ES2389267T3 - Sistema de tratamiento de fluidos - Google Patents
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Abstract
Un sistema de tratamiento de fluido (10, 100, 200, 300, 400, 500, 600) que comprende: una entrada; una salida; una zona de tratamiento de fluido dispuesta entre la entrada y la salida, la zona de tratamiento de fluido: (i) comprendiendo una primera superficie de pared y una segunda superficie de pared opuesta a la primera superficie de pared, y (ii) habiendo dispuesta en la misma al menos una disposición de filas de conjuntos de fuentes de radiación ultravioleta (30, 130, 230, 330, 430, 530, 630); teniendo cada conjunto de fuente de radiación ultravioleta un eje longitudinal transversal a una dirección de flujo de fluido a través de la zona de tratamiento de fluido; caracterizado por lo siguiente: comprendiendo cada una de la primera superficie de pared y la segunda superficie de pared un primer elemento deflector de fluido (222) y un segundo elemento deflector de fluido (223), prolongándose el primer elemento deflector de fluido (222) en la zona de tratamiento de fluido en mayor grado que el segundo elemento deflector de fluido (223) definiendo el sistema de tratamiento de fluido un canal abierto (115, 215, 315, 415, 515) a través del cual el fluido puede fluir entre una pareja adyacente de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta; estando todas las filas en la disposición dispuestas al tresbolillo una con respecto a la otra en una dirección ortogonal a la dirección de flujo de fluido a través de la zona de tratamiento de fluido tal que el canal entre una pareja adyacente de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta en una fila corriente arriba de los conjuntos de fuente de radiación ultravioleta está parcial o totalmente obstruido en la dirección de flujo de fluido por al menos dos filas de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta corriente abajo dispuestas en serie.
Description
Sistema de tratamiento de fluidos.
La presente invención se refiere a un sistema de tratamiento de agua por radiación ultravioleta.
Descripción de la técnica anterior
Se conocen de forma general en la técnica sistemas de tratamiento de fluidos. Más en particular, se conocen de forma general sistemas de tratamiento de fluidos por radiación ultravioleta (UV). Los sistemas de tratamiento sencillos comprenden un diseño de cámara completamente cerrada que contiene una o más lámparas de radiación (preferentemente UV). Existen ciertos problemas con estos primeros diseños. Estos problemas se manifestaron en particular cuando se aplicó a grandes sistemas de tratamiento de flujo abierto que son típicos de plantas de tratamiento de aguas residuales o de tratamiento de agua potable a gran escala. Así, estos tipos de reactores tienen asociados a los mismos los siguientes problemas:
- •
- coste del reactor relativamente alto;
- •
- difícil accesibilidad a reactores sumergidos y/o equipo húmedo (lámparas, limpiadores de manguitos, etc.);
- •
- dificultades asociadas con la eliminación de materiales incrustados del equipo de tratamiento del fluido;
- •
- eficacia de desinfección del fluido relativamente baja, y/o
- •
- se requería una total redundancia del equipo para el mantenimiento de componentes húmedos (manguitos, lámparas y similares).
Los inconvenientes en reactores cerrados convencionales condujeron al desarrollo de los denominados reactores de “canal abierto”.
Por ejemplo, las patentes de Estados Unidos 4,482,809, 4,872,980 y 5,006,244 (todas a nombre de Maarschalkerweerd y todas cedidas al cesionario de la presente invención y a las que se hace referencia en lo sucesivo como patentes nº 1 de Maarschalkerweerd) describen todas sistemas de tratamiento de fluidos alimentados por gravedad que emplean radiación ultravioleta (UV).
Tales sistemas incluyen una disposición de módulos de lámparas UV (por ejemplo, bastidores) que incluyen varias lámparas UV, cada una de las cuales está montada en manguitos que se extienden entre, y están soportados por, una pareja de ramas que están unidas a una cruceta. Los manguitos así soportados (que contienen las lámparas UV) están sumergidos en un fluido a tratar que se irradia entonces según se requiere. La cantidad de radiación a la que se expone el fluido se determina por la proximidad del fluido a las lámparas, el vataje de salida de las lámparas y el caudal del fluido que pasa por las lámparas. De forma típica, se pueden emplear uno o más sensores UV para controlar la salida de UV de las lámparas y el nivel de fluido se controla típicamente, en cierto grado, corriente abajo del dispositivo de tratamiento por medio de compuertas de nivel o similares.
