ES2247157T3 - Procedimiento y dispositivo para desalinizar agua. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para desalinizar agua por ósmosis inversa, especialmente para desalinizar agua de mar, en el que el agua (10) salobre se introduce bajo una primera presión (p1) en un dispositivo (2) de compensación de presión y es conducida por el dispositivo (2) de compensación de presión bajo una segunda presión (p2) más alta a un módulo (3) de membrana, de modo que desde el módulo (3) de membrana sale agua (12) desalinizada y agua (13) salobre concentrada, de modo que el agua (13) salobre concentrada conducida fuera del módulo (3) de membrana se introduce continuamente en el dispositivo (2) de compensación de presión bajo aproximadamente la segunda presión (p2) y allí se utiliza para solicitar el agua (10) salobre introducida en el dispositivo (2) de compensación de presión con aproximadamente la segunda presión (p2) y para introducir el agua (11) salobre en el módulo (3) de membrana, y de modo que la introducción del agua (13) salobre concentrada en el dispositivo (2) de compensación de presión y la evacuación del agua (14) salobre concentrada desde el dispositivo (2) de compensación de presión tiene lugar mediante válvulas (V1, V3, V4, V6) principales controladas, de modo que se controlan válvulas (V2, V2¿, V5, V5¿) secundarias dispuestas paralelamente a las válvulas (V1, V3, V4, V6) principales, de tal manera que se reducen los picos de carga al abrir y/o cerrar las válvulas (V1, V3, V4, V6) principales, para lo cual las válvulas (V2, V2¿, V5, V5¿) secundarias se abren durante la apertura o el cierre de la válvula (V1, V3, V4, V6) principal dispuesta en cada caso paralela a éstas, caracterizado porque mediante un recipiente (P) de presión dispuesto en la entrada del dispositivo (2) de compensación de presión por el cual es introducida el agua (13) salobre concentrada fuera del módulo (3) de membrana se compensan las variaciones de presión. en la cámara (201, 202) de entrada de al menos un dispositivo (401, 402) pistón/cilindro, agua (14) salobre concentrada es conducida hacia fuera desde la cámara (101, 102) de salida del mismo dispositivo (401, 402) pistón/cilindro, se introduce agua (13) salobre concentrada en la cámara (101, 102) de salida de al menos otro dispositivo (401, 402) pistón/cilindro y se alimenta agua (11) salobre procedente de la cámara (201, 202)de entrada del mismo dispositivo (401, 402) pistón/cilindro al dispositivo (3) de membrana.

Description

Procedimiento y dispositivo para desalinizar agua.

La invención se refiere a un procedimiento para desalinizar agua por ósmosis inversa según el preámbulo de la reivindicación 1, así como a un dispositivo para realizar este procedimiento.

Un procedimiento y dispositivo de este tipo se describen en la solicitud de patente alemana 199 33 147.2. En este caso, el agua salobre se introduce bajo una primera presión en un dispositivo de compensación de presión y desde el dispositivo de compensación de presión se introduce bajo una segunda presión más alta en un módulo de membrana, de modo que desde el módulo de membrana sale agua desalinizada y agua salobre concentrada. En este caso, por "agua desalinizada" ha de entenderse agua con un contenido de sal reducido con respecto al del agua salobre introducida en el dispositivo. Para aumentar en este caso el rendimiento y, por tanto, el balance energético en el caso de un procedimiento de este tipo y de un dispositivo de este tipo, se propone allí introducir de forma continua el agua salobre concentrada conducida fuera del módulo de membrana, bajo la segunda presión, en el dispositivo de compensación de presión, y utilizarla allí para solicitar el agua salobre introducida en el dispositivo de compensación de presión con la segunda presión y para introducir el agua salobre en el módulo de membrana. La introducción del agua salobre concentrada en el dispositivo de compensación de presión se realiza mediante válvulas de retención y la evacuación del agua salobre concentrada del dispositivo de compensación de presión se realiza en este caso mediante válvulas principales controladas. Estas válvulas principales controladas pueden controlarse preferiblemente de forma activa y están dispuestas en conductos de conexión correspondientes entre el módulo de membrana y el dispositivo de compensación de presión, o entre el dispositivo de compensación de presión y la salida del agua salobre concentrada.

A partir del documento EP-A-10 028 913 se conoce un procedimiento mencionado al principio y un dispositivo mencionado al principio. Allí, para compensar las pérdidas de presión está prevista una bomba.

A partir del documento DE-A-24 48 985 se conoce la recuperación de energía a partir de un líquido a alta tensión mediante un motor de agua accionado con este líquido. En este caso están previstos de nuevo combinaciones de cilindro/pistón que trabajan en oposición de fase, que, sin embargo, están en conexión mecánicamente con un cigüeñal mediante bielas, el cual es accionado a su vez por un accionamiento para compensar las pérdidas de presión. Sin embargo, a este sistema están unidas algunas desventajas como, por ejemplo, un soporte y guiado complicado de los pistones y de las bielas ya que éstos están sometidos mediante los movimientos del cigüeñal en dos direcciones. A partir del documento US 5.797. 429 se conoce en la figura 1 un dispositivo para desalinizar agua por ósmosis inversa en el que están previstas válvulas principales y válvulas secundarias paralelas para evacuar el agua salobre concentrada desde un módulo de membrana y desde medios de intercambio.

