ES2320543T3 - Dispositivo de purificacion de agua con una unidad de diafragma que suministra agua a mayor presion. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de purificación de agua con una bomba de fluido, una unidad de diafragma que tiene un diafragma que separa un lado primario de un lado secundario, y un consumidor que tiene una necesidad de presión, estando conectada la bomba de fluido con el lado primario y estando conectado el consumidor al lado secundario, suministrando la bomba (2) de fluido la presión (P2) al consumidor (18) a través del diafragma (9), en donde el lado primario (7) está conectado con dispositivo de control de presión que controla la presión (P1) en el lado primario (7) según la presión (P2) en el lado secundario (8), y el consumidor (18) tiene una entrada de presión que está conectada al lado secundario (8), caracterizado porque el dispositivo de control de presión tiene una válvula (10) de control que está dispuesta en una tubería de conexión entre la bomba (2) de fluido y la unidad (6) de diafragma y la válvula (10) de control tiene un elemento (11) de válvula que es actuado en la dirección de apertura por la presión (P2) en el lado secundario (8) y en la dirección de cierre por la presión (P1) en el lado primario (7).
Description
Dispositivo de purificación de agua con una
unidad de diafragma que suministra agua a mayor presión.
La invención se refiere a un dispositivo de
purificación de agua con una bomba de fluido, una unidad de
diafragma que tiene un diafragma que separa un lado primario de un
lado secundario, y un consumidor que necesite agua purificada a una
mayor presión, estando conectada la bomba de fluido con el lado
primario y estando conectado el consumidor al lado secundario.
Un dispositivo de purificación de esta clase se
conoce por el documento norteamericano 6.139.740. Por medio de la
bomba de fluido, el fluido se bombea al lado primario a una presión
relativamente alta. Según el principio de ósmosis inversa, el agua
penetra entonces en el lado secundario. Durante esta penetración, el
agua es desmineralizada o purificada. Con el fin de simplificar la
siguiente explicación, el agua presente en el lado secundario se
denomina solamente "agua del lado secundario".
El agua del lado secundario se recoge usualmente
en un depósito, desde el cual está a disposición del consumidor. El
consumidor tiene entonces la posibilidad de sacar, en caso
necesario, la cantidad requerida de agua del lado secundario.
Un sistema de esta clase se describe en las
NOTAS TÉCNICAS NTIS "SISTEMA DE FURIFICACIÓN DE AGUA
AUTOMATIZADO", DEPARTAMENTO DE COMERCIO DE ESTADOS UNIDOS,
SPRINGFIELD, VA, US, 1 de abril de 1989
(01-04-1989), páginas 278,
1-2, XP000033609 ISSN: 0889-8464. El
agua desmineralizada se alimenta a un depósito de
almacenamiento.
El documento DE 101 12 725 A1 describe una
planta de ósmosis inversa que tiene una bomba de fluido y dos
unidades de diafragma dispuestas en paralelo, teniendo cada unidad
de diafragma un diafragma que separa un lado primario de un lado
secundario. El agua purificada por las unidades de diafragma se
alimenta a una salida desde la cual un consumidor puede sacar una
cantidad requerida de agua del lado secundario. Parte del agua
alimentada por la bomba puede dirigirse alrededor de la unidad de
diafragma hacia el agua del lado secundario.
El documento DE 198 18 692 C1 muestra un método
para supervisar una planta de ósmosis inversa en la que el agua del
lado secundario se alimenta a una canalización anular desde la cual
un usuario puede sacar el agua necesaria. En casos de emergencia,
cuando la unidad de diafragma u otras partes no funcionan bien el
agua del lado primario puede alimentarse directamente a la
canalización anular.
El documento DE 43 31 102 A1 muestra una planta
de ósmosis inversa y un método para controlar tal planta. El agua
del lado secundario se usa para diálisis.
En RESUMENES DE PATENTES DE JAPÓN vol. 1998,
número 3, 27 de febrero de 1998
(27-02-1998) & JP 9 299944 A se
muestra otro dispositivo productor de agua dulce que tiene una
membrana de ósmosis inversa.
Sin embargo, en algunas aplicaciones el
consumidor necesita el agua del lado secundario a una mayor presión.