Las patentes nº 1 de Maarschalkerweerd dan a conocer sistemas de tratamiento de fluidos que se caracterizaban por una capacidad mejorada para extraer el equipo de un estado húmedo o sumergido sin necesidad de una total redundancia de equipo. Estos diseños compartimentaban las disposiciones de lámparas en filas y/o columnas y estaban caracterizados por disponer de la parte superior del reactor abierta para proporcionar un flujo de fluido con
superficie libre en un canal “abierto superior”.
El sistema de tratamiento de fluidos dado a conocer en las patentes nº 1 de Maarschalkerweerd se caracteriza por disponer de un flujo de fluido con superficie libre (de forma típica la superficie superior del fluido no estaba controlada o restringida con ningún propósito). Así, los sistemas seguirían de forma típica el comportamiento de la hidráulica en canal abierto). Puesto que el diseño de tubo del sistema comprendía intrínsecamente un flujo de fluido con superficie libre, había limitaciones en el máximo flujo que cada lámpara o disposición de lámparas podía manejar antes de que cualquiera de ellas u otras disposiciones hidráulicamente adyacentes se vieran afectadas de forma adversa por cambios en el nivel de agua. A mayor flujo o cambios significativos en el flujo, el flujo de fluido con superficie libre o no limitado permitiría cambiar el volumen de tratamiento y la forma en sección transversal del flujo de fluido, haciendo de este modo al reactor relativamente ineficaz. Puesto que la potencia a cada lámpara en la disposición era relativamente baja, el flujo de fluido subsiguiente por lámpara sería relativamente bajo. El concepto de un sistema de tratamiento de fluido en canal totalmente abierto bastaría en estos sistemas de tratamiento de menor potencia de lámpara y por consiguiente en sistemas de tratamiento de menor carga hidráulica. El problema aquí era que, con lámparas menos potentes, se requería un número relativamente elevado de lámparas para tratar el mismo volumen de flujo de fluido. Así, el coste intrínseco del sistema sería innecesariamente grande y/o no competitivo con las características adicionales de sistemas de limpieza con manguitos de lámparas y de tratamiento de grandes volúmenes de fluido.
Esto conduce a los denominados sistemas de tratamiento de fluido “semicerrados”.
Las patentes de Estados Unidos 5,418,370, 5,539,210 y Re36,896 (todas a nombre de Maarschalkerweerd y todas cedidas al cesionario de la presente invención y a las que se hace referencia en lo sucesivo como patentes nº 2 de Maarschalkerweerd) describen todas un modulo de fuente de radiación mejorado para uso en sistemas de tratamiento de fluidos alimentados por gravedad que emplean radiación UV. Por lo general, el modulo de fuente de radiación mejorado comprende un conjunto de fuente de radiación (de forma típica que comprende una fuente de radiación y un manguito protector (por ejemplo cuarzo)) mantenido herméticamente sellado en voladizo desde un miembro de soporte. El miembro de soporte puede comprender adicionalmente medios apropiados para asegurar el módulo de fuente de radiación en el sistema de tratamiento de fluido alimentado por gravedad.
Así, con el fin de solucionar el problema de tener un gran número de lámparas y el elevado alto coste de limpieza asociado con cada una de las lámparas, se aplicaron lámparas de mayor potencia de salida para el tratamiento de fluidos con UV. El resultado fue que el número de lámparas y la consiguiente longitud de cada lámpara se redujeron de forma considerable. Esto condujo a la posibilidad de poder abordar comercialmente el equipo de limpieza de lámparas con manguitos automático, reducir los requerimientos de espacio para el sistema de tratamiento y otros beneficios. Con el fin de usar lámparas más potentes (por ejemplo, lámparas UV de media presión), la carga hidráulica por lámpara durante el uso del sistema aumentaría hasta un grado tal que el volumen/área transversal del fluido en el reactor cambiaría de forma significativa si la superficie del reactor no estaba confinada en todas las superficies, y por ello dicho sistema sería relativamente ineficaz. Así, las patentes nº 2 de Maarschalkerweerd están caracterizadas por tener una superficie cerrada que confina el fluido que se va a tratar en el área de tratamiento del reactor. Este sistema de tratamiento cerrado tiene extremos abiertos que, en efecto, estaban dispuestos en un canal abierto. El equipo sumergido o húmedo (lámparas UV, limpiadores y similares) se podía extraer usando bisagras basculantes, guías de deslizamiento y otros diversos dispositivos que permitan la extracción del equipo del reactor semicerrado hasta las superficies abiertas.
