ES2345706T3 - Metodo y aparato para mejorar la eficiencia de un sistema de osmosis inversa. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de purificación de agua de ósmosis inversa que comprende: una fuente de agua que ha de ser purificada; una turbina de impulso (103; 224) para proporcionar una recuperación de energía; una bomba de alimentación (101; 201) conectada operativamente a la turbina de impulso para alimentar una fuente de agua a alta presión que ha de ser purificada; un turbocompresor hidráulico (108; 208) que tiene un extremo T de turbina y un extremo P de bomba, teniendo el extremo P de bomba una entrada para recibir un suministro de agua sin purificar presurizada por la bomba de alimentación (101; 201) y una salida que descarga el agua sin purificar a alta presión; una cámara de membrana de purificación (112; 212) que tiene una entrada conectada operativamente al extremo P de bomba del turbocompresor hidráulico (108; 208) para recibir agua sin purificar a alta presión, teniendo la cámara de membrana de purificación (112; 212) una salida para descargar agua purificada en la cámara de membrana (112; 212), teniendo la cámara de membrana de purificación (112; 212) una abertura de descarga para descargar agua sin purificar a alta presión desde la cámara de membrana de purificación (112; 212), estando conectada operativamente la abertura de descarga para agua sin purificar descargada que ha de ser conducida al extremo T de la turbina del turbocompresor hidráulico (108; 208); y a la turbina de impulso (224), por lo que el agua sin purificar a alta presión de la cámara de membrana (112; 212) de purificación puede ser usada para accionar el extremo T de turbina del turbocompresor hidráulico (108; 208) y/o para accionar la turbina de impulso (103; 224).
Description
Método y aparato para mejorar la eficiencia de
un sistema de ósmosis inversa.
El invento se refiere a un sistema de
recuperación de energía nuevo y útil para reducir los requisitos de
energía de muchos procesos industriales y de purificación de
líquidos que implican el bombeo de líquidos o gases a presiones
elevadas. Este invento es particularmente muy adecuado para usar en
procesos de ósmosis inversa que son usados para eliminar la sal del
agua de mar. En el sistema de ósmosis inversa y otros sistemas en
los que el invento es particularmente muy adecuado para su uso, un
líquido o gas es bombeado a alta presión a una cámara. En la cámara
una parte del líquido o gas es purificada o tratada de otro modo y
extraída de la cámara. El resto del gas o líquido a alta presión es
descargado desde la cámara como residuo que es desechado. El
residuo está usualmente a una presión muy elevada y esta presión
debe ser disipada a través del uso de una válvula de estrangulación
u otro dispositivo. Usualmente la válvula de estrangulación reduce
la presión en la corriente de residuo a 0 bares esencialmente de
modo que toda la energía de presión en la corriente de residuo es
disipada y no proporciona beneficio adicional al proceso. Estas
pérdidas de energía pueden ser muy significativas y dar como
resultado una ineficiencia básica en el sistema. En el uso de
métodos de ósmosis inversa para eliminar la sal del agua de mar
estos costes elevados de energía asociados con tal sistema
ineficiente tienen severamente limitadas las aplicaciones
comerciales de la tecnología.
Se han intentado varios métodos para recuperar
la energía en la corriente de residuo con el fin de reducir los
costes operativos de procesos industriales o de purificación de
líquidos. Con respecto a sistemas de ósmosis inversa, se han usado
pistones con válvulas accionadas mecánicamente que están
posicionados en dispositivos que se parecen a máquinas de pistón de
vapor. Sin embargo, estos dispositivos no han encontrado aceptación
comercial debido al elevado coste y elevado mantenimiento requeridos
debido a los diseños mecánicamente complejos del sistema. Además,
estos sistemas producen ondas de choque fuertes en el flujo de
alimentación denominadas ariete de agua, cada vez que una válvula
se abre o se cierra dando como resultado un posible daño a los
componentes del sistema de ósmosis inversa.
Otros sistemas han usado una turbina accionada
por el residuo a alta presión que es descargado desde el sistema.
La turbina está conectada al motor que acciona la bomba de
alimentación. Para una buena eficiencia, una turbina debe funcionar
a velocidades muy elevadas, excediendo usualmente de 15.000 rpm.
Esta velocidad elevada significa que debe instalarse una caja de
engranajes reductores entre la unidad de turbina y el motor de la
bomba de alimentación para transferir efectivamente la potencia de
la turbina al motor de la bomba de alimentación. La caja de
engranajes reductores es una pieza de equipamiento muy cara y
requiere mucha habilidad para instalarla y mantenerla
apropiadamente. Una caja de engranajes también requiere medios
externos de lubricación aumentando además los costes de
mantenimiento. También es posible que la lubricación pueda
contaminar el agua que es alimentada al sistema de ósmosis inversa.
También deben preverse cierres herméticos de alta velocidad en el
árbol entre la turbina y la caja de engranajes reductores de la
velocidad. Estos cierres herméticos de alta velocidad también son
caros y usualmente no muy fiables en aplicaciones de campo. Por las
razones anteriores ha habido una aceptación comercial muy limitada
de este tipo de sistema de recuperación de potencia para usar en
procesos de ósmosis inversa.
Otros métodos incluyen los sistemas de turbina
de bomba de recuperación de potencia que han sido descritos en las
Patentes Norteamericanas nº 4.983.305; nº 4.966.708 y nº 5.048.045,
que fueron inventadas por el mismo inventor de la presente.
De acuerdo con el presente invento se ha
proporcionado un sistema de purificación de agua de ósmosis inversa
que comprende:
- una fuente de agua que ha de ser purificada;
- una turbina de impulso para proporcionar la recuperación de energía;
- una bomba de alimentación conectada operativamente a la turbina de impulso para alimentar una fuente de agua a presión elevada que ha de ser purificada;
- un turbocompresor hidráulico que tiene un extremo de turbina T y un extremo de bomba P, teniendo el extremo de bomba P una entrada para recibir un suministro de agua sin purificar presurizada por la bomba de alimentación y una salida que descarga el agua sin purificar a presión elevada;
- una cámara de membrana de purificación que tiene una entrada conectada operativamente al extremo P de bomba del turbocompresor hidráulico para recibir agua sin purificar a presión elevada, teniendo la cámara de membrana de purificación una salida para descargar agua purificada en la cámara de membrana, teniendo la cámara de membrana de purificación una abertura de descarga para descargar agua sin purificar a presión elevada desde la cámara de membrana de purificación, estando conectada operativamente la abertura de descarga para agua sin purificar descargada que ha de ser conducida al extremo T de turbina del turbocompresor hidráulico; y la turbina de impulso.
- por lo que el agua sin purificar a presión elevada de la cámara de membrana de purificación puede ser usada para accionar el extremo T de turbina del turbocompresor hidráulico y/o para accionar la turbina de impulso.
