ES2623177T3

ES2623177T3 - Sistema para la impulsión de un fluido por recirculación de un medio a baja presión a un medio a alta presión

Info

Publication number: ES2623177T3
Application number: ES07730453.3T
Authority: ES
Inventors: Enrique Del Pozo Polidoro; Victoria GALLARDO GARCÍA-ORTA; José Javier BREY SÁNCHEZ
Original assignee: Abengoa Innovacion SA
Current assignee: Abengoa Innovacion SA
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-04-12
Publication date: 2017-07-10
Anticipated expiration: 2027-04-12
Also published as: ES2302644B1; ES2302644A1; EP2128442A4; AU2007343221B2; US20100086420A1; AU2007343221A1; WO2008084118A1; EP2128442B1; EP2128442A1

Abstract

El sistema comprende un recuperador (1) de configuración cilíndrica, en cuyo interior va montada concéntricamente una membrana (6)que establece dos cámaras, una anterior (8) y otra exterior (9),de manera que la entrada a una u otra cámara del fluido producela expansión o estrangulamiento de la propia membrana (6) y correspondiente impulsión del fluido, todo ello asociado a un juego deválvulas de toma y de impulsión (16''), en combinación con bombasde entrada (33) e impulsión (37) y válvulas de retención (34) y(35), siendo el fluido impulsado desde la entrada (31) hacia el recuperador (1), para hacerle pasar desde éste hasta un reactor (32) y de éste de nuevo al recuperador (1) para la expulsión del fluido procesado a través del conducto de salida (36).

Description

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DESCRIPCION

Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion Objeto de la invencion

La presente invencion, segun se expresa en el enunciado de esta memoria descriptiva, se refiere a un sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, realizandose el proceso con recuperacion de la energia contenida en el fluido a alta presion para ayudar al bombeo de la baja presion a la alta presion, consiguiendose una disminucion del aporte energetico requerido,

El sistema encuentra especial aplicacion en procesos de intercambio termico y de disolucion de gases, asi como en procesos de depuracion y desalinizacion de agua por osmosis inversa, y en general en todos aquellos mismos procesos donde sea factible su utilizacion y permitan reducir el consume energetico.

Antecedentes de la invencion

De acuerdo con los principios de la Fisica, el bombeo de un fluido de un medio a baja presion a un medio a alta presion, requiere un aporte energetico directamente proporcional al flujo vehiculado y a la diferencia de presiones entre los dos medios, siendo tambien proporcional al producto de ambas variables.

En los procesos de depuracion y desalinizacion de agua par osmosis inversa, se bombea agua salada a traves de una membrana para conseguir su desmineralizacion. Debido al efecto de la presion aplicada el agua atraviesa la membrana, quedando la sal en el lado del circuito primario y obteniendose agua desalinizada en el circuito secundario. Como el proceso es acumulativo, al cabo de cierto tiempo de funcionamiento del sistema se obtendra una concentracion salina en el circuito primario, incompatible con el buen funcionamiento de la instalacion, haciendose necesario purgar la salmuera producida para mantener su concentracion dentro de unos limites aceptables Puesto que la salmuera esta a alta presion, si en lugar de simplemente evacuarla al exterior desperdiciando la energia que contiene, se aprovechase su energia para ayudar al bombeo del agua primaria, se conseguiria un ahorro energetico considerable, incluso si la utilizacion es siempre parcial puesto que el flujo de salmuera es menor que el del agua primaria a bombear.

Por otro lado, en los procesos de intercambio termico y de disolucion de gases, se da el caso de que los flujos de entrada y de salida son iguales, por lo que las posibilidades de ahorro energetico son maximas. Estos casos se dan, por ejemplo, en las embarcaciones submarinas, donde se admite un flujo de agua exterior a la presion correspondiente a la profundidad de navegacion, y esta presion debe reducirse para la utilizacion del agua marina como refrigerante de procesos o para la disolucion de los gases procedentes de la respiracion de los tripulantes o de los originados por la maquinaria de a bordo, un flujo que debe posteriormente achicarse al exterior devolviendolo a su misma presion de origen.

