 | Controller for salt dosage for a water softener and method of regenerating a water softener |
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Effective date: 20071221 |