A partir del documento US 6.017.200 se conoce un dispositivo para desalinizar agua por ósmosis inversa con dos dispositivos de pistón/cilindro que trabajan en oposición de fase.

En los procedimientos y dispositivos conocidos se solicitan las válvulas principales con una alta presión. Si se accionan las válvulas principales, se origina una alta solicitación mecánica exactamente en el primer momento de la apertura o en el último momento del cierre de una válvula principal de este tipo. Sin embargo, dado que estas válvulas principales están diseñadas para un caudal grande, éstas han de ser correspondientemente grandes y tener una masa considerable.

Dado que las válvulas principales son relativamente lentas a causa de su tamaño y masa, están sometidas a grandes cambios de presión relativamente largos especialmente al comienzo del proceso de apertura y al final del proceso de cierre. Dado que los dispositivos de este tipo deben trabajar en lo posible sin interrupciones, estas válvulas principales están sometidas a una alta carga continua, por un lado, mediante la cantidad y la duración de la carga y, por otro lado, mediante la frecuencia de los ciclos de carga, de manera que se desgastan rápidamente de forma correspondiente.

Por lo tanto, la invención se basa en el objetivo de mejorar el procedimiento mencionado al principio o el dispositivo mencionado al principio con respecto a las desventajas mencionadas y configurarlos de tal manera que las válvulas principales se desgasten menos.

Este objetivo se soluciona, partiendo del procedimiento mencionado al principio y del dispositivo mencionado al principio, mediante el procedimiento según la reivindicación 1 o mediante el dispositivo según la reivindicación 15.

En este caso, la invención se basa en el conocimiento de que especialmente al abrir y cerrar las válvulas principales aparecen picos de carga que deben evitarse. Esto se consigue mediante las válvulas secundarias previstas según la invención, que también pueden denominarse "válvulas de derivación", a través de las cuales es conducida una parte de la presión que aparece al abrir y cerrar las válvulas principales alrededor de las válvulas principales. Además, están previstos conductos secundarios alrededor de las válvulas principales en los cuales están dispuestas las válvulas secundarias.

Preferiblemente, las válvulas secundarias son controladas de tal manera que se abren un poco antes de la apertura o del cierre de las válvulas principales y/o de manera que únicamente están abiertas durante el proceso de apertura y cierre de las válvulas principales. Por lo demás, las válvulas secundarias están normalmente cerradas.

En una configuración preferida, las válvulas secundarias presentan una sección transversal más pequeña que las válvulas principales. La sección transversal de las válvulas secundarias puede incluso ser claramente más pequeña que la sección transversal de las válvulas principales, y las válvulas secundarias pueden presentar una resistencia considerablemente más alta a la presión. Con esto puede reducirse de forma manifiesta la carga de las válvulas principales mediante un control adecuado de las válvulas secundarias y, con ello, aumentar proporcionalmente su vida útil.

En una configuración alternativa de la invención puede elegirse la sección transversal de las válvulas secundarias de la forma que se desee. A través de la sección transversal de las válvulas secundarias puede suministrarse también una parte para el transporte del líquido, lo que puede estar previsto a través de controles correspondientes. Esto significa que las válvulas secundarias están abiertas o cerradas en los mismos intervalos de tiempo que las válvulas principales dispuestas de forma correspondiente paralelas a aquéllas, con la diferencia de que las válvulas secundarias se abren algo antes que las válvulas principales paralelas y se cierran algo más tarde que las válvulas principales paralelas para aliviarlas de carga.

En una configuración preferida de la invención está previsto un recipiente de presión que está conectado con la salida para la expulsión del agua salobre concentrada fuera del módulo de membrana y con la entrada del dispositivo de compensación de presión. Por lo tanto, este recipiente de presión se solicita con la misma presión que la propia agua salobre concentrada. El fin de este recipiente de presión es compensar las variaciones de presión que aparecen inevitablemente durante los accionamientos de las válvulas a consecuencia de pérdidas de volumen, para garantizar una presión de funcionamiento lo más constante posible en el módulo de membrana.

En otra configuración ventajosa de la invención están previstos limitadores de caudal en los conductos de alimentación hacia las válvulas secundarias que impiden una compensación de presión abrupta limitando el caudal máximo y con ello contribuyendo a una compensación de presión paulatina y, con ello, a unos cambios de presión lentos en lugar de variaciones repentinas. Éstos pueden estar dimensionados de diferentes formas para configurar las "resistencias de corriente" con tamaños diferentes. Los limitadores de caudal pueden también estar integrados en las válvulas secundarias dado que de todos modos presentan una sección transversal menor.

