ES2328885A1 - Evaporador de aguas residuales y similares por energias renovables. - Google Patents
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Abstract
Sistema evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables, donde se obtiene un concentrado tratado como residuo o subproducto y un agua libre de sales u otros solutos que se pueden reutilizar, que comprende un condensador (5) y un colector solar térmico (6) por donde pasa el agua a tratar (1), calentándola lo suficiente antes de entrar en un evaporador (7) con un intercambiador de calor interno (11) también conectado a un colector solar térmico (19), donde un ventilador (12) introduce aire precalentado, y provocando aquí el máximo contacto aire-agua, evaporándose ésta y dejando en el fondo un concentrado cada vez menos fluido, que se vacía y se trata aparte usando energías renovables. El evaporador (7) posee al menos un canalillo interno (31) que recoge el agua condensada, con salida de vapores a través de un cuello (14), conectado al condensador (5) y a un depósito de recogida (17).
Description
Sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables.
La presente invención trata de un sistema
evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables,
capaz de concentrar en funcionamiento
semi-continuo, volúmenes medios de aguas residuales
de diversas calidades o aguas similares salobres, etc., con el fin
de eliminar los problemas medioambientales que surgen de su vertido
a cauce público o alcantarillado, o bien obtener agua dulce
directamente del agua del mar apta para consumo humano y un
subproducto.
\vskip1.000000\baselineskip
La invención consiste en un sistema ecológico a
base de energías renovables para concentrar hasta sequedad si se
desea ciertas aguas residuales que en la actualidad respetando la
legislación medioambiental tiene difícil salida.
El hecho es que las pequeñas y medianas empresas
que por su volumen de vertido o características están en el límite
de las soluciones clásicas para sus vertidos como construcción de
una depuradora más o menos compleja, con incluso un tratamiento
terciario, minimización por evaporación a presión atmosférica o a
vacío de efectos múltiples por termo-compresión,
congelación, formación de hidratos, compresión mecánica de vapor,
por técnicas de membrana, electro-diálisis,
intercambio iónico, etc. ó directamente por un gestor autorizado, y
siendo todas ellas de alto coste, por necesitar elevados consumos
energéticos y de transporte y además producen aguas de rechazo de
mayor concentración salina y contaminante.
Por ejemplo, las aguas de rechazo de las plantas
de ósmosis inversa (industriales o agrícolas), que actualmente se
vierten al alcantarillado, a ramblas o cauces cercanos, al mar, se
inyecta a acuíferos, se vierte a balsas de evaporación y en el
mejor de los casos a salmueroductos. También a aguas de empresas de
encurtidos, curtidos, queseras, conserveras, etc., de muy alta
contaminación y salinidad, así como purgas de calderas de vapor,
lavado de resinas de intercambio iónico, lavado de filtros de
arena, etc., y ya en menor medida directamente concentrar aguas
marinas o salobres donde otros métodos sean viables o complemento
de ellos. Se conoce la patente de invención ES 2185514, que
describe una planta para la obtención de agua exenta de sal a
partir de aguas marinas, a baja temperatura, con funcionamiento
continuo y recuperación de entalpía. Funciona por el sistema de
evaporación-condensación, que funciona en proceso
continuo, a baja temperatura y con recuperación de la energía
aportada. Consta de un evaporador cilíndrico con gran superficie de
evaporación y un condensador concéntrico con gran superficie.
La patente ES 2230937 describe un dispositivo
para la evaporación y condensación atmosférica de medios acuosos.
Puede constar de uno o más módulos, en los que cada uno consta,
como mínimo, de una zona de evaporación de agua y de una zona de
condensación basado en someter el agua a tratar a una primera fase
de evaporación en un panal de evaporación constituido por un
conjunto de conductos de rejilla de gran capacidad de retención de
agua formando lámina, de sección preferentemente triangular y
situados formando un conjunto de pasos para el aire y a una
posterior fase de condensación en un intercambiador de calor de
tubos aleteados, donde la energía térmica cedida por la corriente
de aire debida a la condensación del vapor de agua en el medio
condensante es transferida a un intercambiador de calor en la zona
de evaporación al objeto de aumentar la capacidad de absorción de
vapor de agua por la corriente de aire calentándola.