\vskip1.000000\baselineskip
En una realización del invento la cámara de
membrana de purificación que tiene una entrada conectada al extremo
de bomba del turbocompresor hidráulico es una segunda cámara de
membrana de purificación; una primera cámara de membrana de
purificación tiene una entrada conectada operativamente a la bomba
de alimentación para recibir un suministro de agua sin purificar a
presión elevada procedente de la bomba libre, teniendo la primera
cámara de membrana de purificación una salida para descargar agua
purificada en la primera cámara de membrana de purificación, y
teniendo la primera cámara de membrana de purificación una abertura
de descarga para descargar agua sin purificar a presión elevada
desde la primera cámara de membrana de purificación; y el extremo de
bomba del turbocompresor hidráulico tiene una entrada para recibir
el agua sin purificar a presión elevada desde la primera cámara de
membrana de purificación.
De acuerdo con otra construcción la entrada del
extremo de bomba del turbocompresor hidráulico recibe un suministro
de agua sin purificar procedente de la bomba de alimentación.
El presente invento es un perfeccionamiento de
la patente norteamericana nº 4.983.305 que fue inventado por el
mismo inventor de la presente. La Patente nº 4.983.305 describe el
uso de un turbocompresor hidráulico para proporcionar un aumento de
presión a un vapor de agua salada o salmuera de un sistema de
ósmosis inversa de dos etapas que tiene al menos dos cámaras de
membrana de purificación. El flujo y presión que han estimulado la
sección de turbina del turbocompresor fue el residuo (agua salada)
de la segunda etapa. Aumentando la presión entre la primera y
segunda etapas ha proporcionado varias ventajas. En primer lugar, la
presión aumentada incrementó la producción de agua de la segunda
etapa. Sin embargo, se ha requerido una presión elevada para
corresponder con la presión osmótica aumentada debido a la mayor
salinidad de la segunda etapa de alimentación de agua. En segundo
lugar, la presión aumentada equilibró sustancialmente el caudal
entre la membrana de la primera y la segunda etapa, impidiendo por
ello la superproducción perjudicial de la membrana de la primera
etapa. En tercer lugar, la velocidad de flujo incrementada
disminuyó la polarización de la capa de agua en la superficie de
membrana que también aumentó la producción del agua de producto
purificada. En cuarto lugar, la mayor presión y velocidad del
sistema aumentado entre etapas también dio como resultado en una
menor cantidad de sólidos disueltos totales del agua de producto.
Finalmente, usando un turbocompresor hidráulico, la energía
necesaria para proporcionar el aumento de presión fue energía
recuperada de la salmuera de la segunda etapa, haciendo este tipo
de sistema de ósmosis inversa el más eficiente de energía sobre una
base de Kw/l.
Cuando la eficiencia del turbocompresor resulta
lo bastante elevada, por ejemplo aproximadamente del 55%, entonces
se consigue un nivel suficiente de aumento de presión en la segunda
etapa sin tener que utilizar toda el agua salada para accionar el
turbocompresor. Este resto de agua salada a presión elevada está
disponible para una recuperación adicional de energía. El método
más efectivo de recuperar esta energía de agua salada y controlar
el proceso de ósmosis inversa de dos etapas es un objeto principal
de este invento.
Los sistemas de desalinización de agua por
ósmosis inversa están usualmente diseñados para producir un flujo
constante de agua filtrada o de producto. Esta medición del flujo
constante es la base para clasificar y vender un sistema. Sin
embargo, esta salida constante deseada está sometida a entradas
variables tales como cambios de temperatura y salinidad y al
envejecimiento de la membrana. Estas variables requieren que el
sistema de ósmosis inversa funcione a través de un intervalo de
condiciones de flujo y de presión. El método de controlar un
sistema de ósmosis inversa para alcanzar una salida de agua de
producto constante con entradas de agua de alimentación y
condiciones de membrana variables es otro objeto del invento.
Por ello, es un objeto del invento proporcionar
una producción incrementada de una planta de desalinización por
ósmosis inversa mientras se consigue la mayor eficiencia de
energía.
Es otro objeto del invento proporcionar una
turbina de bomba de recuperación de energía para utilizar energía
residual en procesos industriales.
Estos y otros objetos del invento serán mejor
comprendidos leyendo la siguiente descripción detallada del invento
junto con los dibujos adjuntos.
\vskip1.000000\baselineskip
La fig. 1 es una vista esquemática de un sistema
de la técnica anterior para purificar un líquido.
La fig. 2 es una vista esquemática de un sistema
de la técnica anterior para purificar un líquido.
La fig. 3 es una vista esquemática de un sistema
de ósmosis inversa de múltiples etapas para purificar un
líquido.
La fig. 4 es otra realización no de acuerdo con
el presente invento.
La fig. 5 es otra realización no de acuerdo con
el presente invento.
La fig. 6 es otra realización del presente
invento.
\vskip1.000000\baselineskip
El invento está dirigido a un sistema de ósmosis
inversa de múltiples etapas que puede ser utilizado para reducir
los requisitos de energía de muchos procesos industriales y de
purificación de líquidos que implican el bombeo de líquidos o gases
a presiones elevadas. Más particularmente, el sistema de ósmosis
inversa de múltiples etapas recupera energía del líquido o gas a
presión elevada que es descargado desde el proceso de purificación
y usa esta energía para bombear el líquido o gas a presión elevada
al proceso de purificación. Las características del invento serán
más fácilmente comprendidas haciendo referencia a los dibujos
adjuntos en conexión con la siguiente
descripción.
descripción.
El sistema de ósmosis inversa del presente
invento es particularmente muy adecuado para usar en un proceso
para eliminar la sal del agua del mar. Debería comprenderse, sin
embargo, que el sistema de ósmosis inversa de múltiples etapas del
presente invento puede ser usado para reducir los requisitos de
energía de muchos procesos industriales y de purificación de
líquidos que implican el bombeo de líquidos o gases a presiones
elevadas.
Para comprender mejor el entorno en el que el
sistema de ósmosis inversa de múltiples etapas del presente invento
puede ser utilizado, es necesario describir cómo funciona un sistema
típico de ósmosis inversa para eliminar la sal del agua del mar. La
fig. 1 muestra un sistema 1 típico de ósmosis inversa dónde el agua
salada pasa a través de un tubo de entrada 3 a una bomba 5 para
aumentar la presión. La bomba para aumentar la presión aumenta la
presión del agua salada a aproximadamente 1,725 bares y bombea el
agua salada a través de un filtro 7 dónde pueden eliminarse las
impurezas suspendidas en el agua salada. Desde el filtro 7 el agua
salada pasa a una bomba de alimentación 9 donde la presión del agua
salada es aumentada a aproximadamente 69 bares. El agua salada a
alta presión (69 bares) es a continuación dirigida hacia una cámara
de membrana 11 dónde la sal es eliminada de al menos una parte del
agua del mar. Como ejemplo, si se suministran 379 l/min de agua
salada a la cámara de membrana 11, serán producidos aproximadamente
95 l/min de agua purificada por la cámara de membrana. El agua
purificada es descargada desde la cámara de membrana a una presión
baja a través de la tubería 13 de descarga de agua dulce.