El sistema de tratamiento de fluidos descrito en las patentes nº 2 de Maarschalkerweerd estaba caracterizado de forma típica por lámparas de longitud relativamente corta que estaban en voladizo con un brazo de soporte sustancialmente vertical (es decir, las lámparas estaban soportadas únicamente en un extremo). Esto permitía bascular o extraer de otro modo la lámpara del reactor semicerrado. Estas lámparas relativamente más cortas y más potentes están caracterizadas intrínsecamente por ser menos eficientes a la hora de convertir energía eléctrica en energía UV. El coste asociado con el equipo necesario para acceder físicamente y soportar estas lámparas era significativo.
Históricamente, los módulos de tratamiento de fluidos descritos en las patentes nº 1 y nº 2 de Maarschalkerweerd han encontrado amplia aplicación en el campo del tratamiento de aguas residuales municipales (es decir, tratamiento de agua que se descarga a un rio, embalse, lago u otra corriente receptora similar).
En el campo del agua potable municipal, es conocido utilizar lo que se denominan sistemas de tratamiento de fluidos
“cerrados” o sistemas de tratamiento de fluidos “presurizados”.
Los sistemas de tratamiento de fluidos cerrados son conocidos - véase, por ejemplo, la patente de Estados Unidos 5,504,335 (Maarschalkerweerd nº 3). La patente nº 3 de Maarschalkerweerd da a conocer un dispositivo de tratamiento de fluidos cerrado que comprende una caja para recibir un flujo de fluido. La caja comprende una entrada de fluido, una salida de fluido, una zona de tratamiento de fluido dispuesta entre la entrada de fluido y la salida de fluido, y al menos un módulo de fuente de radiación dispuesto en la zona de tratamiento de fluido. La entrada de fluido, la salida de fluido y la zona de tratamiento de fluido están en una relación colineal una con respecto a otra. El al menos un módulo de fuente de radiación comprende una fuente de radiación conectado de forma hermética a una pata que está montada de forma hermética con la caja. La fuente de radiación está dispuesta sustancialmente paralela al flujo de fluido. El módulo de fuente de radiación puede extraerse a través de una abertura dispuesta en la caja entre la entrada de fluido y la salida de fluido de forma que se evita la necesidad de retirar físicamente el dispositivo para el mantenimiento de la fuente de radiación.
La patente de Estados Unidos 6,500,346 [Taghipour et al. (Taghipour)] también da a conocer un dispositivo de tratamiento de fluidos cerrado, en particular útil para el tratamiento con radiación ultravioleta de fluidos tales como agua. El dispositivo comprende una caja para recibir un flujo de fluido. La caja dispone de una entrada de fluido, una salida de fluido, una zona de tratamiento de fluido dispuesta entre la entrada de fluido y la salida de fluido, y al menos una fuente de radiación dispuesta en la zona de tratamiento de fluido transversal a la dirección del flujo de fluido a través de la caja. La entrada de fluido, la salida de fluido y la zona de tratamiento de fluido están en una relación sustancialmente colineal una con respecto a otra. La entrada de fluido tiene una primera abertura que tiene:
(i) un área transversal menor que un área transversal de la zona de tratamiento de fluido, y (ii) un diámetro mayor sustancialmente paralelo al eje longitudinal del al menos un conjunto de fuente de radiación.
La implementación práctica del sistema de tratamiento de fluido conocido del tipo descrito antes ha sido tal que el eje longitudinal de la fuente de radiación es: (i) paralelo a la dirección del flujo de fluido a través del sistema de tratamiento de fluido, o (ii) ortogonal a la dirección de flujo de fluido a través del sistema de tratamiento de fluido. Además, en la configuración (ii) ha sido común colocar las lámparas en una configuración tal que, desde un extremo corriente arriba hacia un extremo corriente abajo del sistema de tratamiento de fluido, se coloca una fuente de radiación corriente abajo directamente detrás de una fuente de radiación corriente arriba.