Se han planteado diversos procesos para la
destilación solar, pero todos ellos con serias limitaciones, bajos
rendimientos y no resuelve el tema de los concentrados y las
incrustaciones.
\vskip1.000000\baselineskip
El sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables, resuelve de forma eficaz la
problemática anteriormente expuesta en cada uno de los casos
detallados, a un bajo precio del aparato de evaporación por su
simplicidad y por el bajo consumo ocasional de energía no
renovable, lo que le hace muy superior a otros métodos.
Consiste en una planta evaporativa de aguas de
casi todo tipo, para obtener por energías renovables un concentrado
fácil de tratar como residuo o subproducto y un agua libre de sales
u otros solutos que se pueden reutilizar.
Para ello dicho sistema evaporador está
estructurado a partir de un tanque evaporativo, preferentemente de
plástico o poliéster reforzado con fibra de vidrio, para evitar la
corrosión u otro material acorde al tipo de aguas a tratar y de
color negro para absorber la máxima radiación solar, excepto en su
parte superior.
Partimos de la aguas a concentrar a temperatura
ambiente que previamente filtradas si fuese necesario y almacenadas
en un depósito con nivel de flotador y si es posible a más de
quince metros de altura para trabajar por gravedad o impulsadas por
una bomba alimentada por la red eléctrica o placas fotovoltaicas,
así como el resto de motores que impulsan las bombas de trasiego que
se describen más adelante, pasan a través del intercambiador
aleteando agua-aire donde se calientan dichas aguas
al condensar el vapor saturado transportado en el aire que impulsa
el ventilador que atravesando de abajo a arriba el tanque
evaporativo sale por el cuello y atraviesa el separador de gotas
optativo para seguridad del control de legionella según R.D.
865/2003 saliendo al exterior atmosférico por la chimenea. En el
interior del tanque la temperatura a alcanzar puede ser mayor de
80ºC.
Las aguas precalentadas por la condensación del
vapor de agua saturado en el aire siguen por el colector solar
térmico aumentando su temperatura para entrar al tanque
evaporativo, regulando el caudal por el flotador de nylon. Dicho
colector solar térmico puede estar en paralelo con una caldera de
apoyo "inteligente" eléctrica o a gas, de forma que solo
actuase en falta de radiación solar. El colector solar también
puede trabajar de esta forma.
Desde el tanque evaporativo por su parte
inferior una bomba y con un control de conductividad envía las
aguas (hasta que los parámetros prefijados los permitan) a la parte
superior del tanque entrando en su interior y proyectándose a
través de unas duchas sobre un intercambiador de calor interno o
condensador evaporativo, cayendo semi-concentradas a
la parte inferior del tanque por el efecto evaporativo y máximo
contacto aire-agua a través del intercambiador
donde un agitador las mantiene en movimiento para evitar las
incrustaciones y seguir evaporándolas con ayuda de la corriente de
aire del ventilador.
Esta agua cada vez más concentradas (lechada) y
jugando con el by-pass del colector solar y según el
tipo de aguas, volumen de aguas a tratar diario, que dimensionará
la planta evaporativa y por la noche cuando ya no hay radiación
solar se vacían al depósito con agitación donde se enfrían y
cristalizan las sales para con una bomba filtrarlas, vaciarlas a
balsa o centrifugarlas, de donde las aguas filtradas se incorporan
de nuevo al tanque y las sales o lodos se ensacan para residuo o
subproducto.
De otro lado el colector solar térmico y en
circuito cerrado y optativo, envía por efecto sifón preferentemente
un líquido caloportador al intercambiador donde se irá enfriando
por el efecto evaporativo en el tanque y regresará al colector, que
también enviará líquido calentado a la camisa inferior del tanque
evaporativo, así como al intercambiador aleteado que calentará el
aire fresco y seco que cruzará a contracorriente del agua, el tanque
evaporativo, saturándose de vapor. Un depósito puede almacenar un
exceso de calorías que se podrían utilizar al final del día.