Aproximadamente 284 l/min de salmuera de agua salada concentrada son
descargados desde la cámara de membrana a través de la tubería de
descarga 15 de salmuera. La salmuera concentrada es descargada
desde la cámara a aproximadamente 66 bares y esta salmuera
concentrada es denominada el residuo. El residuo a presión elevada
pasa a través de una válvula de estrangulación 17 donde la presión
del residuo de salmuera concentrada es reducida de modo que el
residuo pueda ser descargado a través de una tubería 19 de residuo
para su desecho. La presión del residuo descargado a través de la
tubería 19 de residuo es esencialmente de 0 bares. La válvula de
estrangulación 17 también actúa para mantener la presión en la
tubería 19 de descarga de salmuera para mantener la presión
apropiada en la cámara de membrana para permitir purificar que al
menos una parte del agua salada sea purificada.
En el ejemplo citado anteriormente para un
sistema de purificación de ósmosis inversa la válvula de
estrangulación reduce la presión de la corriente de residuo de
salmuera concentrada a aproximadamente 66 bares. A un caudal de 284
l/min para el residuo, la potencia hidráulica disipada por la
válvula de estrangulación es de aproximadamente 31 Kw. Esta es una
gran cantidad de energía que debe ser introducida en el sistema por
la bomba de alimentación 9 y esta energía es perdida efectivamente
desde el sistema cuando la energía es disipada por la válvula de
estrangulación 17.
La fig. 2 muestra el sistema de ósmosis inversa
descrito en las patentes norteamericanas nº 4.966.708, nº 4.983.305
y nº 5.049.045 en las que una turbina de bomba de recuperación de
energía se ha instalado en el sistema. Este sistema tiene
esencialmente los mismos componentes que el sistema de ósmosis
inversa descrito previamente mostrado en la fig. 1 con la excepción
de que una turbina de bomba de recuperación de energía 25 está
conectada operativamente entre la bomba de alimentación 9 y la
cámara de membrana 11 y la turbina 25 de bomba de recuperación de
energía está conectada operativamente a la tubería 15 de descarga de
salmuera desde la cámara de membrana 11. La turbina 25 de bomba de
recuperación de energía tiene un extremo de turbina 27 y un extremo
de bomba 29. Un tubo 31 desde la bomba de alimentación 9 está
conectado a una entrada 33 de la bomba en el extremo 29 de la
bomba. El agua del mar pasa a través de la entrada 33 de la bomba a
través del extremo 29 de la bomba y es descargada desde la descarga
35 de la bomba. Desde la descarga 35 de la bomba el agua del mar
pasa a través del tubo 37 a la cámara de membrana 11.
La parte del agua del mar que es purificada por
la cámara de membrana 11 pasa desde la cámara a través de la
tubería de descarga 13. El residuo de salmuera concentrada pasa
desde la cámara de membrana 11 a través de la tubería 15 de
descarga de salmuera. La tubería 15 de descarga de salmuera está
conectada operativamente a una boquilla 41 de entrada de turbina en
el extremo 27 de la turbina de la turbina 25 de bomba de
recuperación de potencia. El residuo pasa a través del extremo 27
de turbina y es descargado desde el paso 43 de escape o evacuación
de la turbina. Desde el paso 43 de gases de escape de la turbina el
residuo pasa a través de la tubería de residuo 45 y es
desechado.
El uso de la turbina de bomba de recuperación de
potencia reduce mucho el aumento de presión en el agua salada
requerido para que sea producida por la bomba de alimentación 9 y
esto reduce significativamente los requisitos de potencia para la
bomba de alimentación. Reducir los requisitos de potencia para la
bomba de alimentación tiene un impacto significativo sobre el coste
de energía para hacer funcionar la bomba de alimentación 9. Al
mismo tiempo la presión de descarga de la bomba de alimentación
reducida reduce la tensión o esfuerzo sobre la bomba y debería
prolongar la vida de la bomba de alimentación. Además, la salmuera
del agua salada concentrada que es descargada a través del paso de
escape de la turbina está a una presión muy baja o de cero de modo
que la salmuera del agua salada concentrada pueda ser desechada
fácilmente. Esto elimina la necesidad de una válvula de
estrangulación para reducir la presión de la salmuera del agua
salada concentrada que es descargada desde la cámara de membrana
11.
En los sistemas de ósmosis inversa es muy
importante que el caudal de la producción de agua purificada o
filtrada sea regulado. En tal sistema, si el flujo filtrado resulta
demasiado elevado para un flujo de alimentación dado, la calidad
del filtrado puede disminuir (es decir, el filtrado resulta más
salado). Esencialmente, una cantidad de agua demasiado grande es
forzada a través de la membrana en la cámara de membrana del flujo
de alimentación dado, dando como resultado en una salinidad muy
incrementada de la corriente de residuo que es descargada desde la
cámara de membrana. Esto ocurre debido a que se está extrayendo agua
más purificada del agua salada suministrada a la cámara de membrana
lo que aumenta la salinidad del residuo. Esta salinidad de residuo
incrementada significa que hay un caudal de paso de sal más elevado
a través de la membrana aumentando por ello la salinidad del
filtrado. Por otra parte, si el flujo de filtrado resultara
demasiado bajo entonces las demandas de agua pueden exceder del
caudal de filtrado y esto no es aceptable. El caudal de la
producción de filtrado es regulado controlando la presión de
membrana y el caudal de alimentación. Normalmente esta regulación
es realizada con unas series de válvulas que deben ser ajustadas por
un operario o un sistema de ordenador en respuesta a cambios en la
salida y calidad del filtrado.
La salida de filtrado puede cambiar por diversas
razones tales como cambios en la salinidad del agua o en la
temperatura del agua en la corriente de alimentación. También es
posible que la membrana se compacte después de años de uso y una
compactación de la membrana también puede afectar la salida de
filtrado. En un sistema de ósmosis inversa si la temperatura del
agua del mar disminuye, disminuye la efectividad de la cámara de
membrana y, para una presión de membrana y un caudal de alimentación
dados, la salida de filtrado disminuye. Por el contrario, si la
temperatura del agua del mar aumenta, la cámara de membrana resulta
más permeable y la salida del filtrado aumenta. Con el fin de
impedir una salida de filtrado excesiva con agua de alimentación
caliente y una salida de filtrado insuficiente con agua de
alimentación fría, la presión de la membrana debe ser controlada
activamente. Sin embargo, como se ha descrito con anterioridad, las
disposiciones de válvula utilizadas en el pasado requieren de
atención personal que es cara y no siempre está disponible. Así,
sería deseable tener un mecanismo en el que la presión de la
membrana es controlada en condiciones cambiantes para producir la
cantidad de filtrado deseada.