El uso de la configuración (ii) en un sistema de tratamiento de agua con radiación UV ha estado basado en la teoría de que la radiación era eficaz hasta una distancia prescrita desde la fuente de radiación, dependiendo de la transmitancia del agua que se estaba tratando. Así, ya es común interponer las fuentes de radiación en la configuración (ii) de forma que los ejes longitudinales de las fuentes de radiación adyacentes estén espaciados a una distancia igual a aproximadamente dos veces la distancia prescrita citada en la frase anterior.
La patente de Estados Unidos 5,503,800 [Free] da a conocer un sistema de esterilización por radiación ultravioleta para agua residual que adopta la configuración (ii) descrita antes. En el sistema dado a conocer por Free, los canales se forman alrededor de un único conjunto de lámparas y se forman proyecciones en los canales para inducir un flujo pistón turbulento de forma tal que cuando se inserta el aparato en un flujo de líquido a tratar, los canales actúan confinando y dirigiendo el líquido alrededor de la caja y las proyecciones actúan estableciendo un flujo cíclico continuo en los canales entre la caja y las paredes de los canales. Este sistema tiene desventajas puesto que requiere disponer canales individuales entre una estructura de paredes y un único conjunto de lámparas. Así, cuando se tratan grandes volúmenes de agua, es necesario utilizar una pluralidad de conjuntos de fuentes de radiación. La configuración dada a conocer por Fee es bastante compleja puesto que cada conjunto de fuente de radiación tendría que ser configurado para que tuviera una pareja de cámaras opuestas como se muestra en Free y cada cámara tendría que tener las proyecciones requeridas para establecer el denominado flujo pistón del líquido. Esto no es sorprendente puesto que el objeto del sistema de Free es crear un flujo cíclico continuo en los canales entre la caja y las paredes de los canales.
La patente de Estados Unidos 5,952,663 [Blatchley, III et al. (Blatchley)] da a conocer un aparato para aplicar una dosis de radiación ultravioleta a fluidos en un canal abierto. Con referencia particular a la Figura 12 del documento de Blatchley, se muestra un canal de tratamiento de fluido que contiene un módulo que tiene una serie de lámparas
- (14)
- dispuestas en vertical. Dispuestos en las paredes laterales del canal de fluido hay una serie de desviadores (27) de fluido. Como se muestra, la configuración de los desviadores de fluido (27) es tal que cada desviador de fluido
- (27)
- se extiende en el canal de tratamiento de fluido en cierto grado. Dicha disposición tiene desventajas puesto que tiene como resultado una elevada pérdida de carga del fluido y una baja eficacia de tratamiento.
Así, a pesar de las ventajas obtenidas en la técnica descrita antes, todavía queda espacio para mejoras. De forma específica, es deseable disponer de un sistema de tratamiento de fluidos que utilice la disposición (ii) descrita antes que proporciona una pérdida de carga relativamente baja del fluido que se está tratando, proporcionando al mismo tiempo una eficacia de tratamiento relativamente alta.
Un objeto de la presente invención es obviar o atenuar al menos una de las desventajas antes citadas de la técnica anterior.
Otro objeto de la presente invención es proporcionar un nuevo sistema de tratamiento de fluido que obvie o atenúe al menos una de las desventajas antes citadas de la técnica anterior.
Por consiguiente, en uno de sus aspectos, la presente invención proporciona un sistema de tratamiento de fluido que comprende:
una entrada;
una salida;
una zona de tratamiento de fluido dispuesta entre la entrada y la salida, la zona de tratamiento de fluido: (i) comprendiendo una primera superficie de pared y una segunda superficie de pared opuesta a la primera superficie de pared, y (ii) habiendo dispuesta en la misma al menos una disposición de filas de conjuntos de fuentes de radiación ultravioleta;
teniendo cada conjunto de fuente de radiación ultravioleta un eje longitudinal transversal a una dirección de flujo de fluido a través de la zona de tratamiento de fluido;
comprendiendo cada una de la primera superficie de pared y la segunda superficie de pared un primer elemento deflector de fluido y un segundo elemento deflector de fluido, prolongándose el primer elemento deflector de fluido en la zona de tratamiento de fluido en mayor extensión que el segundo elemento deflector de fluido.