En un perfeccionamiento de la invención se prevé que el dispositivo de compensación de presión presente dos dispositivos de pistón/cilindro que trabajan en oposición de fase, y que los pistones de los dispositivos de pistón/cilindro estén conectados mediante una barra de pistón. A partir del documento EP-A-0 028 913 se conoce una barra de pistón de este tipo y su funcionamiento. Sin embargo, al contrario que en esta barra de pistón conocida, no está previsto en este perfeccionamiento de la invención ninguna bomba para compensar las pérdidas de presión.

Más bien, está previsto, en una configuración siguiente de la invención, un accionamiento para la barra de pistón para compensar las pérdidas de presión. Por ejemplo, este accionamiento puede consistir en que la barra de pistón presente en una sección central un dentado en el cual se enganchan piñones que pueden accionarse de manera adecuada. Gracias a esto puede mantenerse la presión de funcionamiento deseada.

En el dispositivo según la invención puede prescindirse por completo de un bomba de alta presión que aplique una alta presión y puede sustituirse por una bomba que aplique una presión mucho más baja si la presión, que presenta forzosamente el agua salobre concentrada en la salida del módulo de membrana, se aprovecha mediante la realimentación continua de esta agua salobre concentrada en el dispositivo de compensación de presión para la solicitación de presión del agua salobre inyectada en el dispositivo de compensación de presión. En este caso es sobre todo fundamental que esto se realice de forma continua dado que, si no, la presión en el conducto de alimentación del agua salobre tendría que rebajarse desde el dispositivo de compensación de presión al módulo de membrana y ser suministrada más tarde por una bomba de alta presión y tampoco sería posible una generación continua de agua desalinizada.

Otras configuraciones ventajosas del procedimiento según la invención y del dispositivo según la invención se desprenden especialmente de las reivindicaciones dependientes. Se ha indicado que el dispositivo según la invención puede estar configurado de la misma o correspondiente manera y puede presentar configuraciones correspondientes, tal como se ha explicado más arriba en conexión con el procedimiento según la invención y tal como se ha indicado en las reivindicaciones dependientes referidas a la reivindicación 1.

La invención se explica detalladamente a continuación mediante los dibujos. Muestran:

la figura 1, un diagrama de bloques para explicar el procedimiento según la invención,

la figura 2, una forma de realización del dispositivo según la invención en un primer estado operativo,

la figura 3, una representación de esta forma de realización en un segundo estado operativo y

la figura 4, una representación de los estados operativos de esta forma de realización durante un ciclo de trabajo completo.

El diagrama de bloques de la figura 1 muestra una bomba 1 de transporte para introducir agua 10 salobre en un dispositivo 2 de compensación de presión bajo una primera presión p_{1}. Desde el dispositivo 2 de compensación de presión se alimenta la misma agua 11 salobre, que, sin embargo, se ha solicitado ahora con una presión operativa alta, al módulo 3 de membrana. Allí una parte del agua 11 salobre entra a través de la membrana 6 (por ejemplo, un 25% del agua 11 salobre), se desaliniza ahí y es expulsada como agua 12 desalinizada. La parte restante del agua 11 salinizada (por ejemplo, un 75%) no puede atravesar la membrana 6 y, mediante el conducto 5 de conexión, se alimenta nuevamente al dispositivo 2 de compensación de presión como agua 13 salobre concentrada, que todavía está aproximadamente bajo la presión p_{2} alta. Allí se aprovecha esta presión alta, de una manera que aún ha de describirse detalladamente, para solicitar con esta presión alta el agua 10 salobre introducida en el dispositivo 2 de compensación de presión y alimentar al módulo 3 de membrana en su entrada. Al mismo tiempo, de una manera que también debe describirse aún detalladamente, esta presión se aprovecha en el dispositivo 2 de compensación de presión para expulsar definitivamente el agua 14 salobre concentrada que se encuentra dentro meditante el conducto 4 de evacuación y alimentar al dispositivo 2 de compensación de presión agua 10 salobre no concentrada. En este caso, todos los procesos descritos se realizan a la vez y de forma continua, de modo que no es necesaria una bomba de alta presión que suministre posteriormente la alta presión operativa y continuamente se dispone de agua 12 desalinizada.

Mediante la forma de realización de la invención mostrada en la figura 2 la configuración y el modo de funcionamiento del dispositivo 2 de compensación de presión han de ser descritos detalladamente. Éste presenta aquí dos dispositivos 401, 402 idénticos de pistón/cilindro con dos cilindros dispuestos enfrentados alineados que presentan en cada caso una cámara 201, 202 de entrada para alojar el agua 10 salobre y, en cada caso, una cámara 101, 102 de salida para alojar el agua 13 salobre concentrada. Dentro de los dispositivos 401, 402 de pistón/cilindro está dispuesto en cada caso un pistón 301, 302 especial que subdivide el espacio interior del pistón en las cámaras mencionadas y que puede desplazarse en la imagen en dirección horizontal dentro de la disposición de los pistones. Desde la bomba 1 de alimentación se dirige en cada caso un conducto de alimentación con una válvula 7 de retención (pasiva) hacia las cámaras 201, 202 de entrada. Las válvulas 7 de retención están configuradas de tal manera que se abren y posibilitan un flujo cuando la presión en el conducto de alimentación es mayor que en las cámaras 201, 202 de entrada. Las válvulas 8 de retención comparables, que sin embargo presentan otra dirección de flujo, se encuentran en los conductos de alimentación de las cámaras 201, 202 de entrada al módulo 3 de membrana.