El sistema de ósmosis inversa de múltiples
etapas del presente invento puede ser utilizado para controlar la
presión de membrana para producir la cantidad de filtrado deseada.
El sistema de ósmosis inversa de múltiples etapas afecta a la
presión de la membrana de dos maneras: por la cantidad de aumento de
presión desarrollada por la bomba y por la cantidad de resistencia
de flujo creada en la tubería de residuo. Centrándose sobre la
cantidad de resistencia en la tubería de residuo, el sistema de
ósmosis inversa de múltiples etapas tiene una relación de presión
única en función del flujo idealmente adecuada para sistemas de
ósmosis inversa. Para apreciar las ventajas del sistema de ósmosis
inversa de múltiples etapas es útil comparar este dispositivo con
formas tradicionales de controlar la presión de membrana. En un
sistema de ósmosis inversa normal se usa normalmente una válvula o
placa de orificios para controlar la presión de la membrana. La
válvula o placa de orificios crea una resistencia de flujo en la
tubería de residuo y la válvula o placa de orificios tiene una
relación generalmente cuadrada entre la presión de la membrana y el
caudal. Es decir, si el caudal es dividido por la mitad la
resistencia de presión disminuye a una cuarta parte. En un sistema
de ósmosis inversa, si la temperatura de alimentación aumenta
entonces el flujo de residuo disminuye cuanta más agua de mar pasa
a través de la cámara de membrana y resulta filtrado. Esto da como
resultado un flujo de residuo inferior que reduce la resistencia de
presión de la válvula; sin embargo, la reducción no es suficiente
para reducir la presión de la membrana y para reducir el caudal de
producción de filtrado. Por ello, la válvula en la tubería de
rechazo debe ser abierta manualmente o ajustada para obtener la
presión de membrana deseada para ajustar el caudal de producción
del filtrado.
El sistema de ósmosis inversa de múltiples
etapas del presente invento tiene una característica de presión en
función del flujo diferente que es particularmente muy adecuada para
un sistema de ósmosis inversa. Específicamente, cortando el residuo
que fluye a la mitad da como resultado la disminución de la
resistencia de presión de una quinta parte de su valor inicial en
vez de una cuarta parte como con una válvula o placa de orificios.
La presión de membrana algo inferior es, en muchos casos, suficiente
para impedir el exceso de salida de filtrado. Por ejemplo, si la
temperatura del agua suministrada disminuye, el caudal a través de
la tubería de desecho aumenta ya que se está produciendo menos
filtrado. El sistema de ósmosis inversa de múltiples etapas
producirá entonces una resistencia de flujo en la tubería de
residuo que es mayor que el aumento de presión causado por una
válvula o placa de orificios. El resultado es que la producción de
filtrado no disminuye tanto como con una válvula o placa de
orificios. El efecto neto de usar el sistema de ósmosis inversa de
múltiples etapas es que reduce la superproducción de filtrado
cuando la temperatura del agua suministrada desciende. Esto es
realizado sin la intervención de un operario o de cualquier sistema
de control auxiliar. La misma regulación de filtrado también ocurre
cuando la capacidad del agua alimentada o la compactación de la
membrana cambian.
La fig. 3 muestra un sistema de ósmosis inversa
de múltiples etapas en el que una turbina de bomba de recuperación
de potencia y una turbina de impulso han sido instaladas en el
sistema. El agua salada pasa a través de un tubo de entrada 100 a
una bomba centrífuga 101 que es una bomba de alimentación a alta
presión. La bomba centrífuga 101 es accionada por un motor
eléctrico 102. El motor eléctrico 102 está conectado operativamente
a una turbina de impulso 103. La bomba centrífuga 101 está en
comunicación con una primera cámara 104 de membrana de ósmosis
inversa de la primera etapa a través de un tubo de alimentación 105
y a través de una válvula de control 120. El agua salada a presión
elevada es dirigida a la cámara de membrana 104 donde la sal es
eliminada de al menos una parte del agua del mar. El agua
purificada es descargada desde la cámara de membrana 104 a una
presión baja a través de una tubería de descarga 106 de agua dulce.
La salmuera concentrada es descargada desde la cámara de membrana
104 a través de un tubo de descarga 107. Una turbina hidráulica de
bomba de recuperación de potencia o turbocompresor 108, como se ha
descrito en las patentes norteamericanas nº '708, '305 y '045, como
se ha descrito anteriormente, está en comunicación con las tuberías
de descarga 107. El turbocompresor 108 tiene un extremo T de
turbina y un extremo P de bomba. El tubo de descarga 107 desde la
primera cámara de membrana 104 está conectado al extremo P de
bomba. El residuo o agua con salmuera pasa a través del extremo P
de bomba y es descargado desde el turbocompresor 108 a una primera y
segunda tuberías de agua salada 110. Las tuberías 110 están
conectadas operativamente a una segunda cámara de membrana 112 de
ósmosis inversa donde la sal adicional es eliminada del agua. El
agua purificada es descargada desde la segunda cámara de membrana
112 a través de una tubería 114 de descarga de agua dulce. La
tubería 114 está en comunicación con la tubería 106 de agua de
producto desde la primera cámara de membrana 104. La salmuera del
agua salada concentrada a presión elevada es descargada desde la
cámara de membrana 112 a través de una tubería 116 de salmuera de la
segunda etapa. La tubería 116 de salmuera de la segunda etapa está
conectada operativamente al extremo T de turbina del turbocompresor
hidráulico 108.
Una rama o derivación 121 que se extiende desde
la tubería 116 de agua salada de la segunda etapa está en
comunicación con una válvula de aguja 122 de entrada de turbina de
impulso. Una válvula de control 124 está situada en la tubería 121
de derivación de salmuera entre la tubería 116 de salmuera de la
segunda etapa y la válvula de aguja 122 de entrada de turbina.
La válvula de aguja 122 de entrada de turbina
está conectada operativamente a la turbina de impulso 103.
La instrumentación de control adicional y las
válvulas pueden estar situadas en el sistema. Por ejemplo, un
caudalímetro de producto 130 está posicionado sobre la tubería 106
de agua de producto de la primera etapa. Un segundo caudalímetro de
producto 132 está posicionado sobre la tubería 114 de agua de
producto de la segunda etapa. Un caudalímetro de salmuera 134 está
posicionado sobre la tubería 116 de salmuera de la segunda etapa.