Un ejemplo de tal aplicación es un sistema pulverizador, con el que
puedan irrigarse plantas. Para permitir la pulverización del agua
del lado secundario a través de unos orificios se necesitan
presiones mayores, por ejemplo de más de 30 bares. Una presión de
pulverización usual para el agua del lado secundario es incluso de
70 bares. Otro ejemplo de la aplicación del agua del lado secundario
es la denominada hidráulica de agua, cuyos componentes se venden
con el nombre de "Nessie" por Danfoss A/S, Nordborg,
Dinamarca.
Con el fin de poner el agua del lado secundario
a la mayor presión deseada, se emplean una o más bombas, que se
disponen entre el depósito de contención del lado secundario de la
unidad de diafragma y el consumidor. Esta bomba pone el agua del
lado secundario a la mayor presión deseada. Sin embargo, se ha
descubierto que con agua desmineralizada las bombas de agua
requeridas tiene una vida útil relativamente corta. La vida es
sustancialmente más corta que con el uso de agua "normal" o no
purificada. Incluso con agua salada la vida es más larga.
La invención se basa en la tarea de proporcionar
al consumidor el agua del lado secundario a una mayor presión.
Con un dispositivo de purificación como el
mencionado en la introducción, esta tarea se soluciona por las
características de la reivindicación 1.
Esto significa aprovechar el hecho de que en el
lado secundario ya está disponible una presión alta, la cual se
dirige inmediatamente al consumidor. En este caso será suficiente
una sola bomba, la cual se dispone sobre el lado primario de la
unidad de diafragma. Esta bomba de fluido puede bombear entonces
agua con contenido mineral o no purificada, lo cual prolonga
sustancialmente su vida útil. El rango de presión de 35 a 180 bares
es un rango de presión, en el cual pueden funcionar muchos
consumidores que requieran una presión de entrada incrementada.
Preferiblemente, el dispositivo de control
establece una caída de presión a través del diafragma con un valor
predeterminado. Esta realización tiene al menos dos ventajas. En
primer lugar, el control de la caída de presión permite una
influencia sobre la eficiencia del diafragma. Cuanto mayor sea la
caída de presión, tanto más pobre será generalmente la eficiencia.
En segundo lugar, también la vida útil del diafragma puede ser
influenciado positivamente. Con una caída de presión más pequeña,
la vida útil es extendida. De este modo, la caída de presión a
través del diafragma se elige según la necesidad y se fija en
consecuencia. Esto brindará un modo de funcionamiento del
dispositivo de purificación de agua con bajos costes.
Se garantiza que el lado primario esté conectado
con un dispositivo de control de presión, que controla la presión
en el lado primario según la presión del lado secundario, y que el
consumidor tenga una entrada de presión que esté conectado al lado
secundario. Con esta realización, el consumidor recibe el agua del
lado secundario a una presión mayor inmediatamente desde la salida
del lado secundario de la unidad de diafragma. En consecuencia, ya
no resulta necesario poner a una mayor presión el agua del lado
secundario por medio de bombas. Es decir, la mayor presión en el
lado secundario es un "producto de desecho" de la ósmosis
inversa. Sin embargo, como tiene lugar una cierta caída de presión
a través del diafragma de la unidad de diafragma, se dispone el
dispositivo de control de presión, el cual controla la presión en el
lado primario según la presión del lado secundario. De este modo,
cuando se prescribe una presión en el lado secundario, entonces la
presión en el lado primario está siempre controlada de modo que
pueda lograrse la presión deseada o prescrita en el lado
secundario. De este modo, el funcionamiento del dispositivo de
purificación de agua está relacionado con un esfuerzo de control
algo incrementado. Sin embargo, bastará una sola bomba de fluido que
esté dispuesta en el lado primario de la unidad de diafragma. Esta
bomba de fluido bombea agua, que aún no esta desmineralizada o
purificada. En consecuencia, se extiende la vida de la bomba.
El dispositivo de control de presión tiene una
válvula de control, que está dispuesta en una tubería de conexión
entre la bomba de fluido y la unidad de diafragma. De este modo, la
válvula de control controla el flujo de agua que se ha de purificar
hacia la unidad de diafragma. Cuanto más se abra la válvula de
control, tanto mayor se hará la presión en el lado primario. Cuando
la válvula de control se cierra adicionalmente, cae la presión en
el lado primario. Una condición de esto es que el lado primario
tenga una salida para el agua que se ha de purificar, de modo que
el agua fluyente pueda crear una caída de presión en la válvula de
control, la cual es responsable de la presión en el lado primario
y, por tanto, de la presión del lado secundario de la unidad de
diafragma.