Por otra parte, en los conductos 5 de alimentación desde el módulo 3 de membrana a las cámaras 101, 102 de salida y en los conductos 4 de evacuación de las cámaras 101, 102 de salida se disponen, válvulas V3, V6 o V1, V4 principales que pueden conectarse activamente, meditante las cuales puede controlarse la entrada del agua 13 salobre concentrada desde el módulo 3 de membrana o la salida del agua 14 salobre concentrada del dispositivo 2 de compensación de presión.

Los pistones 301, 302 están conectados fijamente entre sí mediante una barra 30 de pistón. Los piñones 40, que pueden accionarse, por ejemplo, mediante motores eléctricos con engranaje y se enganchan en un dentado sujeto a la barra 30 del pistón, pueden accionar la barra 30 del pistón y, por esto, los pistones 301, 302 para compensar pérdidas de presión.

Los pistones se disponen de tal manera que trabajan en oposición de fase. Si un pistón se encuentra entonces en una posición en la cual el volumen de la cámara 202 de entrada es máximo y el volumen de la cámara 102 de salida es mínimo, entonces el otro pistón unido por la barra 30 de pistón se encuentra en una posición en la que el volumen de la cámara 201 de entrada es mínimo y el volumen de la cámara 101 de salida es máximo (véase la figura 2). En esta situación se llena la cámara 202 de entrada con agua y la cámara 101 de salida se llena con agua salobre concentrada. Las válvulas V1, V3, V4 y V6, que están mostradas aquí como interruptores, son controladas de tal manera que ahora V3 y V4 se cierran mientras que V1 y V6 se abren.

Una apertura de una válvula significa en este contexto la producción de una conexión de corriente para dejar pasar el flujo, para lo cual la válvula se abre además de manera puramente mecánica. De forma análoga, el cierre de una válvula significa la interrupción de una conexión de corriente para impedir un flujo, para lo cual la válvula se cierra además de manera puramente mecánica.

Mediante la apertura de la válvula V1 principal se escapa primeramente la presión del agua salobre concentrada a la cámara 101 de salida. Mediante la apertura de la válvula V6 principal se solicita la cámara 102 de salida con presión (por ejemplo, aproximadamente a 70 bares) y el agua salobre concentrada entra en esta cámara. Al mismo tiempo, el agua salobre que se encuentra en la cámara 202 de entrada es presionada mediante el pistón solicitado con presión hacia el módulo 3 de membrana.

Dado que los pistones están dispuestos de tal manera que trabajan en oposición de fase, la introducción del concentrado solicitado con presión (con, por ejemplo, 70 bares) en la cámara 102 de salida mediante la barra 30 de pistón provoca un movimiento del otro pistón 301 que con esto vacía la cámara 101 de salida sin presión. Al mismo tiempo se origina un vacío en la cámara 201 de entrada que succiona el agua salobre y llena esta cámara.

Si la cámara 102 de salida está llena, las válvulas principales se controlan correspondientemente y transcurre el proceso opuesto.

Dado que la membrana es accionada preferiblemente con aproximadamente 80 bares para realizar una producción de agua dulce lo suficientemente alta y para que en la membrana se presente como máximo una pérdida de presión de alrededor de 10 bares, en la salida 5 del concentrado del módulo 3 de membrana se facilitan al menos todavía los aproximadamente 70 bares de presión mencionados arriba del agua salobre concentrada.

Para descargar las válvulas principales de los cambios de presión altos, especialmente durante la apertura y el cierre, que provocan un desgaste de las válvulas principales están previstas según la invención, de forma paralela a las válvulas V1, V3, V4, V6 principales, válvulas secundarias o válvulas V2, V2', V5, V5' de derivación. Estas válvulas secundarias presentan una sección transversal claramente menor que las válvulas principales y una resistencia a la presión considerablemente más alta. Por esto, mediante un control adecuado de las válvulas secundarias puede reducirse claramente la carga de las válvulas principales y con ello puede aumentarse proporcionalmente su vida útil.

Además, está previsto un recipiente P de presión, que está unido con la salida del módulo 3 de membrana para el agua salobre concentrada y por eso está solicitado con la misma presión que la propia agua salobre concentrada, es decir, por ejemplo, aproximadamente con 70 bares. Las variaciones de presión que aparecen inevitablemente durante los accionamientos de las válvulas a consecuencia de pérdidas de volumen han de compensarse por esto para generar una presión de funcionamiento lo más constante posible en el módulo 3 de membrana.

Adicionalmente, entre la salida del módulo 3 de membrana para el agua salobre concentrada y las cámaras 101, 102 de salida están previstos varios limitadores R1, R2, R3 de caudal, mostrados como resistencias, que deben impedir una compensación de presión abrupta limitando el caudal máximo y, por tanto, deben contribuir a una compensación de presión paulatina y, con ello, a cambios de presión lentos en lugar de oscilaciones repentinas. Estos limitadores de caudal que actúan como "resistencias de corriente" pueden estar dimensionados de diferentes maneras.