Son numerosos los tipos de recuperador de energia existentes utilizados, basandose en todos los casos en el fluido sometido a alta presion que se conecta con un fluido a baja presion por medio de una pared movil, de tal forma que la transferencia de energia se realiza entre ambosfluidos.

Los recuperadores existentes, segun su forma constructiva, pertenecen o bien a la categoria de recuperadores giratorios, o bien a la de los recuperadores lineales.

Concretamente, en los recuperadores giratorios el conducto de alta presion contiene una turbina o maquina giratoria provista de alabes, pistones o rotores, que funciona como un motor, unida por el eje a una maquinaria similar introducida en el conducto del fluido a baja presion, que funciona como bomba. La pared movil, referida anteriormente, se representa por los alabes de las dos maquinas giratorias, unidas por un eje comun.

La ventaja de los recuperadores giratorios esta en su relativa compacidad, aunque por otro lado presentan los inconvenientes de precio elevado y bajo rendimiento acrecentado en el caso de que el flujo a conducir y las presiones de trabajo no sean constantes sino que varien en funcion de los requisitos del consumo. Puesto que las maquinas se situan lejos de su punto teorico de funcionamiento, su rendimiento, que de por si es limitado, se ve disminuido notablemente, con lo que sus posibilidades de recuperacion energetica son muy reducidas.

Por su parte, en los recuperadores lineales la pared movil toma la forma de un piston que discurre dentro de la camisa de un cilindro, teniendo uno de sus lados el fluido a alta presion, desde el que se extrae energia, y en el otro lado el fuido a baja presion al que se le alimenta energia aumentando su presion. La pieza clave en estos recuperadores es la interfaz piston-camisa

Por otra parte, se desea que la estanqueidad entre las camaras sea lo mas perfecta posible, puesto que las comunicaciones entre fluidos a distintas presiones, ademas de suponer un despilfarro energetico por su irreversibilidad y el consiguiente incremento de entropia que supone, pueden producir inundaciones y situaciones

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peligrosas en una embarcacion submarina. Para obtener estanqueidad debe existir cierta hermeticidad en las juntas del piston

Ademas, para conseguir un buen rendimiento las presiones de los dos fluidos en contacto a traves de la pared movil deben ser iguales, por lo tanto, como es logico, el deslizamiento del piston debe ser suave y libre de resistencias debidas a la friccion, lo que esta refiido con la estanqueidad.

Sin embargo, siempre es posible conseguir un equilibrio entre ambos objetivos, que implica una geometria adecuada de la pared interior de la camisa y un buen acabado superficial, exento de rugosidades Este requisito, que es facil de conseguir cuando se manejan fluidos poco agresivos, como el aceite mineral o incluso el agua dulce, representa un grave obstaculo cuando el fluido a conducir es agua salada, todavia mas si contiene particulas en suspension de origen organico o mineral, que por su efecto abrasivo, deterioran rapidamente el interior de la camisa. danando al mismo tiempo las juntas del piston Los efectos abrasivos del material en suspension pueden paliarse unicamente mediante una cuidadosa filtracion, que supone un coste afiadido y consume parte de la presion disponible en forma de perdida de carga.

Los disefios alternativos en forma de embolos que no requieren una camisa pulida debido a que carecen de piston y que tienen las juntas en el propio vastago, suavizan solamente los efectos de las particulas abrasivas, que al final acaban atacando la superficie pulida del vastago y sus juntas de estanqueidad.

La ventaja de los recuperadores lineales esta, por tanto, en su aceptable rendimiento. presentado sin embargo el inconveniente de que requiere una necesidad casi continua de mantenimiento.