La válvula de control tiene un elemento de
válvula, el cual es actuado en la dirección de apertura por la
presión sobre el lado secundario y en la dirección de cierra por la
presión sobre el lado primario. Adicionalmente, un resorte de
apertura actúa sobre el elemento de válvula. La caída de presión a
través del diafragma se corresponde con la fuerza del resorte de
apertura que actúa sobre el elemento de válvula. De este modo, la
caída de presión a través del diafragma y, por tanto, la presión
sobre el lado secundario de la unidad de diafragma pueden
establecerse de una manera sencilla.
Preferiblemente, el lado primario tiene una
disposición de salida de fluido, en la cual está dispuesto un
regulador ajustable. Por medio del regulador ajustable pueden
establecerse el flujo en volumen del agua del lado primario que
fluye hacia fuera y, por tanto, también la presión sobre el lado
primario. Esta es una manera relativamente sencilla de proporcionar
la presión deseada sobre el lado primario del diafragma.
Preferiblemente, una válvula desplazable está
dispuesta en paralelo con el regulador. La válvula desplazable
puede tener sencillamente la forma de una válvula de
conexión/desconexión que es activada, por ejemplo, por un
accionamiento magnético. La válvula desplazable simplifica la
limpieza del lado primario de la unidad de diafragma. La válvula
desplazable puede abrirse sencillamente y dirigir una gran cantidad
del fluido del lado primario a través del lado primario de la
unidad de diafragma. Este fluido puede entonces eliminar impurezas
que puedan haberse depositado en el lado primario.
Asimismo, es ventajoso que el dispositivo de
control de presión controle la presión sobre el lado primario según
la calidad del agua que se ha de purificar. Por ejemplo, la
diferencia de presión a través del diafragma es menor con agua
potable que con agua impurificada. Son necesarias las diferencias de
presión más altas con agua salada. El dispositivo de control puede
ser conmutado por el usuario, que conoce el área de aplicación del
dispositivo de purificación de agua. Ahora bien puede disponerse un
sensor en la fuente de agua, que genere una señal de salida que sea
necesaria para establecer la presión.
Se prefiere que el dispositivo de control de
presión establezca una diferencia de presión a través del diagrama
como sigue:
Con agua potable: de 3 a 7 bares
Con agua impurificada: de 7 a 30 bares
Con agua salada: de 30 a 80 bares.
En estos rangos, tienen lugar los efectos
deseados de la ósmosis inversa, de modo que esté disponible agua
del lado secundario como agua sustancialmente desmineralizada.
Preferiblemente, el consumidor tiene una
válvula, la cual se abre a una presión mínima predeterminada. De
este modo, se garantiza que el consumidor pueda recibir o consumir
únicamente el agua del lado secundario, cuando el agua del lado
secundario esté disponible en el lado secundario de la unidad de
diafragma con la presión deseada.
A continuación, la invención se describe en
detalle sobre la base de una realización preferida en relación con
el dibujo, que muestra:
La figura única, una vista esquemática de un
dispositivo de purificación de agua.
Un dispositivo 1 de purificación de agua
mostrado esquemáticamente tiene una bomba 2, la cual es accionada
por un motor 3. La bomba 2 existe con la forma de una bomba de
fluido, la cual bombea agua desde una fuente 4, por ejemplo una
tubería de agua dulce, un depósito de agua o desde el mar.
Preferiblemente, la bomba 2 de fluido es una bomba de
desplazamiento positivo del tipo de pistón axial. Entre la fuente 4
y la bomba 2 está dispuesto un filtro 5, el cual filtra impurezas
del agua.
La bomba 2 es una bomba de agua. Tal bomba 2
está disponible en la gama de productos "Nessie" de Danfoss
A/S, Nordborg, Dinamarca. En tanto el agua procedente de la fuente
4 aún no haya sido desmineralizada, la bomba funciona
satisfactoriamente con una vida útil suficientemente larga, incluso
cuando el agua no tiene propiedades lubricantes como otros fluidos
hidráulicos, por ejemplo aceite hidráulico.