Los dos limitadores R2, R3 de caudal dispuestos entre el pistón K2 y las válvulas V2, V2' secundarias, o entre el pistón K3 y las válvulas V5, V5' secundarias pueden permitir un caudal mayor que el limitador R1 de caudal dispuesto entre el pistón K1 y el recipiente P de presión ya que los limitadores R2 y R3 de caudal durante cada accionamiento de las válvulas V2, V2' o V5, V5' secundarias contiguas han de permitir una compensación de presión en un tiempo aceptable. Por el contrario, R1 está continuamente conectado con la salida del concentrado del módulo 3 de membrana, de manera que puede tener lugar una compensación de presión ininterrumpidamente en el recipiente P de presión. Por eso, el limitador R1 de caudal puede presentar una alta resistencia a la corriente y permitir únicamente un flujo reducido. El desacoplamiento del circuito del concentrado del módulo 3 de membrana es correspondientemente fuerte, de modo que las repercusiones de las variaciones de presión en el módulo 3 de membrana son despreciablemente pequeñas. En este contexto ha de mencionarse también que las válvulas V3 y V6 principales únicamente son accionadas siempre que se haya producido ya una compensación de presión entre el nudo K1 y los nudos K2, K3 a través de las válvulas V2 y V5 secundarias. Las válvulas V3 y V6 principales se accionan siempre sin presión, de manera que en este caso no se origina ninguna variación de presión.

Mediante la configuración de las válvulas V2, V2', V5, V5' secundarias, que de todos modos presentan una sección transversal pequeña, se limita el caudal máximo posible de manera que estas válvulas secundarias puedan asumir automáticamente la función de los limitadores de caudal.

A continuación se describe ahora un ciclo de funcionamiento de un dispositivo según la invención mediante los diagramas de bloques mostrados en las figuras 2 y 3, así como mediante el organigrama mostrado en la figura 4. En este caso, los valores registrados en el diagrama mostrado en la figura 4 indican la disminución de presión mediante la válvula correspondiente en el momento del accionamiento.

La situación de partida es la situación mostrada en la figura 2. Los pistones 301, 302 en los dos dispositivos de pistón/cilindro han alcanzado en este momento la posición izquierda más exterior. Esto también está indicado en el organigrama de la figura 4 (véanse las dos columnas derechas). Las válvulas V3 y V4 principales están todavía abiertas. Dado que la disminución de presión a través de estas válvulas es 0, las dos válvulas se cierran sin presión (momento t1). A más tardar en este momento también deben cerrarse las válvulas V2 y V5' secundarias para separar los nudos K2 y K3 de la descarga del concentrado o de la salida del concentrado del módulo 3 de membrana. En este momento están cerradas todas las válvulas.

Para preparar el movimiento opuesto de los pistones 301, 302 se abre ahora la válvula V2' secundaria (momento t2) para disminuir la presión pendiente en el nudo K2 de aproximadamente 70 bares con respecto a la descarga del concentrado. Dado que la válvula V2' es una válvula secundaria con una sección transversal pequeña, el caudal es escaso. Se impide una variación de presión repentina mediante el limitador R2 de flujo o mediante la propia válvula V2' secundaria.

Al mismo tiempo, se abre la válvula V5 principal para solicitar con presión el nudo K3 sin presión después de vaciar el agua salobre concentrada de la cámara 102 de salida. Esta solicitación de presión se realiza también paulatinamente dado que el limitador R3 de caudal ha limitado el flujo. Por tanto, en el nudo K3 se forma la presión que está presente también en el nudo K1.

Dado que el nudo K1 está desacoplado de la válvula V5 principal mediante un limitador R1 de caudal con alta resistencia a la corriente, la compensación de presión se realiza desde el recipiente P de presión, que se rellena a su vez mediante el limitador R1 de caudal contra el nudo K1. Por tanto, la variación de presión en la descarga del concentrado del módulo 3 de membrana se determina fundamentalmente mediante las dimensiones de este limitador R1 de caudal, de manera que puede tener lugar una presión relativamente constante en el nudo K1.

Tan pronto como la presión en el nudo K2 disminuya mediante la válvula V2' secundaria y se haya formado la presión en el nudo K3 mediante la válvula V5 secundaria, pueden abrirse sin presión las válvulas V1 y V6 principales (momento t3) y comienza el movimiento opuesto de los pistones. Esto se indica mediante las flechas que se dirigen hacia la derecha en la figura 4.

En el momento t4 las válvulas V2' y V5 secundarias pueden volver a cerrarse. Sin embargo, este cierre de las válvulas V2' y V5 secundarias ha de realizarse como muy tarde en el momento t5 cuando los pistones 301, 302 hayan alcanzado la posición derecha más exterior (véase la figura 3).