El documento GB2377928 divulga un sistema de desalinizacion. El mismos incluye un sistema para impulsar un fluido por recirculacion de un medio de baja presion a un medio de alta presion que, con el objetivo de recuperar la energia contenida en el fluido a alta presion con el fin de ayudar al bombeo de baja a alta presion, reduciendo asi la contribucion energetica requerida

El mismo comprende un recuperador con una configuracion cilindrica alargada, con una membrana flexible (32) con el mismo, que establece dos camaras independientes y selladas, una exterior conectada (52) a una entrada para la entrada de fluido y

una interior conectada (50) por un extremo al conducto (56) para el fluido procesamiento hacia el exterior, mientras que el otro extremo (54) de dicha camara interior se conecta a un reactor (22) de cualquier tipo, a su vez conectado a la camara exterior con el fin de permitir el establecimiento de la distribucion y procesamiento del fluido de su conducto de entrada al de salida.

El fluido procesamiento es tanto la salmuera como el agua dulce, respectivamente.

No se menciona la forma de la membrana.

Una bomba de impulsor (38) se sitiia en la entrada.

Descripcion de la invencion

El sistema objeto de la invencion esta concebido para resolver los problemas e inconvenientes referidos con anterioridad, siendo del tipo de los que utilizan un recuperador de pared movil, que presenta la particularidad de estar materializada por una membrana flexible, de configuracion tubular y alargada.

El referido recuperador especial se construye a partir de un cuerpo tubular y cilindrico, recto y alargado, con entrada y salida opuestas y diferenciadas, permitiendo conservar el sentido de circulacion del fluido y su cantidad de movimiento. Dicho cuerpo del recuperador esta provisto en sus extremos de sendas bridas desmontables para permitir la inspection y sustitucion de la membrana flexible. Una o bien dos entradas embridadas situadas, preferentemente aunque no limitativamente, en los extremos, comunicadas con una camara exterior a la membrana, permiten la utilization indistinta de valvulas de dos o tres vias.

En cuanto a la membrana flexible que incorpora el recuperador, al tener forma tubular sera facil de fabricar y por lo tanto muy economica, estando constituida en un material elastico e inalterable (preferentemente caucho natural o elastomero sintetico) que es compatible en sus cualidades con el fluido a conducir. Dicha membrana se monta concentricamente en el interior del cuerpo tubular del recuperador, con dos camaras independientes y estancas estableciendose dentro de este ultimo, una interior y otra exterior a la membrana, estando los extremos de dicha membrana anclados sobre sendos cuellos mismos interiores, extremos y concentricos del recuperador, anclaje que se realiza mediante respectivas abrazaderas La suma de los volumenes de ambas camaras permanece constante, independientemente de la forma adoptada por la membrana en cada momento, de tal manera que la gran superficie de dicha membrana y su extrema flexibilidad obligan a que las presiones en las dos camaras sean practicamente las mismas, no existiendo perdidas energeticas fundadas en fricciones o rozamientos.

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En base a las caracteristicas de constitucion referidas, la entrada de fluido a la camara interior del recuperador causa la expansion de la membrana y consiguiente impulsion hacia fuera del fluido de la camara exterior, mientras que la entrada de fluido en dicha camara exterior causa el estrangulamiento de la membrana y la correspondiente impulsion hacia fuera del fluido de la camara interior.

La referida membrana se complementa con un tubo perforado exterior a la misma y situado concentricamente con el recuperador, con objeto de limitar las tensiones mecanicas que se produciran en la membrana por una expansion sin restricciones de la misma, puesto que durante el proceso de expansion de la misma, Negara el momento en que se apoye sobre la superficie interior del referido tubo.