El sistema de tratamiento de fluido que define un canal abierto, a través del cual puede fluir fluido entre una pareja adyacente de conjuntos de fuente de radiación; estando todas las filas en la disposición dispuestas al tresbolillo una con respecto a otra en una dirección ortogonal a la dirección de flujo de fluido a través de la zona de tratamiento de fluido de modo que el espacio entre una pareja adyacente de conjuntos de fuente de radiación en una fila corriente arriba de los conjuntos de fuente de radiación está parcial o totalmente obstruido en la dirección de flujo de fluido por al menos dos filas de conjuntos de fuente de radiación corriente abajo dispuestas en serie.
Así, los autores de la presente invención han descubierto un sistema de tratamiento de fluido mejorado. La mejora se origina por el uso de un enfoque que es, en cierto modo, contrario al enfoque intuitivo de la técnica anterior. De forma específica, el enfoque de la técnica anterior de Blatchley se basaba en la premisa de usar una estructura desviadora de flujo en la pared de la zona de tratamiento de fluido para dirigir el fluido (de forma típica, agua) que se está tratando desde la pared hacia el centro de la zona de tratamiento de fluido en el que hay dispuestos una serie de conjuntos de fuente de radiación. Contrariamente a esto, los sistemas de tratamiento de fluido de la presente invención usan una combinación de conjunto de fuente de radiación y una estructura de pared prescrita para provocar el flujo de fluido a lo largo de los lados de las paredes de la zona de tratamiento de fluido al mismo tiempo que se evita o alivia el cortocircuito (es decir, el fenómeno en el que el fluido que viaja a lo largo de la pared no es sometido a una dosis suficiente de radiación). Así, a diferencia del enfoque de la técnica anterior que busca concentrar el flujo de fluido hacia el centro de la zona de tratamiento de fluido, el sistema de tratamiento de fluido de la presente invención se basa en el flujo de fluido relativamente uniforme de lado a lado en la zona de tratamiento de fluido, obviando o aliviando al mismo tiempo el cortocircuito.
En el sistema de tratamiento de fluido de la presente invención, al menos dos deflectores de flujo de fluido están situados en una pared de reactor (preferentemente en cada una de las paredes opuestas del reactor) del sistema de tratamiento de fluido. Estos deflectores de flujo de fluido están configurados para dirigir el fluido a tratar hacia los conjuntos de fuente de radiación situados más próximos a las paredes del sistema de reacción.
De preferencia, cada deflector de flujo de fluido consiste en dos superficies anguladas que sobresalen en la región de flujo de fluido en el reactor. La pared del reactor (o paredes) comprende al menos una pareja de estos deflectores de flujo de fluido y una de estas parejas sobresale en la zona de tratamiento de fluido más que la otra. De preferencia, entre una pareja de estos elementos deflectores de fluido en una pared de reactor dada, el elemento deflector de fluido corriente arriba sobresale más en la zona de tratamiento de fluidos que el elemento deflector de fluido corriente abajo.
Sin pretender quedar limitado por teoría particular alguna o modo de acción con respecto a esta realización preferente de forma general, se cree que la superficie de cabeza en el elemento deflector de fluido corriente arriba sirve para forzar el flujo de fluido a lo largo de la pared del reactor para cambiar la dirección hacia el conjunto de fuente de radiación más próximo a la pared del reactor. La segunda superficie del mismo elemento deflector de flujo de fluido genera un momento relativamente alto y un intenso vórtice de flujo hacia la posición del conjunto de fuente de radiación más próximo a la pared del reactor.
Dirigiendo el flujo de fluido de este modo, la cantidad de energía de radiación absorbida por esta parte del flujo de fluido aumenta mejorando de este modo el rendimiento del sistema de tratamiento de fluido o reactor. Además, esta configuración de deflectores de flujo de fluido sirve para minimizar la pérdida de carga hidráulica del fluido que se está tratando.
Una ventaja adicional de usar tales deflectores de flujo de fluido es que se puede reducir el número de fuentes de radiación requeridas en el sistema de tratamiento de fluido reduciendo los costes de inversión totales del sistema. El uso de tales deflectores de flujo de fluido no solo mejora el rendimiento de desinfección (puesto que se desvía el flujo de fluido desde la pared de la zona de tratamiento de fluido hacia las fuentes de radiación), pero induce la ventajosa creación de vórtices que mejoran la mezcla del fluido.