Gracias al movimiento de los pistones desde la posición izquierda más exterior hasta la posición derecha más exterior, mediante la presión del agua salobre concentrada que entra en la cámara 102 de salida, ha sido presionada el agua salobre fuera de la cámara 202 de entrada en el módulo 3 de membrana con una presión de aproximadamente 80 bares (70 bares del concentrado que entra y 10 bares por un accionamiento). Al mismo tiempo, el agua salobre concentrada ha sido transportada sin presión desde la cámara 101 de salida a la descarga del concentrado y ha entrado agua salobre en la cámara 201 de entrada. Por tanto, en el momento t5 están cerradas todas las válvulas de nuevo y mediante un control correspondiente tiene lugar el mismo proceso en la dirección opuesta.

Llegados a este punto ha de indicarse que la bomba 1 no está prevista fundamentalmente para introducir agua 10 salada en las cámaras 201, 202 de entrada, sino que ha de impedir la formación de las llamadas cavitaciones, es decir, zonas con un vacío en la corriente de agua 10 salobre que entra en las cámaras 201, 202 de entrada. Debido a la corriente turbulenta estas zonas no son estables. El agua ambiental se succiona concretamente mediante este vacío y penetra en esta zona. Con esto se consiguen velocidades tan altas que se pueden sacar por completo partículas de las paredes de los conductos y de las válvulas lo que puede conducir rápidamente a daños que exigen un cambio de dichas piezas que vuelve a repetirse regularmente. En el caso del sistema de dos cámaras según la invención, es decir, a diferencia de los dispositivos conocidos, la bomba 10 no tiene una alta presión operacional sino que trabaja en cierto modo como un turbo-cargador en las máquinas de combustión con una presión escasa que es suficiente para no dejar aparecer cavitaciones al succionar el agua salobre.

La situación de partida es la situación mostrada ahora en la figura 3. Los pistones 301, 302 en los dos cilindros han alcanzado en este mismo momento la posición derecha más exterior. Esto se indica también en el organigrama mostrado en la figura 4. Las válvulas V1 y V6 todavía están abiertas. Dado que la disminución de presión por medio de las válvulas es cero, se cierran sin presión las dos válvulas (momento t5). Como más tarde en este momento han de cerrarse también las válvulas V2' y V5 secundarias para separar los nudos K2 y K3 de la descarga del concentrado o de la salida del concentrado del módulo 3 de membrana. Ahora todas las válvulas están cerradas.

Para preparar el movimiento opuesto de los pistones 301, 302 ahora se abre la válvula V5' secundaria (momento t6) para disminuir la presión de aproximadamente 70 bares que se presenta en el nudo K3 con respecto a la salida del concentrado. Dado que la válvula V5' es una válvula secundaria con una sección transversal pequeña, el caudal es escaso. Gracias al limitador R3 de caudal se impide una variación de presión repentina.

Al mismo tiempo, se abre la válvula V2 secundaria para solicitar con presión el nudo K2 sin presión después de vaciar el agua salobre concentrada de la cámara 101 de salida. Esta solicitación de presión tiene lugar también paulatinamente dado que el limitador R2 de caudal limita el flujo. En el nudo K2 se forma la presión que también está en el nudo K1. Dado que el nudo K1 se ha desacoplado de la válvula V2 secundaria mediante un limitador R1 de caudal con alta resistencia a la corriente, tiene lugar la compensación desde el acumulador P de presión, que se llena nuevamente mediante el limitador R1 de caudal.

Tan pronto como la presión en el nudo K3 haya disminuido a través de la válvula V5' secundaria y se forme la presión en el nudo K2 a través de la válvula V2 secundaria, pueden abrirse sin presión las válvulas V3 y V4 principales (momento t7) y comienza el movimiento opuesto de los pistones. Esto se indica en la figura 4 mediante la flecha que indica hacia la izquierda.

En el momento t8 pueden cerrarse de nuevo las válvulas V5' y V2 secundarias. Sin embargo, este cierre de las válvulas V5' y V2 secundarias ha de realizarse como muy tarde en el momento t11 del siguiente ciclo cuando los pistones 301, 302 hayan alcanzado la posición izquierda más exterior (véase figura 2).

Gracias al movimiento de pistones desde la posición derecha más exterior a la posición izquierda más exterior mediante la presión del agua salobre concentrada que entra en la cámara 101 de salida, el agua salobre ha sido presionada con una presión de 80 bares fuera de la cámara 201 de entrada al módulo 3 de membrana. Al mismo tiempo el agua salobre concentrada ha sido transportada sin presión fuera de la cámara 102 de salida hacia la salida del concentrado y ha entrado agua salobre en la cámara 202 de entrada.

Por consiguiente, en el momento t1 del siguiente ciclo todas las válvulas están cerradas de nuevo y mediante un control correspondiente tiene lugar el mismo proceso en la dirección opuesta. La línea de puntos y rayas en el organigrama de la figura 4 indica el final de un ciclo y, a la vez, el comienzo de un nuevo ciclo.

A partir de los datos de presión en las válvulas individuales puede detectarse que las válvulas principales siempre operan sin presión, mientras que las válvulas secundarias, que están dimensionadas adecuadamente, están solicitadas con una alta presión únicamente al abrirse.