El dispositivo 1 tiene una unidad 6 de diafragma
con un lado primario 7 y un lado secundario 8. Entre el lado
primario 7 y el lado secundario 8 está situado un diafragma 9,
mostrado únicamente de manera esquemática. Se muestra una sola
unidad 9 de diafragma. Sin embargo, pueden disponerse en paralelo
varias unidades de diafragma (no mostradas en detalle), siendo
conectadas o desconectadas las unidades de diafragma individuales,
por ejemplo según el consumo. Con esta finalidad, pueden usarse
válvulas de solenoide.
Por medio del diafragma 9, se desmineraliza o
purifica el agua según el principio de ósmosis inversa. Con esta
finalidad, el agua debe estar disponible en el lado primario 7 con
una presión relativamente alta. Una parte del agua penetra en el
diafragma 9 y está entonces disponible en el lado secundario 8 como
agua del lado secundario, la cual, por ejemplo, está desalada,
purificada o en general desmineralizada.
Entre la bomba 2 y el lado primario 7 de la
unidad 6 de diafragma está situada una válvula de control 10 de un
dispositivo de control de presión. La válvula de control 10 tiene un
elemento 11 de válvula que es actuado en la dirección de cierre por
una presión P1 en el lado primario y en la dirección de apertura por
una presión P2 en el lado secundario 8 de la unidad 6 de diafragma.
Alternativamente, la presión entre la bomba 2 de fluido y la
válvula de control 10 puede actuar sobre el elemento 11 de válvula
en la dirección de cierre. De este modo, se puede lograr que una
acumulación de presión repentina no tenga un efecto dañino sobre el
diafragma 9. En principio, puede realizarse una "válvula de
choque" con esta realización. Adicionalmente, un resorte 12 de
apertura actúa sobre el elemento 11 de válvula en la dirección de
apertura. De hecho, el resorte 12 de apertura define una caída de
presión a través del diafragma 9.
Entre el lado secundario 8 y la válvula de
control 10 está situada una línea 13 de señal que puede, por
ejemplo, transferir la presión del lado secundario 8 a la válvula
de control 10. Sin embargo, también es posible usar la línea de
señal 13 para la transferencia de otras señales, por ejemplo,
señales eléctricas, cuando un sensor o transmisor de señal
correspondiente está situado en el lado secundario 8 y se sitúa en
la válvula de control 10 un mecanismo de accionamiento que
reacciona a una señal correspondiente.
El lado primario 7 tiene una disposición de
salida de fluido, en la cual se coloca un regulador ajustable 14.
Ajustando el regulador 14 puede cambiarse la presión sobre el lado
primario 7. Este cambio puede hacerse manualmente. Sin embargo,
también es posible ajustar el regulador 14 por medio de un
dispositivo de control 15, que está conectado con un sensor 26 que
detecta la calidad del agua procedente de la fuente 4. Por ejemplo,
puede demandarse que se suministre el agua al lado primario 7 a una
presión mayor, cuando el agua está más fuertemente contaminada o
cuando se trata de agua salada. Sin embargo, con agua potable se
necesita una presión inferior. Según se muestra esquemáticamente,
el dispositivo de control 15 también puede actuar sobre el resorte
12 de apertura para cambiar la diferencia de presión a través del
diafragma 9. Con el control, es posible controlar la caída de
presión a través del diafragma 9. Esto resulta ventajoso, porque la
eficiencia del diafragma 9 depende de la caída de presión. Por
ejemplo, a 20 bares el diafragma tiene una eficiencia del 80%,
mientras que a 65 bares la eficiencia es únicamente del 35%.
Además, la vida útil del diafragma se reduce con una mayor caída de
presión.
En paralelo con el regulador 14 está dispuesta
una válvula 16, por ejemplo una válvula de solenoide, que tiene un
accionamiento magnético 17. Según se muestra, está válvula puede
estar cerrada, cuando funciona la unidad 6 de diafragma con el fin
de desmineralizar el agua. Sin embargo, también puede estar abierta
con el fin de permitir que fluya un fluido más o menos regulado a
través del lado primario 7. Con tal flujo de agua pueden retirarse,
por ejemplo, impurezas que se hayan depositado en el lado primario 7
de la unidad 6 de diafragma. Con tal purificación, se eliminan
tanto las impurezas como otros elementos no deseados, por ejemplo
minerales.