Como es evidente, el espesor de la membrana debera de calcularse para que resista las tensiones de traccion resultantes de la aplicacion de la maxima diferencia posible de presiones entre las dos camaras, aunque desde el punto de vista de que para optimizar el rendimiento deben mantenerse practicamente iguales las presiones a ambos lados de la membrana, se deduce que en la practica no deben producirse tensiones peligrosas durante el proceso de expansion de esa membrana

Asimismo, se ha previsto que en el interior de la membrana vaya montada una pieza axial denominada "espina" de la misma longitud que aquella, estando constituida tal espina mediante un tubo central y axial y tres tubos perifericos y longitudinales, situados a 120°, estando unidos estos con el tubo central mediante sendas placas o nervaduras radiales, de manera tal que la membrana, cuando se encuentra en posicion neutra, adopta una forma aproximadamente cilindrica, quedando practicamente tangente a la generatrices exteriores de los tubos perifericos, de los que se separa durante el proceso de expansion. Cuando la membrana se somete a presion exterior abandona la forma cilindrica, estrangulandose de forma que llegue a ajustarse completamente sobre la superficie exterior de la espina, cuyo contorno se ha calculado de forma que su longitud sea igual al perimetro interior de la membrana en posicion neutra, por lo que no pueden producirse tensiones ni arrugas.

De esta forma se protege a la membrana de posteriores dafios puesto que el minimo radio de plegado equivale al radio de los tubos y a la superficie de soporte dispuesta entre los mismos y las placas o nervaduras radiales

La referida pieza denominada "espina" se complementa con tres juegos de pletinas envolventes, unidas a los tubos perifericos de dicha espina, pletinas que presentan una forma que varia progresivamente desde la cilindrica pura, en los extremos, hasta una estrangulada en el centre, de modo que las tensiones en la membrana que resultan de la seccion transversal se distribuyen sobre una longitud considerable.

Tanto el tubo como las placas o nervaduras estaran provistas de orificios pasantes, para asegurar la rapida evacuacion del volumen interior, de manera que a traves de tales orificios se conecta toda la longitud de la membrana, sirviendo de ruta de evacuacion del fluido aun en el caso improbable de que alguna seccion de la membrana, por existir diferencias de espesor o por coincidir con un conducto de entrada a la camara exterior, se estrangule con anterioridad a las demas.

El recuperador que se esta describiendo requiere un sistema de distribucion de los fluidos, que permita establecer las circulaciones de dichos fluidos, estando basado el sistema de distribucion en un juego de valvulas de tipo lineal o de tipo giratorio, con caracteristicas estructurales sencillas y simples en ambos casos, puesto que deben carecer en absoluto de piezas que puedan producir ruidos, vibraciones y choques que pudieran facilitar, por ejemplo, en embarcaciones sumergibles de caracter militar, la deteccion a distancia de la embarcacion por parte de un hipotetico enemigo.

El sistema de valvulas lineales de dos vias, puede formar un conjunto unico que comprende dos valvulas, una correspondiente al circuito de alta presion y otra correspondiente al circuito de baja presion, siendo ambas accionadas por un unico cilindro provisto de un vastago, de manera que al actuar el cilindro alternativamente sobre una u otra valvula es imposible la apertura simultanea, aunque las valvulas en cuestion deben estar asociadas a sendos resortes capaces de efectuar el cierre de la valvula, a cuya posicion tienden constantemente.

Las referidas dos valvulas de dos vias pueden ser tambien independientes, es decir, que cada una de las mismas disponga de su propio cilindro, permitiendo el desmontaje de los elementos de obturacion para su inspeccibn o reparacion sin necesidad de desacoplar las bridas para fijacion de los tubos principales.

En determinados casos, tales como aquellos donde se requiera poner dificultad de deteccion de, por ejemplo vehiculos sumergidos, entonces es conveniente y aconsejable utilizar el tipo de valvula giratorio, o de tres vias, constituida esta a partir de una carcasa cilindrica con tres lumbreras correspondientes a las entradas de alta presion, de baja presion y recuperador. En el interior de la carcasa va montada una especie de paleta giratoria que permite la conexion o aislamiento alternatives entre las tres lumbreras citadas.