En esto se basa la ventaja determinante de la presente invención.

Un cierre hermético entre el pistón y el cilindro correspondiente del dispositivo pistón/cilindro no es obligatoriamente necesario dado que una pequeña mezcla de los dos líquidos no influye de forma considerable en la acción del dispositivo. Por el contrario un cierre estanco del cilindro sí es obligatoriamente necesario en la salida de la barra del pistón.

Puede preverse también registrar continuamente la posición actual de los pistones. Este registro de la posición es importante dado que ha de impedirse una colisión entre los pistones y los cilindros para evitar daños. En este caso la posición de los pistones puede registrarse directamente en el cilindro o indirectamente, por ejemplo, en la barra del pistón.

Dado que una bomba para complementar la pérdida de presión se solicita en gran medida, por un lado, por la alta presión y, por otro lado, por el medio agresivo del agua salobre y, en correspondencia, está expuesta a fallos, la presente invención sustituye una bomba de este tipo fundamentalmente o completamente por un accionamiento de la barra de pistón, con lo que las pérdidas de presión se compensan.

El recipiente de presión suaviza las variaciones de presión en la membrana. Otro suavizado de las variaciones de presión se produce mediante una disposición múltiple de un dispositivo según la invención en un módulo de membrana, es decir, mediante una disposición de al menos dos dispositivos de compensación de presión que presentan en cada caso un par de dispositivos pistón/cilindro en un módulo de membrana, especialmente cuando éstos trabajan desfasados entre sí, de manera que en un momento t1 sólo los pistones de un dispositivo de compensación de tensión en cada caso están en la posición izquierda o derecha más exterior. En este caso puede estar previsto, según el diseño, un accionamiento común para todos los dispositivos de compensación de presión o también un accionamiento independiente para cada dispositivo de compensación de presión.

La invención no se limita a la forma de realización mostrada, especialmente el dispositivo de compensación de presión puede estar configurado también de otro modo. Por ejemplo, pueden concebirse configuraciones con varios pares de dos dispositivos pistón/cilindro y/o diferentes dispositivos pistón/cilindro o configurados de diferente modo. También los valores indicados son solamente ejemplos para aclarar la invención, de modo que también pueden producirse, por ejemplo, otras relaciones de presión en el caso de una geometría modificada de los pistones.

Con el procedimiento según la invención y el dispositivo según la invención se consigue un rendimiento muy alto en la recuperación de energía que asciende a al menos el 90%. La bomba de transporte necesita generar solamente una fracción, que depende de la cantidad tomada, de la presión operacional necesaria para la ósmosis inversa de aproximadamente 70 a 80 bares, lo que arrastra consigo una alta reducción de costes y ventajas en el mantenimiento. En general, se reducen claramente con ello los costes de fabricación para un dispositivo para desalinizar agua y preparar agua potable. La geometría de los pistones no se limita a una única posibilidad. Según el contenido de sal del agua puede o podría adaptarse la presión osmótica. En el caso de aguas salinas, con contenido de sal mínimo, puede elegirse una presión más baja.

Claims (13)

1. Procedimiento para desalinizar agua por ósmosis inversa, especialmente para desalinizar agua de mar, en el que el agua (10) salobre se introduce bajo una primera presión (p_{1}) en un dispositivo (2) de compensación de presión y es conducida por el dispositivo (2) de compensación de presión bajo una segunda presión (p_{2}) más alta a un módulo (3) de membrana, de modo que desde el módulo (3) de membrana sale agua (12) desalinizada y agua (13) salobre concentrada, de modo que el agua (13) salobre concentrada conducida fuera del módulo (3) de membrana se introduce continuamente en el dispositivo (2) de compensación de presión bajo aproximadamente la segunda presión (p_{2}) y allí se utiliza para solicitar el agua (10) salobre introducida en el dispositivo (2) de compensación de presión con aproximadamente la segunda presión (p_{2}) y para introducir el agua (11) salobre en el módulo (3) de membrana, y de modo que la introducción del agua (13) salobre concentrada en el dispositivo (2) de compensación de presión y la evacuación del agua (14) salobre concentrada desde el dispositivo (2) de compensación de presión tiene lugar mediante válvulas (V1, V3, V4, V6) principales controladas, de modo que se controlan válvulas (V2, V2', V5, V5') secundarias dispuestas paralelamente a las válvulas (V1, V3, V4, V6) principales, de tal manera que se reducen los picos de carga al abrir y/o cerrar las válvulas (V1, V3, V4, V6) principales, para lo cual las válvulas (V2, V2', V5, V5') secundarias se abren durante la apertura o el cierre de la válvula (V1, V3, V4, V6) principal dispuesta en cada caso paralela a éstas, caracterizado porque mediante un recipiente (P) de presión dispuesto en la entrada del dispositivo (2) de compensación de presión por el cual es introducida el agua (13) salobre concentrada fuera del módulo (3) de membrana se compensan las variaciones de presión.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque el agua (13) salobre concentrada se introduce, desde el módulo (3) de membrana, a una cámara (101, 102) de salida de uno de al menos dos dispositivos (401, 402) pistón/cilindro del dispositivo (2) de compensación de presión bajo aproximadamente la segunda presión (p_{2}) y allí actúa sobre el pistón (301, 302) de tal manera que el agua (10) salobre introducida en una cámara (201, 202) de entrada del mismo dispositivo (401, 402) pistón/cilindro es conducida bajo aproximadamente la segunda presión (p_{2}) al módulo (3) de membrana.