Se ha descubierto que por medio del dispositivo
de control de presión puede establecerse una presión P2 en el lado
secundario 8 de la unidad 6 de diafragma, la cual ventajosamente
está en el rango de 35 a 180 bares. Cuando se purifica agua
potable, la caída de presión a través del diafragma 9, es decir, la
diferencia de P1 menos P2 está preferiblemente en el rango de 3 a 7
bares, cuando se usa agua impurificada está preferiblemente en el
rango de 7 a 30 bares y cuando se usa agua salada está
preferiblemente en el rango de 30 a 80 bares.
El lado secundario 8 está conectado con una
entrada 23 de presión de un consumidor 18, por ejemplo una unidad
de orificio con unos orificios 19 mostrados sólo esquemáticamente, a
través de los cuales deberá pulverizarse el agua desmineralizada.
Se requiere una presión predeterminada para pulverizar el agua.
Entre la unidad 19 de orificio y el lado secundario 8 puede
situarse una válvula 20, la cual no se abre hasta que se ha
alcanzado una presión predeterminada. Esta presión está definida
por un resorte 21 de cierre. Un elemento 22 de válvula es actuado
contra la fuerza del resorte 21 de cierre por la presión P2 sobre el
lado secundario 8. Cuando la presión P2 en el lado secundario 8
supera la fuerza del resorte 21 de cierre, el elemento 22 de válvula
se desplaza de modo que se abra la válvula 20.
El consumidor 18 también puede convertirse en un
almacén de presión o un acumulador. El dispositivo de purificación
de agua también puede usarse para suministrar agua a edificios o
drenajes situados en posiciones altas, por ejemplo una cabaña de
montaña. La bomba 2 de fluido está situada entonces en el valle y
únicamente bombea agua "no purificada", estando situada la
unidad 6 de diafragma después de la bomba 2 de fluido, de modo que
únicamente el agua purificada alcanzará la "cima".
De una manera no mostrada en detalle, los
componentes de seguridad están, por supuesto, dispuestos en todas
partes del sistema hidráulico del dispositivo de purificación de
agua en donde sean necesarios. Por ejemplo, una válvula de choque
(válvula de sobrepresión) puede estar disponible en la salida de la
bomba 2 de fluido para evitar daños a la bomba, cuando está cerrada
la válvula de control 10.
Claims (8)
1. Dispositivo de purificación de agua con una
bomba de fluido, una unidad de diafragma que tiene un diafragma que
separa un lado primario de un lado secundario, y un consumidor que
tiene una necesidad de presión, estando conectada la bomba de
fluido con el lado primario y estando conectado el consumidor al
lado secundario, suministrando la bomba (2) de fluido la presión
(P2) al consumidor (18) a través del diafragma (9), en donde el lado
primario (7) está conectado con dispositivo de control de presión
que controla la presión (P1) en el lado primario (7) según la
presión (P2) en el lado secundario (8), y el consumidor (18) tiene
una entrada de presión que está conectada al lado secundario (8),
caracterizado porque el dispositivo de control de presión
tiene una válvula (10) de control que está dispuesta en una tubería
de conexión entre la bomba (2) de fluido y la unidad (6) de
diafragma y la válvula (10) de control tiene un elemento (11) de
válvula que es actuado en la dirección de apertura por la presión
(P2) en el lado secundario (8) y en la dirección de cierre por la
presión (P1) en el lado primario (7).
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el dispositivo de control establece una
caída de presión a través del diafragma (9) a un valor
predeterminado.
3. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 y 2, caracterizado porque el lado primario (7) tiene una
disposición de salida de fluido, en la cual está dispuesto un
regulador (14) ajustable.
4. Dispositivo según la reivindicación 3,
caracterizado porque una válvula desplazable (16) está
dispuesta en paralelo con el regulador (14).
5. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 4, caracterizado porque el dispositivo de control de
presión controla la presión (P1) en el lado primario (7) de modo que
la presión (P2) en el lado secundario (8) esté en un rango de 35 a
180 bares.
6. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 5, caracterizado porque el dispositivo de control de
presión controla la presión (P1) en el lado primario (7) según la
calidad del agua que se ha de purificar.
7. Dispositivo según la reivindicación 6,
caracterizado porque el dispositivo de control de presión
establece una diferencia de presión a través del diafragma con agua
potable en el rango de 3 a 7 bares, con agua impurificada en el
rango de 7 a 30 bares y con agua salada en el rango de 30 a 80
bares.
8. Dispositivo según una de las reivindicaciones
1 a 7, caracterizado porque el consumidor (18) tiene una
válvula (20) que se abre a una presión mínima predeterminada.
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