Un manómetro 136 está conectado operativamente adyacente a la cámara
de membrana 104 de la primera etapa para medir la presión de
alimentación de la primera etapa cuando el agua deja la bomba
centrífuga 101 y entra en la cámara de membrana 104. Un manómetro
138 está posicionado en el lado de la bomba de turbocompresor
hidráulico de la cámara de membrana 112 para vigilar la presión en
la primera y segunda tuberías 110 de salmuera. Una válvula 140 de
boquilla auxiliar de turbocompresor hidráulico está conectada
operativamente al extremo T del turbocompresor del turbocompresor
108.
Una válvula de estrangulación adicional 142
puede estar posicionada operativamente sobre la primera y segunda
tuberías 110 de salmuera entre el extremo P de la bomba del
turbocompresor 108 y la cámara de membrana 112 de ósmosis inversa
de la segunda etapa. En una realización preferida, si se desea tener
un sistema automatizado donde un controlador 144 de lógica
programable es usado para controlar la válvula 120, la válvula de
aguja 122 de entrada de la turbina de impulso, la válvula de
derivación 124 de salmuera de la segunda etapa, la válvula 140 de
boquilla auxiliar, y la válvula 142 de control de flujo de la
segunda etapa. El caudalímetro de producto 130, el caudalímetro de
producto 132, el manómetro 136, el manómetro 138, y el caudalímetro
134 de salmuera proporcionan todos señales de entrada al
controlador 144.
Debería comprenderse que aunque casi todas las
instalaciones o plantas de desalinización de ósmosis inversa están
equipadas con controladores de proceso automáticos, la combinación
anterior de cámaras de membrana, turbocompresor, motores y válvulas
puede también ser hecha funcionar manualmente. Está también dentro
del marco considerado del presente invento que pueden incluirse
válvulas adicionales para ciclos de limpieza y sistemas de llenado
y puesta en marcha. Alternativamente, en otras realizaciones,
instalaciones de ósmosis inversa más pequeñas y menos caras que
funcionan con condiciones de alimentación casi constantes, pueden
ser controladas de forma adecuada con un mínimo de instrumentación
y válvulas hasta el punto de que sólo la válvula requerida para
poner en práctica este invento es la válvula de derivación 124 de
salmuera de la segunda etapa. El presente invento proporciona un
perfeccionamiento esencial para un proceso de ósmosis inversa de
múltiples etapas incorporando dos tipos diferentes de turbinas y un
control para compartir la carga consiguiendo por ello una salida de
producto deseada con un mínimo de energía.
Debe comprenderse también por los expertos en la
técnica que este invento puede ser aplicado a un sistema de ósmosis
inversa de tres etapas con modificaciones menores y puede también
ser aplicado a instalaciones de ósmosis inversa de presión inferior
bajo distintas circunstancias y a otros procesos industriales de
ósmosis inversa. Además, el sistema de ósmosis inversa de dos
etapas es presurizado por una bomba centrífuga 101 que puede ser
modificada para usar una bomba de desplazamiento positivo eliminando
la válvula 120 de control de flujo.
Durante el funcionamiento del sistema de ósmosis
inversa de múltiples etapas, el agua salada, o agua alimentada
entra desde un sistema de tratamiento previo (no mostrado) a través
de la tubería 100 a la bomba centrífuga 101 de alta presión. La
presión del agua es aumentada a una presión de funcionamiento de la
cámara 104 de membrana de ósmosis inversa de la primera etapa, que
en este ejemplo sería de aproximadamente 62 bares. El agua
alimentada entra en la cámara 104 de ósmosis inversa donde una parte
del agua alimentada es purificada por la membrana de ósmosis
inversa, rechazando el paso de la sal a través de la membrana. En
este ejemplo la parte del agua alimentada purificada es
aproximadamente el 40% del flujo alimentado total. Esta agua
purificada es denominada "filtrado" o "agua producto". El
filtrado deja la cámara 104 de membrana de ósmosis inversa a través
de la tubería 106 de agua de tubo de la primera etapa a una presión
baja de aproximadamente 0,7 a 1,4 bares. El resto del agua
alimentada es ahora salmuera o residuo concentrado aumentado y deja
la cámara 104 de membrana de ósmosis inversa a través de la primera
tubería 107 de salmuera a una presión de aproximadamente 55 bares.
La salmuera entra en el turbocompresor 108 en el extremo P de la
bomba donde la presión es aumentada a aproximadamente 82 a 90
bares. La presión más elevada es deseada con el fin de superar la
presión osmótica más elevada de la salmuera o agua de residuo. El
extremo P de la bomba del turbocompresor 108 pasa la salmuera de
presión aumentada a través de la tubería 110 de salmuera de la
primera y segunda etapas a la cámara 112 de membrana de ósmosis
inversa de la segunda etapa. Aproximadamente el 30% de la salmuera
alimentada es purificada en agua de producto y es descargada desde
la cámara 112 de membrana de la segunda etapa a través de la tubería
114 de agua de producto de la segunda etapa. El 70% restante de la
salmuera alimentada es concentrada a un nivel incluso mayor de
sólidos disueltos. La salmuera de la segunda etapa es descargada
desde la cámara 112 de ósmosis inversa de la segunda etapa a través
de la tubería 116 de salmuera de la segunda etapa a una presión de
aproximadamente 80 a 86 bares y entra en el extremo T de la turbina
del turbocompresor 108. La energía de la salmuera a alta presión es
convertida por el extremo T de la turbina del turbocompresor en
energía de árbol mecánica que a su vez acciona el extremo P de la
bomba del turbocompresor 108, teniendo en cuenta por ello el
aumento de presión del agua alimentada.
Cuando la eficiencia del turbocompresor 108
alcanza aproximadamente el 55%, hay usualmente más energía de
salmuera disponible de la necesaria para que el turbocompresor 108
alcance la presunción de presión requerida. Hasta el presente
invento, el método de controlar la salida de presión del
turbocompresor de modo que no se aumente la presión en exceso en la
cámara de membrana de ósmosis inversa de la segunda etapa, era
derivar suficiente flujo de salmuera alrededor del turbocompresor,
consiguiendo por ello la presión de membrana deseada en la cámara
de ósmosis inversa de la segunda etapa. En el pasado, esta
derivación era conseguida mediante una válvula de estrangulación
(no mostrada) que desgastaba energía potencialmente recuperable.
El presente invento evita esta pérdida de
energía incorporando otro tipo de turbina en este sistema. La
turbina de impulso 103 está acoplada mecánicamente al motor de
accionamiento 102 y está en comunicación hidráulica con la
derivación 121 de la tubería 116 de salmuera de la segunda etapa que
está aguas arriba del turbocompresor 108. Cualquier exceso de flujo
de salmuera desde la cámara 112 de membrana de ósmosis inversa de la
segunda etapa que no sea requerido por el turbocompresor 108 es
usado por la turbina de impulso 103 para descargar, o suministrar
potencia al motor 102 de accionamiento de la bomba de alta presión.