Breve descripción de los dibujos
Se describirán realizaciones de la presente invención con referencia a los dibujos adjuntos, en los que números de referencia similares denotan partes similares y en los que;
La Figura 1 es una vista desde arriba de un sistema de tratamiento de fluido de la técnica anterior similar al divulgado por Blatchley;
La Figura 2 es una vista desde arriba de un sistema de tratamiento de fluido de acuerdo con una primera realización preferente de la presente invención;
La Figura 3 es una vista desde arriba de un sistema de tratamiento de fluido de acuerdo con una segunda realización preferente de la presente invención;
La Figura 4 es un gráfico que ilustra los resultados de diversos ensayos de pérdida de carga hidráulica y eficacia de desinfección de diversos sistemas de tratamiento de fluido;
Descripción detallada de realizaciones preferentes
Antes de describir las realizaciones preferentes de la presente invención, se describirá un sistema de tratamiento de fluido de la técnica anterior tal como el que se da a conocer por Blatchley descrito antes.
Con referencia a la Figura 1, se ilustra un sistema 10 de tratamiento de fluido que comprende un canal 15. El canal 15 comprende una pareja de paredes laterales 20, 25. El canal abierto 15 está configurado para recibir un fluido que fluye en la dirección de la flecha A.
La pared lateral 20 comprende una pareja de desviadores de fluido 22. La pared lateral 25 comprende una pareja de desviadores de fluido 27. Dispuesto en el canal abierto 15 hay una pluralidad de conjuntos 30 de fuente de radiación 5 orientados en vertical.
Como se puede apreciar de la Figura 1, los desviadores de fluido 22, 27 tienen el mismo perfil (es decir, triangular) y se prolongan en el canal 15 en el mismo grado.
Con referencia a la Figura 2, se ilustra una primera realización de un sistema 100 de tratamiento de fluidos de acuerdo con la presente invención. El sistema 100 de tratamiento de fluido comprende un canal abierto 115 y una
10 pareja de paredes laterales 120, 125. El canal abierto 115 está configurado para recibir un fluido que fluye en la dirección de la fecha A.
La pared lateral 120 comprende una pareja de deflectores de fluido 122, 123. La pared lateral 125 comprende dos parejas de deflectores de fluido 127, 128. Como se puede apreciar, los deflectores de fluido 122, 123, 127, 128 tienen la misma forma en sección transversal, es decir, un triángulo rectángulo. Como resulta evidente además, los
15 deflectores de fluido 122, 127 se prolongan en el canal abierto 115 en una mayor extensión que los deflectores de fluido 123, 128.
Dispuestos en el canal abierto 115 hay una pluralidad de conjuntos 130 de fuente de radiación.
En una realización particularmente preferente de la presente invención, los conjuntos 130 de fuente de radiación están dispuestos en una configuración similar a la descrita en la solicitud de patente de Estados Unidos
20 US 2005 263 716 en trámite junto con la presente [From et al. (From)].
La Figura 3 ilustra una versión ligeramente modificada del sistema 100 de tratamiento de fluido.
Así, en la Figura 3 se ilustra un sistema 200 de tratamiento de fluido. El sistema 200 de tratamiento de fluido comprende un canal abierto 215 y una pareja de paredes laterales 220, 225 opuestas. El canal abierto 215 está configurado para recibir un fluido que fluye en la dirección de la flecha A.
25 La pared lateral 220 comprende dos parejas de deflectores de fluido 222, 223. La pared lateral 225 comprende dos parejas de deflectores de fluido 227, 228. Como se puede apreciar, los deflectores de fluido 222, 223, 227, 228 tienen la misma forma en sección transversal, es decir, un triángulo rectángulo. Como resulta evidente además, los deflectores de fluido 222, 227 se prolongan en el canal abierto 215 en una mayor extensión que los deflectores de fluido 223, 228.
30 Dispuestos en el canal abierto 215 hay una pluralidad de conjuntos 230 de fuente de radiación.
Para comparar el rendimiento de las realizaciones preferentes del presente sistema de tratamiento de fluido con los enfoques de la técnica anterior, se crearon y evaluaron una serie de modelos de Dinámica de Fluidos por Ordenador (CFD) (del inglés Computer Fluid Dynamics).