El agua condensada en la cabeza del tanque a
través del canalillo interno de recogida se encauza por el cuello
con pendiente y en el intercambiador se condensa el agua procedente
del aire saturado de vapor que cruza el tanque evaporativo se
recoge en un depósito y con bomba una fracción se puede utilizar
para limpieza del sistema y el resto convenientemente tratada darle
una reutilización. La puerta de acceso nos permite el mantenimiento
del sistema.
De esta forma por efecto de radiación de un
cuerpo negro, del calor del aporte del agua de entrada del colector
solar térmico, del circuito del intercambiador/condensador
evaporativo calentado por el otro colector solar térmico y del
calentamiento en la recirculación por la camisa del tanque, se
garantiza un verdadero horno interno que de forma natura y con el
efecto adicional de la corriente de aire (a temperatura ambiente o
también precalentando por acción solar) del ventilador, se produce
una evaporación continua del agua de aporte, pudiéndose regular con
las distintas válvulas de paso, manualmente o con automatismos de
control de caudal a tratar y según los aumentos de temperatura del
agua al pasar por los distintos intercambiadores.
Así pues, se recrea con esta invención el efecto
de secado rápido, si conjugamos a la vez, al sol, una ligera brisa
y una sábana perfectamente extendida en un alambre frente a la misma
sábana pero enrollada, sin brisa, ni sol.
La relación de caudal de evaporación E es la
siguiente:
E(m^{3}/h) = Caudal\ de\
agua\ recirculación\ Q(m^{3}/h)\ x\ (T2 -
T1)/560;
dando la anterior relación la idea
del caudal evaporado; siendo (T2 - T1) el salto
térmico.
Un sistema de control de pH y redox dosificará
los reactivos necesarios para cumplir con la legislación medio
ambiental vigente, como R.D. 865/2003.
Se entiende que los equipos funcionan cuando la
radiación solar lo permite, a menos que dimensionemos sistemas de
acumulación de energía para bombas, ventilador, automatismos, etc.,
por medio de placas fotovoltaicas y térmicas, y que cuando dicha
radiación no lo permite (días nublados y noches), se ayudará a
voluntad con la alternativa de la red eléctrica y con una caldera
de calor clásica.
Los materiales, forma, disposición, tamaño,
etc., serán susceptibles de variación según el tipo de aguas,
siempre que ello no altere la esencia de la presente invención.
\vskip1.000000\baselineskip
Para completar la descripción que se está
realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las
características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente
de la realización práctica del mismo, se acompaña como parte
integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde con
carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo
siguiente:
La Figura 1.- muestra, según representación
esquemática en alzado, un sistema evaporador por energías
renovables de aguas residuales industriales diversas, ganaderas o
agrícolas.
El sistema evaporador de aguas residuales que se
propone, tal y como se aprecia en la Figura 1, muestra los
siguientes elementos:
- -
- Agua a tratar (1): representada por la flecha de la parte superior izquierda antes del comienzo del tratamiento en el evaporador de la invención. A partir de aquí, la dirección de las flechas va indicando el camino seguido por el agua, con los tratamientos por los que va pasando.
- -
- Filtro de agua (2).
- -
- Depósito con nivel de flotador (3).
- -
- Bomba (4)
- -
- Condensador (5)
- -
- Colector solar térmico (6)
- -
- Evaporador (7), que comprende los siguientes elementos:
- \circ
- Canalillo interno de recogida (31)
- \circ
- Duchas (10)
- \circ
- Cuello (14) conectado entre el evaporador (7) y el condensador (5)
- \circ
- Intercambiador de calor interno (11)
- \circ
- Puerta de acceso (32)
- -
- Bomba (9)
- -
- Ventilador (12)
- -
- Condensador aleteado (13)
- -
- Separador de gotas (15)
- -
- Chimenea (16)
- -
- Depósito de recogida (17)
- -
- Bomba (18)
- -
- Colector solar térmico (19)
- -
- Tanque (20) de almacenamiento
- -
- Camisa de agua inferior (21)
- -
- Agitador (22)
- -
- Depósito (23) con agitación (24)
- -
- Bomba (25)
- -
- Centrifugado (26)
- -
- Aguas filtradas (27) resultado de la operación
- -
- Sales o lodos (28).