En distintas condiciones de funcionamiento, el flujo de salmuera a
la turbina de impulso puede variar ampliamente debido a los
requisitos cambiantes del turbocompresor 108 cuando el
turbocompresor 108 responde a la variabilidad de entrada de las
condiciones de agua alimentada y de las condiciones de membrana. Por
ejemplo, para comprender mejor cómo esta variabilidad de agua
alimentada puede afectar a las prestaciones de sistemas de ósmosis
inversa, se han examinado proyecciones operativas reales para un
sistema de ósmosis inversa de dos etapas que funciona con agua del
mar del Atlántico Norte.
En particular, se han identificado cuatro casos
de condiciones operativas. La mayor parte de las variaciones eran
debidas a los cambios estacionales de temperatura en el agua del mar
alimentada al sistema de ósmosis inversa. La Tabla 1 siguiente
proporciona los resultados de los cuatro casos que muestran
diferentes condiciones operativas.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
Suposiciones:
- 1)
- No hay pérdidas en el tubo
- 2)
- Eficiencia del turbo del 55%
- 3)
- Eficiencia de turbina del 85%
\vskip1.000000\baselineskip
Ecuaciones:
- 1)
- P_{BRQUD} = Aumento Requerido
- 2)
- P_{BABL} = Aumento Disponible
- 3)
- Aumento = P_{B} X N x R
- 4)
- R = Relación de Residuo = Flujo de Salmuera/Flujo de Alimentación
- 5)
- R_{BRQUD} = (P_{BRQUD}/P_{BABL} x O_{P2})/Q_{B} R_{BRQUD} = Relación de Residuo Requerida
- 6)
- WHP = 0,000583 x P_{B2} X Q_{EX} necesario para generar P_{BRQUD}
- WHP = Potencia en caballos del agua
- 7)
- N = Eficiencia del turbocompresor hidráulico (HTC)
- 8)
- N_{IT} = Eficiencia de la turbina de impulso
- 9)
- IT_{HP} (potencia en caballos de la turbina de impulso) = WHP x N_{IT}
\vskip1.000000\baselineskip
Caso
1
- R = 528,4/792,5 = 0,66675
- P_{BABL} = P_{B2} X N x R
- Aumento = P_{BABL} = 1276 x 0,55 x 0,66675
- P_{BABL} = 467,9
- R_{BRQUD} = P_{BRQUD}/P_{B2} N
- R = 391,5/1276(,55) = 0,557851
- Q_{EX} = Q_{B2} - R(Q_{B}).
- Q_{EX} = 528,4, - 0.557851 (792,5)
- Q_{EX} = 528,4 - 442,0969175
- Q_{EX} = 86,3
- P = 0,000583 X P_{B2} x Q_{EX} X E
- P = 0,000583 x 1276 x 86,3 x 0,85
- P = 54,6
\vskip1.000000\baselineskip
Caso
2
- R = 528,4/792,5 = 0,66675
- P_{BABL} = P_{B2} x N x R
- Aumento = P_{BABL} = 1276 x 0,55 x 0,66675
- P_{BABL} = 467,9
- R_{BRQUD} = P_{BRQUD}/P_{B2} N
- R = 319/1276 x ,55 = 0,454545
- Q_{EX} = Q_{B2} - R(Q_{B})
- Q_{EX} = 528,4 - 0,454545 (792,5)
- Q_{EX} = 528,4 - 360,2269
- Q_{EX} = 168,2
- P = 0,000583 X P_{B2} x Q_{EX} x E
- P = 0,000583 x 1276 x 168,2 x 0,85
- P = 106,4
\vskip1.000000\baselineskip
Caso
3
- R = 475,5/634 = 0,75
- P_{BABL} = P_{B2} X N x R
- Aumento = P_{BABL} = 1102 (,55) (,75)
- P_{BABL} = 454,6
- R_{BRQUD} = P_{BRQUD}/P_{B2} N
- R = 203/(1102)(0,55) = 0,334928
- Q_{EX} = Q_{B2} - R(Q_{B})
- Q_{EX} = 475,5 - 0,334928(634)
- Q_{EX} = 475,5 - 212,344352
- Q_{EX} = 263,2
- P = 0,000583 x P_{B2} x Q_{EX} x E
- P = 0,000583 x 1102 x 263,2 x 0,85
- P = 143,7
\vskip1.000000\baselineskip
Caso
4
- R = 475,5/634 = 0,75
- P_{BABL} = P_{B2} X N x R
- Aumento = P_{BABL} = 1102(,55)(,75)
- P_{BABL} = 454,6
- R_{BRQUD} = P_{BRQUD}/P_{B2} N
- R = 130,5/(1102)(0,55) = 0,215311
- Q_{EX} = Q_{B2} - R(Q_{B})
- Q_{EX} = 475,5 - 0,215311(634)
- Q_{EX} = 475,5 - 136,507174
- Q_{EX} = 339,0
- P = 0,000583 x 1102 x 339,0 x 0,85
- P = 185,1
\vskip1.000000\baselineskip
Obsérvese que el flujo de salmuera de la primera
etapa (columna 1, que es también el flujo alimentado de la segunda
etapa) oscila desde 2.400 hasta 2.998 l/min; el flujo de salmuera de
la segunda etapa (columna 3) oscila desde 1.798 a 1.999 l/min; la
presión operativa de membrana de la segunda etapa (columna 2) oscila
desde 77 hasta 90 bares; y aumentos de presión de turbo deseados
(columna 6) son 9, 14, 22, y 27 bares.
La columna 8 muestra la cantidad de flujo de
salmuera en exceso de la requerida por el turbocompresor 108 para
conseguir el aumento de presión deseado de la columna 6.
La columna 7 muestra la cantidad de aumento de
presión disponible si toda la corriente de salmuera es usada por el
turbocompresor 108. La columna 9 muestra la salida de potencia
mecánica del árbol de la turbina de impulso 103.
Las columnas 4 y 5 son la presión de salmuera y
la presión de escape del turbocompresor de la segunda etapa,
respectivamente.
Los casos 1 y 2 muestran condiciones de agua
alimentada fría, mientras los Casos 3 y 4 muestran condiciones de
agua alimentada caliente. Como indican los datos, el agua alimentada
más fría requiere presiones operativas mayores y produce más
salmuera desde la primera etapa. Lo contrario es cierto para las
condiciones de alimentación más calientes. Los cambios de salinidad
también provocan efectos similares; es decir, una salinidad mayor
causa presiones mayores y una relación de residuo mayor (proporción
de flujo de salmuera dividido por el flujo total). El sistema de
control debe mantener el flujo de producto constante deseado en una
calidad de agua aceptable (donde el nivel total de sólidos
disueltos está por debajo de 500 ppm), utilizando la menor cantidad
de energía mientras las condiciones de alimentación de entrada están
variando sobre un intervalo de valores.