A continuación se presenta una concordancia general de Ejemplos y sistemas de tratamiento de fluidos (el número 35 exacto y configuración de fuentes de radiación no es idéntico al que se describe a continuación):
Ejemplo Sistema de tratamiento de fluido
B Figura 1
C Figura 2
D Paredes laterales sin deflectores ni rebajos
CONFIGURACIÓN DEL MODELO CFD
Para los Ejemplos B, C y D, se hizo uso de una configuración de lámpara que comprendía 2 columnas y 6 filas con una separación de lámparas de 127 mm (5 pulgadas) en la dirección y una separación de 190,5 mm (7,5 pulgadas) en la dirección x. El diámetro del manguito protector (transmitancia) fue de 50,5 mm (2 pulgadas). La rugosidad de la
40 superficie de los manguitos de la lámpara UV fue cero. El flujo de fluido entro desde el lado izquierdo y salió por el lado derecho del dominio computacional. El reactor CF simple estaba formado por un canal rectangular estrecho con lámparas largas transversales a la dirección de flujo del fluido. El reactor era simétrico en la dirección de la lámpara. Se simularon dos dominios computacionales para el reactor CF confinado de una forma convencional.
MODELO TURBULENTO
45 El flujo turbulento se solucionó usando ecuaciones de Navier Stokes continuas. El flujo turbulento se modelizó con el
fin de incluir los efectos de la turbulencia. Se usó un modelo k- realizable con una función de muro en las simulaciones de flujo turbulento usando el programa Fluent® 62.22 para predecir de forma precisa el campo de velocidad, presión, turbulencia y modelo de flujo del fluido para cada caso.
CONDICIONES LÍMITE
La velocidad de referencia en la zona de tratamiento de fluido se definió de modo tal que, para cada caso, se mantuvo una dosis ideal aplicada, definida como una energía de radiación UV máxima recibida por el reactor en condiciones de mezcla de flujo perfectas, igual a 24 mJ/cm2 a UVT 65%. La velocidad de entrada fue 0,57 m/s para todos los casos estudiados.
En la simulación con Fluent® 6.2.22 se usó un solucionador segregado con todos los esquemas de segundo orden.
El criterio residual para todas las variables fue 10-5.
Se adoptó una malla desestructurada. El número total de celdas para cada caso es de aproximadamente 35 000. Las mallas se generaron usando Gambit 2.2.30® (programa Fluent). Y+ para todos los casos es menor de 50. Se usó una capa de 4 límites especial a la primera distancia de 0,025 mm (0,01 pulgadas) desde el manguito y con una velocidad de crecimiento de 1,2.
A continuación se presenta un resumen de los parámetros usados en los Ejemplos B, C y D:
Lámpara de baja presión: 306 UVC Vatios;
Longitud del arco de la lámpara: 2 m
Diámetro del manguito protector externo de la lámpara: 50,8 mm [2 pulgadas;]
UVT: tratamiento de agua residual: 65%;
Dosis ideal 24 mJ/cm2 a UVT 65%;
Nº de filas: 6;
Nº de columnas: 2;
Separación de la lámpara en dirección y: 127 mm [5 pulgadas;] y
Separación de deformación en dirección x: 190,5 mm [7,5 pulgadas].
MODELO DE DESINFECCIÓN
Los modelos de flujo generados por la herramienta CFD se acoplaron con el modelo DO mediante la función Euleriana definida por el usuario codificada para simular la cinética de primer orden MS2. El modelo de radiación DO es una parte integrante del programa Fluent usada para simular el campo de radiación solucionando la función de transferencia radiactiva (RTF) para un número finito de ángulos sólidos discretos, que se asociaban con una dirección de vector fija en el sistema de coordenadas cartesianas global. El modelo DO transforma la RTF en una ecuación de transporte para la intensidad de radiación en el mismo sistema de coordenadas espacial. Este da solución a tantas ecuaciones de energía como direcciones de vector haya. El procedimiento de solución es idéntico al usado para las ecuaciones del flujo de fluido y energía. Esencialmente, el programa calcula numéricamente un campo de dosis, ya sea dependiente o independiente de la cinética microbiana.
Con referencia a la Figura 4, se ilustra una representación de una comparación entre la pérdida de carga hidráulica y las eficacias de desinfección para los Ejemplos B, C y D.
Como es evidente para un experto en la técnica, los Ejemplos B y D están de acuerdo con los sistemas de tratamiento de fluidos de la técnica anterior y, de este modo, se proporcionan únicamente con fines comparativos.