La invención representado constituye un sistema
evaporador de aguas residuales y similares por energías renovables,
para obtener un concentrado fácil de tratar como residuo o
subproducto y un agua libre de sales u otros solutos que se pueden
reutilizar, que comprende un condensador (5) y un colector solar
térmico (6) a través de los cuales pasan el agua a tratar (1),
calentándolas lo suficiente antes de entrar en un evaporador (7) con
un intercambiador de calor interno (11) también conectado a un
colector solar térmico (19), donde un ventilador (12) introduce
aire precalentado, y provocando aquí el máximo contacto
aire-agua, evaporándose ésta y dejando en el fondo
un concentrado cada vez menos fluido, que se vacía y se trata
aparte, usando energías renovables como solar térmica, fotovoltaica
y eólica de bajo coste económico.
Dicho evaporador (7) es preferentemente
cilíndrico, de fondo tronco-cónico abombado, y de
color negro excepto en la parte superior con el fin de absorber la
máxima radiación solar. Posee al menos un canalillo interno (31),
un cuello (14), un intercambiador de calor interno (11) de gran
superficie, duchas (10) internas para dispensar el agua de
alimentación, y un ventilador (12), de modo que el canalillo
interno (31) recoge el agua condensada en el techo del evaporador
(7) con salida de vapores a través del cuello (14) de pendiente
descendente según sentido del aire, conectado al condensador (5) y a
un depósito de recogida (17). En la parte inferior dispone de un
agitador (22) dirigido hacia arriba a través de un cierre mecánico,
de resistencia química y física adecuada a cada tipo de aguas, con
una camisa de agua inferior (21) que recircula por fuera agua
caliente, y con una puerta de acceso (32) para el mantenimiento del
sistema.
En la parte superior, el evaporador (7) posee
salida de aire por chimenea (16), con un separador de gotas (15) de
seguridad en tramo inclinado hacia arriba según sentido del aire, y
una salida del agua condensada hacia el depósito (17), tratada
según destino, y una fracción de la misma que se utiliza para la
limpieza periódica del sistema.
Los colectores solares (6, 19) utilizados son
preferentemente planos o cilindro parabólicos, y calientan tanto el
agua de alimentación, como el agua del circuito cerrado que
calienta el agua de alimentación ya precalentada y dispersa por las
duchas internas (10), el agua de la camisa (21) del fondo del
evaporador (7), y el agua de recirculación a través del
intercambiador aleteado (13) que caliente el aire impulsado por el
ventilador (12) atravesando el evaporador (7). Una bomba (9) de
recirculación que envía las aguas semi-concentradas,
y hasta cierto límite, a las duchas (10) para que sigan
concentrándose, a la vez que lo hacen también por la agitación del
fondo y la corriente de aire en superficie.
Existe una salida de descarga inferior de las
aguas concentradas que se almacenan en un depósito (23) con
agitación (24), pudiendo ser desviadas, donde se enfrían,
cristalizan ó preparan para propulsión con una bomba (25), siendo
centrifugadas (26), filtradas (27) o envían a balsa solar para
reenviar el agua separada de nuevo al evaporador (7) y las sales a
envasado para la utilidad seleccionada.
El sistema además, permite el almacenamiento de
calor del exceso recogido durante el día por la radiación solar en
los colectores solares (19, 6) por medio de un tanque (20) de
almacenamiento, que se puede utilizar al final del día, alargando
de esta forma las horas de producción del evaporador en
conjunto.