3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado porque el agua (13) salobre concentrada se introduce alternando en la cámara (101, 102) de salida de uno de los dispositivos (401, 402) pistón/cilindro, por lo que, en cada caso, al mismo tiempo el agua (11) salobre es conducida fuera de la cámara (201, 202) de entrada del mismo dispositivo (401, 402) pistón/cilindro al módulo (3) de membrana y porque, al mismo tiempo, se introduce agua (10) salada en la cámara (201, 202) de entrada de otro dispositivo (401, 402) pistón/cilindro bajo la primera presión (p_{1}), por lo que desde la cámara (101, 102) de salida del mismo dispositivo (401, 402) pistón/cilindro el agua (14) salobre concentrada es conducida hacia fuera bajo una pequeña presión.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque los dispositivos (401, 402) pistón/cilindro del dispositivo (2) de compensación de presión están controlados de tal manera que en cada caso se introduce al mismo tiempo agua (10) salobre en la cámara (201, 202) de entrada de al menos un dispositivo (401, 402) pistón/cilindro, agua (14) salobre concentrada es conducida hacia fuera desde la cámara (101, 102) de salida del mismo dispositivo (401, 402) pistón/cilindro, se introduce agua (13) salobre concentrada en la cámara (101, 102) de salida de al menos otro dispositivo (401, 402) pistón/cilindro y se alimenta agua (11) salobre procedente de la cámara (201,202)de entrada del mismo dispositivo (401, 402) pistón/cilindro al dispositivo (3) de membrana.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (2) de compensación de presión presenta dos dispositivos (401, 402) pistón/cilindro que trabajan en oposición de fase, y porque los pistones (301, 302) de los dispositivos (401, 402) cilindro/pistón están unidos por una barra (30) de pistón.

6. Procedimiento según la reivindicación 5, caracterizado porque la barra (30) de pistón se acciona mediante un accionamiento.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la sección transversal de las válvulas (V2, V2', V5, V5') secundarias es más pequeña que la sección transversal de las válvulas (V1, V3, V4, V6) principales.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los caudales máximos son controlados mediante limitadores (R1, R2, R3) de caudal en las tuberías de alimentación hacia las válvulas (V2, V2', V5, V5') secundarias, a través de las válvulas (V2, V2', V5, V5') secundarias.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las válvulas (V2, V2', V5, V5') secundarias están abiertas únicamente durante el proceso de apertura o cierre de la válvula (V1, V3, V4, V6) principal dispuesta en cada caso paralela a éstas.

10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el control de las válvulas principales y secundarias se realiza de tal manera que las válvulas principales se conectan sin presión.

11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la posición de los pistones (301, 302) se determina de forma continua.

12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo (2) de compensación de presión presenta varios pares de dispositivos (401, 402) cilindro/pistón conectados en cada caso mediante una barra (30) de pistón, y porque los pares trabajan desfasados.

13. Dispositivo para realizar el procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores con una bomba (1) de transporte para introducir agua (10) salobre en el dispositivo (2) de compensación de presión y con un módulo (3) de membrana para separar el agua (11) salobre introducida desde el dispositivo (2) de compensación de presión en agua (12) desalinizada y agua (13) salobre concentrada, de manera que entre el módulo (3) de membrana y el dispositivo (2) de compensación de presión está dispuesto en cada caso un conducto (4) de conexión que está en funcionamiento continuamente bajo aproximadamente la segunda presión (p_{2}) para alimentar el agua (13) salobre concentrada desde el módulo (3) de membrana al dispositivo (2) de compensación de presión y para alimentar el agua (11) salobre desde el dispositivo (2) de compensación de presión al módulo (3) de membrana, y de modo que están previstas válvulas (V1, V3, V4, V6) principales controladas para introducir el agua (13) salobre concentrada en el dispositivo (2) de compensación de presión y para evacuar el agua (14) salobre concentrada desde el dispositivo (2) de compensación de presión, de modo que están dispuestas válvulas (V2, V2', V5, V5') secundarias controladas paralelas a las válvulas (V1, V3, V4, V6) principales para reducir los picos de carga al abrir y/o cerrar las válvulas (V1, V3, V4, V6) principales, para lo cual las válvulas (V2, V2', V5, V5') secundarias están abiertas durante la apertura o el cierre de la válvula (V1, V3, V4, V6) principal dispuesta en cada caso paralela a éstas, caracterizado porque en la entrada del dispositivo (2) de compensación de presión, a través del cual se introduce el agua (13) salobre concentrada fuera del módulo (3) de membrana, está dispuesto un recipiente (P) de presión para compensar las variaciones de presión.