Como se muestra, el sistema de tratamiento de fluido ilustrado en la Figura 1 (Ejemplo B) tiene una pérdida de carga hidráulica significativamente alta y una baja eficacia de desinfección. Por el contrario, los sistemas de tratamiento ilustrados en las Figuras 2/3 (Ejemplo C) tienen pérdida de carga hidráulica y eficacia de desinfección mejoradas.
Con respecto al Ejemplo D, aunque este sistema de tratamiento de fluido tiene una pérdida de carga hidráulica que fue superior a la de los sistemas de tratamiento de fluidos del Ejemplo C, los sistemas citados en último lugar tienen una eficacia de desinfección mejorada. Así, usando los sistemas de tratamiento de fluidos del Ejemplo C, es posible reducir el número de fuentes de radiación para obtener el mismo tratamiento de fluido que el sistema de tratamiento de fluido del Ejemplo D. Esto representa una mejora significativa en el Ejemplo C.
Claims (6)
- REIVINDICACIONES1. Un sistema de tratamiento de fluido (10, 100, 200, 300, 400, 500, 600) que comprende:una entrada;una salida;una zona de tratamiento de fluido dispuesta entre la entrada y la salida, la zona de tratamiento de fluido: (i) comprendiendo una primera superficie de pared y una segunda superficie de pared opuesta a la primera superficie de pared, y (ii) habiendo dispuesta en la misma al menos una disposición de filas de conjuntos de fuentes de radiación ultravioleta (30, 130, 230, 330, 430, 530, 630);teniendo cada conjunto de fuente de radiación ultravioleta un eje longitudinal transversal a una dirección de flujo de fluido a través de la zona de tratamiento de fluido; caracterizado por lo siguiente:comprendiendo cada una de la primera superficie de pared y la segunda superficie de pared un primer elemento deflector de fluido (222) y un segundo elemento deflector de fluido (223), prolongándose el primer elemento deflector de fluido (222) en la zona de tratamiento de fluido en mayor grado que el segundo elemento deflector de fluido (223)definiendo el sistema de tratamiento de fluido un canal abierto (115, 215, 315, 415, 515) a través del cual el fluido puede fluir entre una pareja adyacente de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta; estando todas las filas en la disposición dispuestas al tresbolillo una con respecto a la otra en una dirección ortogonal a la dirección de flujo de fluido a través de la zona de tratamiento de fluido tal que el canal entre una pareja adyacente de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta en una fila corriente arriba de los conjuntos de fuente de radiación ultravioleta está parcial o totalmente obstruido en la dirección de flujo de fluido por al menos dos filas de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta corriente abajo dispuestas en serie.
- 2. El sistema de tratamiento de fluido definido en la reivindicación 1, en el que el primer elemento deflector de fluido(222) y el segundo elemento deflector de fluido (223) están una relación espaciada a lo largo de la primera superficie de pared y de la segunda superficie de pared.
-
- 3.
- El sistema de tratamiento de fluido definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que cada fila comprende una pluralidad de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta en relación espaciada en una dirección transversal a la dirección de flujo de fluido a través de la zona de tratamiento de fluido.
-
- 4.
- El sistema de tratamiento de fluido definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que la disposición de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta comprende:
una primera fila de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta, (30, 130, 230, 330, 430, 530, 630), una segunda fila de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta corriente abajo de la primera fila de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta, una tercera fila de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta corriente abajo de la segunda fila de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta y una cuarta fila de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta corriente abajo de la tercera fila de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta;una pareja adyacente de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta en la primera fila que define un primer espacio a través del cual puede fluir fluido, un conjunto de fuente de radiación desde la segunda fila que obstruye parcialmente el primer espacio para dividir el primer espacio en un segundo espacio y un tercer espacio, un conjunto de fuente de radiación desde la tercera fila que obstruye al menos parcialmente el segundo espacio y un conjunto de fuente de radiación desde la cuarta fila que obstruye al menos parcialmente el tercer espacio. -
- 5.
- El sistema de tratamiento de fluido definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que la zona de tratamiento de fluido está dispuesta en un canal abierto configurado para recibir un flujo de fluido.
-
- 6.
- El sistema de tratamiento de fluido definido en la reivindicación 5, en el que la al menos una disposición de conjuntos de fuente de radiación ultravioleta está dispuesta de forma sustancialmente vertical en el canal abierto.
TÉCNICA ANTERIORFig. 4
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