Claims (9)
1. Sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables, donde se obtiene un concentrado
tratado como residuo o subproducto y un agua libre de sales u otros
solutos que se pueden reutilizar, caracterizada porque
comprende un condensador (5) y un colector solar térmico (6) a
través de los cuales pasa el agua a tratar (1), calentándola lo
suficiente antes de entrar en un evaporador (7) con un
intercambiador de calor interno (11) también conectado a un
colector solar térmico (19), donde un ventilador (12) introduce
aire precalentado, y provocando aquí el máximo contacto
aire-agua, evaporándose ésta y dejando en el fondo
un concentrado cada vez menos fluido, que se vacía y se trata
aparte, usando energías renovables como solar térmica, fotovoltaica
y eólica de bajo coste económico.
2. Sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables, según reivindicación 1,
caracterizada porque el evaporador (7) posee al menos:
- un canalillo interno (31),
- un cuello (14),
- un intercambiador de calor interno (11) de gran superficie,
- duchas (10) para dispensar el agua de alimentación,
- ventilador (12)
donde el canalillo interno (31)
recoge el agua condensada en el techo de dicho evaporador (7) con
salida de vapores a través del cuello (14) de pendiente descendente
según sentido del aire, conectado al condensador (5) y a un
depósito de recogida
(17).
3. Sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables, según reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el evaporador (7) es
preferentemente cilíndrico, de fondo tronco-cónico
abombado, y siendo preferentemente negro excepto la parte superior
para absorber la máxima radiación solar, con un agitador (22)
dirigido hacia arriba a través de un cierre mecánico, de
resistencia química y física adecuada a cada tipo de aguas, con una
puerta de acceso (32) para el mantenimiento del sistema, y con una
camisa de agua inferior (21) que recircula por fuera agua
caliente.
4. Sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables, según reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque el evaporador (7) posee
salida de aire por chimenea (16), con un separador de gotas (15) de
seguridad en tramo inclinado hacia arriba según sentido del aire, y
una salida del agua condensada hacia el depósito (17), tratada según
destino, y una fracción de la misma que se utiliza para la limpieza
periódica del sistema.
5. Sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables, según reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque posee un condensador
aleteado (13) agua-aire que condensa el agua del
aire saturado de vapor y calienta el agua de alimentación.
6. Sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables, según reivindicación 1,
caracterizado porque los colectores solares (6, 19) son
preferentemente planos o cilindro parabólicos, y calientan tanto el
agua de alimentación, como el agua del circuito cerrado que calienta
el agua de alimentación ya precalentada y dispersa por las duchas
internas (10), el agua de la camisa (21) del fondo del evaporador
(7), y el agua de recirculación a través del intercambiador
aleteado (13) que caliente el aire impulsado por el ventilador (12)
atravesando el evaporador (7).
7. Sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables, según reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque posee una bomba (9) de
recirculación que envía las aguas semi-concentradas,
y hasta cierto límite, a las duchas (10) para que sigan
concentrándose, a la vez que lo hacen también por la agitación del
fondo y la corriente de aire en superficie.
8. Sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables, según reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque posee una salida de
descarga de las aguas concentradas que se almacenan en un depósito
(23) con agitación (24), pudiendo ser desviadas, donde se enfrían,
cristalizan ó preparan para propulsión con una bomba (25), siendo
centrifugadas (26), filtradas (27) o envían a balsa solar para
reenviar el agua separada de nuevo al evaporador (7) y las sales a
envasado para la utilidad seleccionada.
9. Sistema evaporador de aguas residuales y
similares por energías renovables, según reivindicaciones
anteriores, caracterizado porque comprende un tanque (20) de
almacenamiento de calor del exceso recogido durante el día por la
radiación solar en los colectores solares (19, 6) y que se puede
utilizar al final del día, alargando de esta forma las horas de
producción del evaporador en conjunto.
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|---|---|---|---|
| ES200702780A ES2328885B1 (es) | 2007-10-11 | 2007-10-11 | Sistema evaporador de aguas residuales y similares por energias renovables. |
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