En este ejemplo el sistema usa la bomba
centrífuga 101 de alimentación a alta presión y la válvula 120 de
control de flujo. Usando el Caso 2 como una condición inicial y
prosiguiendo al caso 3, tendrá lugar la siguiente secuencia de
acontecimientos. Cuando la temperatura de agua alimentada aumenta al
Caso 3, la respuesta de la cámara de membrana 104 de la primera
etapa será producir filtrado en exceso. Esta superproducción es
perjudicial para la membrana y también reduce la calidad del agua,
es decir aumentan los sólidos disueltos totales. Para evitar la
superproducción, debería reducirse la presión de la membrana de la
primera etapa. La señal 130 del miembro de flujo de producto al
controlador 144 hará que el controlador 144 cierre la válvula 120 de
estrangulación de alimentación, disminuyendo por ello el flujo
alimentado a la cámara de membrana 104 de la primera etapa. Al
mismo tiempo, se abrirá la válvula 124 de derivación de salmuera de
la segunda etapa para permitir un flujo mayor, que, a su vez,
reduce la resistencia de presión del sistema.
Como indica la columna 1, el flujo de agua
salada entre etapas es reducido de 2.998 a 2.400 l/min. Al mismo
tiempo, se ha reducido el requisito de presión de membrana de la
segunda etapa desde 90 hasta 77 bares y se ha reducido el flujo de
salmuera de la segunda etapa desde 1.999 a 1.798 l/min. Para
alcanzar la presión nueva y el flujo, el controlador 144 debe abrir
la válvula de derivación 124 hasta que se obtiene el punto deseado.
El flujo de derivación a la turbina de impulso 103 aumenta desde 635
hasta 996 l/min. La salida de potencia de la turbina de impulso
aumenta similarmente desde 79 a 107 Kw. Simultáneamente con la señal
a la válvula de derivación 134 para abrir para un flujo mayor a la
turbina de impulso 103, el controlador 144 señala que la variable
es la boquilla 122 en la turbina de impulso 103 para abrir para
acomodar el flujo aumentado.
La fig. 4 muestra otro sistema de ósmosis
inversa de múltiples etapas del presente invento que también utiliza
una cámara de membrana 104 de la primera etapa, una cámara de
membrana 112 de la segunda etapa, y un turbocompresor 108, como se
ha mostrado en la fig. 3. Como la disposición de las cámaras y las
conexiones de fontanería para las distintas cámaras de membrana son
esencialmente las mismas que se ha descrito previamente para la fig.
3, no se repetirá la descripción. La diferencia entre el sistema
mostrado en la fig. 3 y el sistema de la fig. 4 es que una turbina
de bomba 153 que funciona en sentido inverso es usada en lugar de la
turbina de impulso 103. La turbina 153 de bomba que funciona en
sentido inverso puede funcionar o bien en paralelo, como se ha
mostrado en la fig. 4, o bien en serie, como se ha mostrado en la
fig. 5, con el turbocompresor 108. En ambas realizaciones que no
están de acuerdo con el invento mostradas en las figs. 4 y 5, el
principio de funcionamiento es el mismo. El flujo y la energía de
presión en exceso no requeridos por el turbocompresor 108 para
aumentar la presión son utilizados por la turbina de bomba 153 que
funciona en sentido inverso. Como se ha mostrado en la fig. 4, la
turbina de bomba 153 que funciona en sentido inverso utiliza la
válvula 124 de derivación de flujo para controlar la cantidad de
flujo de salmuera a la turbina de bomba 153 que funciona en sentido
inverso. En la realización mostrada en la fig. 4, no hay necesidad
de una válvula de aguja 122 de entrada a la turbina de impulso. La
realización mostrada en la fig. 4 tiene una válvula de derivación
155 que está conectada operativamente a la derivación 121 de la
tubería de salmuera de la segunda etapa por una rama 157.
En la fig. 5 que muestra una configuración en
serie, en la que el uso de la turbina de bomba 153 que funciona en
sentido inverso se basa en la válvula 122 de estrangulación de
flujo, que está conectada operativamente entre el extremo de escape
de la turbina del turbocompresor hidráulico y la turbina de bomba
153 que funciona en sentido inverso. La configuración en serie
mostrada en la fig. 5, incluye además una segunda válvula de
derivación 155 que está conectada operativamente a la rama 121 de la
tubería de la segunda fase entre la válvula 124 de derivación de
flujo y la válvula de aguja 122 de entrada a la turbina de
impulso.
La fig. 6 muestra otra realización del presente
invento que usa dos turbinas de recuperación de energía diferentes
y una válvula de control para maximizar la eficiencia de la energía
de un sistema de ósmosis inversa. La fig. 6 muestra un tubo de
entrada 200 conectado operativamente a una bomba 201 de alta
presión. Un motor de accionamiento eléctrico 202 es conectado a la
bomba 201 de alta presión y está en comunicación hidráulica a través
de un tubo 205 con una válvula 203 de control de alimentación. La
válvula 203 de control de alimentación está en comunicación con un
turbocompresor hidráulico 208. El turbocompresor hidráulico 208 está
en comunicación a través de una tubería 210 con una cámara de
membrana 212 de ósmosis inversa.
El turbocompresor 208 tiene un extremo P de
bomba y un extremo T de turbina. Las aguas purificadas son
descargadas desde la cámara de membrana 212 de ósmosis inversa a
través de una tubería 216. La salmuera o el residuo son descargados
desde la cámara de membrana 212 de ósmosis inversa a través de la
tubería 218. La tubería 218 de salmuera está conectada
operativamente al extremo T de la turbina del turbocompresor 208. Un
tubo 220 puentea el tubo 218 y comunica con una máquina 224 de
turbina de impulso. En esta realización se ha mostrado que el
turbocompresor 208 tiene una válvula auxiliar 226 de
turbocompresor.
Una válvula de aguja 230 de área variable está
conectada operativamente al lado de la salmuera de la cámara de
membrana 212 de ósmosis inversa por la rama 220. La válvula de aguja
230 de área variable convierte y controla la energía de presión de
la corriente de salmuera al chorro de alta velocidad requerido por
la turbina de impulso 224. En distintas realizaciones se ha
comprendido que una válvula adicional 232 puede estar posicionada
entre la válvula de aguja 230 de área variable y el lado de salmuera
de la cámara de membrana 212 de ósmosis inversa para proporcionar o
bien el aislamiento del equipo o bien el control adicional del
sistema.
Un ejemplo de cómo funciona el sistema se ha
mostrado a continuación: Una condición de funcionamiento inicial
para un sistema de ósmosis inversa tiene un flujo de alimentación de
3.785 l/min, una presión de membrana 55 bares, un flujo de salmuera
de 2.271 l/min, y una presión de salmuera de 52 bares. El final de
la condición de vida de la membrana es un flujo de alimentación de
3.785 l/min, una presión de membrana de 69 bares, un flujo de
salmuera de 2.271 l/min y una presión de salmuera de 66 bares. Una
bomba de alimentación de dimensiones apropiadas para este sistema
con el turbocompresor 208 tendría una capacidad de 3.785 l/min a una
presión diferencial de 44 bares. La presión de descarga de la bomba
está dimensionada para la mayor presión anticipada requerida, que
es de 44 bares. El aumento de presión proporcionado por el
turbocompresor en la condición de 69 bares será de aproximadamente
25 bares. En la condición de 55 bares, el aumento del turbo será de
20 bares. Esto significa que la presión de descarga de la bomba
requerida en la condición de 55 bares es de 35 bares. Así,
alrededor de 8,8 bares de presión están siendo estrangulados en la
válvula de control de flujo. En el presente invento, en la
condición inicial de membrana de funcionamiento de 55 bares, el
flujo de salmuera es desviado del turbocompresor a un nivel que
permite que el turbo produzca un aumento de presión de 11 bares. El
flujo desviado es admitido a la válvula de boquilla 230 de la
turbina de impulso 224. La cantidad de salmuera requerida por el
turbocompresor 208 es de aproximadamente 1.419 l/min. Los otros 851
l/min están disponibles para la turbina de impulso 224 y
representan, a una eficiencia de turbina de 0,85, una cantidad
adicional de 62 Kw de energía recuperada. Cuando las membranas
envejecen y se requiere más presión para mantener la producción de
filtrado, la boquilla 230 de área variable de la turbina de impulso
224 será cerrada haciendo por ello disponible para el
turbocompresor 208 el agua salada necesaria para conseguir la
presión apropiada.
A continuación se da una comparación del índice
de energía total del sistema: Supóngase una eficacia de la bomba de
alimentación centrífuga de 0,75, una eficiencia de transferencia
hidráulica HTC de 0,6 al final de la condición de vida de la
membrana y de 0,55 en una condición de desviación máxima, y una
eficiencia de turbina de impulso de 0,85.
Suponiendo el cambio de presión de membrana
ocurrido a una tasa uniforme durante un período de cuatro años,
entonces el ahorro total (a 8000 horas/año) sería de aproximadamente
332.000 Kw/h.
Ha de comprenderse que pueden usarse otros tipos
de turbinas de recuperación de energía tales como turbinas de bomba
que funcionan en sentido inverso como el dispositivo secundario de
recuperación de energía en vez de una turbina de impulso. En
ciertas realizaciones, sin embargo, la turbina de tipo impulso tiene
la mejor prestación de capacidad variable y así es la más apropiada
para este sistema.
La descripción anterior del invento está dada
con objeto de explicación. Distintas modificaciones y sustituciones,
diferentes de las citadas, pueden ser realizadas sin salir del
marco del invento como se ha definido por las reivindicaciones
siguientes.
Claims (8)
1. Un sistema de purificación de agua de ósmosis
inversa que comprende:
- una fuente de agua que ha de ser purificada; una turbina de impulso (103; 224) para proporcionar una recuperación de energía; una bomba de alimentación (101; 201) conectada operativamente a la turbina de impulso para alimentar una fuente de agua a alta presión que ha de ser purificada; un turbocompresor hidráulico (108; 208) que tiene un extremo T de turbina y un extremo P de bomba, teniendo el extremo P de bomba una entrada para recibir un suministro de agua sin purificar presurizada por la bomba de alimentación (101; 201) y una salida que descarga el agua sin purificar a alta presión; una cámara de membrana de purificación (112; 212) que tiene una entrada conectada operativamente al extremo P de bomba del turbocompresor hidráulico (108; 208) para recibir agua sin purificar a alta presión, teniendo la cámara de membrana de purificación (112; 212) una salida para descargar agua purificada en la cámara de membrana (112; 212), teniendo la cámara de membrana de purificación (112; 212) una abertura de descarga para descargar agua sin purificar a alta presión desde la cámara de membrana de purificación (112; 212), estando conectada operativamente la abertura de descarga para agua sin purificar descargada que ha de ser conducida al extremo T de la turbina del turbocompresor hidráulico (108; 208); y a la turbina de impulso (224),
- por lo que el agua sin purificar a alta presión de la cámara de membrana (112; 212) de purificación puede ser usada para accionar el extremo T de turbina del turbocompresor hidráulico (108; 208) y/o para accionar la turbina de impulso (103; 224).
\vskip1.000000\baselineskip
2. El sistema de purificación de agua de
ósmosis inversa de la reivindicación 1, en el que:
- la cámara de membrana de purificación (112; 212) que tiene una entrada conectada operativamente al extremo P de la bomba del turbocompresor hidráulico (108; 208) es una segunda cámara de membrana de purificación (112; 212); una primera cámara de membrana de purificación (104) tiene una entrada conectada operativamente a la bomba de alimentación para recibir un suministro de agua sin purificar a alta presión desde la bomba de alimentación (101), teniendo la primera cámara de membrana de purificación (104) una salida para descargar agua purificada en la primera cámara de membrana de purificación (104), y teniendo la primera cámara de membrana de purificación (104) una abertura de descarga para descargar agua sin purificar a alta presión desde la primera cámara de membrana de purificación (104); y el extremo P de la bomba del turbocompresor hidráulico (108) tiene una entrada para recibir el agua purificada a alta presión desde la primera cámara de membrana de purificación (104).
\vskip1.000000\baselineskip
3. El sistema de purificación de agua de
ósmosis inversa de la reivindicación 2, en el que una válvula de
derivación de la segunda etapa (124) está posicionada entre la
segunda cámara de membrana de purificación (112) y la turbina de
impulso (103).
4. El sistema de purificación de agua de
ósmosis inversa de las reivindicaciones 2 o 3, en el que una válvula
de aguja (122) de entrada de la turbina de impulso está posicionada
entre la segunda cámara de membrana de purificación (112) y la
turbina de impulso hidráulico (103).
5. El sistema de purificación de agua de
ósmosis inversa de las reivindicaciones 2, 3 o 4, en el que la
turbina de impulso (103) está conectada operativamente en una
configuración en paralelo con una válvula de derivación (124) y la
bomba de alimentación (101).
6. El sistema de purificación de agua de
ósmosis inversa de la reivindicación 3, en el que la turbina de
impulso (103) está conectada operativamente en una configuración en
serie con una válvula de aguja (122) de entrada de la turbina de
impulso, una válvula de derivación (124) y la bomba de alimentación
(101).
7. El sistema de purificación de agua de
ósmosis inversa de la reivindicación 1, en el que la entrada del
extremo de bomba del turbocompresor hidráulico (208) recibe un
suministro de agua sin purificar desde la bomba de alimentación
(201).
8. El sistema de purificación de agua de
ósmosis inversa de la reivindicación 7, en el que una válvula de
aguja (230) de área variable está posicionada entre la turbina de
impulso (224) y la cámara de membrana de purificación (212).
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