En una variante mejorada de la solucion anterior, se ha previsto que la carcasa sea ligeramente conica, en orden a compensar mediante un leve desplazamiento axial de la paleta, el inevitable desgaste que se produce de las superficies de rozamiento cuando la carcasa es cilindrica. Dicha variante conica permite mantener siempre en

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contacto la paleta con la superficie interior de la carcasa, pero en base al leve desplazamiento axial de la paleta, todo ello de manera tal que entre esta y la carcasa se interpone un casquillo que es conico interiormente y cilindrico exteriormente, con la finalidad de facilitar el mecanizado conico y permitir su facil sustitucion, en caso de desgaste, sin necesidad de reponer la carcasa exterior, que es un elemento mas costoso y complicado.

En lo que respecta a la posicion de los distintos medios que definen el sistema de la invencion, debe destacarse que el recuperador, ademas de la entrada de fluido y el conducto de salida del fluido procesamiento, incluye tambien una conexion con un intercambiador de calor o un dispositivo para obtener disoluciones, generalmente constituido por un reactor.

La conexion entre la entrada del medio exterior, la camara del recuperador exterior a la membrana y el intercambiador o reactor, puede efectuarse mediante dos valvulas de dos vias o una valvula de tres vias. Cuando se utilizan valvulas de dos vias una de las mismas se instala entre la entrada del medio y la camara exterior del recuperador, y la otra entre la camara exterior del recuperador y el intercambiador o reactor. Cuando se utiliza una valvula de tres vias se instala de forma que cada una de sus vias se conecta con cada uno de los tres elementos mencionados al principio de este parrafo.

En la entrada del recuperador se ha previsto una bomba de impulsion, mientras que en el conducto de conexion entre el recuperador y el reactor se ha previsto una valvula de retencion y una bomba de salida, existiendo otra vdlvula de retencion en el conducto de salida en la parte exterior del fluido procesamiento en el recuperador

Finalmente, se puede decir que el mayor rendimiento del sistema se consigue mediante el montaje de varios recuperadores en paralelo, cuyos ciclos vayan convenientemente alternados con el fin de que se complementen reciprocamente, puesto que el ciclo de trabajo se compone de dos partes de igual duracion teorica, en una de las cuales se toma fluido y en la otra se expulsa, de manera que para conseguir un flujo de salida lo mas uniforme posible, varios recuperadores se disponen en paralelo, teniendo cada uno de los mismos sus correspondientes valvulas, siendo las bombas de admision y salida al igual que el reactor del proceso comunes para todos.

Entre las ventajas del sistema con la utilizacion de la membrana flexible como la descrita con anterioridad, y los elementos asociados en el recuperador, pueden citarse las siguientes:

- No existen perdidas de energia motivadas por el rendimiento de maquinas giratorias o por friccion de contacto entre pistones y camisas La transferencia de energia se controla por la deformacion de un medio de extremadamente flexible, no consumiendose energia en este proceso.

- Los fluidos en contacto a traves de la membrana se encuentran casi exactamente a la misma presion, con lo que el proceso es reversible y su rendimiento maximo.

- En caso de deterioro por el uso basta con sustituir la membrana, sin requerirse mecanizados complicados ni materiales especiales.

- Los depositos salinos y las impurezas en suspension no afectan la superficie de la membrana, puesto que en ningun momento trabaja bajo friccion.

El disefio adoptado por el recuperador de la invencion, basado en un tubo alargado con entrada y salida opuestas y diferenciadas, permite conservar el sentido de circulation del fluido y su cantidad de movimiento, utilizandose membranas de forma tubular faciles de fabricar en diversas medidas y por lo tanto muy economicas, a diferencia del caso de dispositivos acumuladores que utilizan camaras de aire donde se controla la entrada y la salida del fluido a presurizar por una pieza o abertura, lo que obliga al fluido entrante a invertir su direction de movimiento hacia la salida, consumiendo energia para la aceleracion del mismo y requiriendo la utilizacion de una camara de aire cerrada de dimensiones precisas.

Breve descripcion de los dibujos

Para complementar la descripcion que seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor comprension de las caracteristicas de la presente invencion, esta memoria descriptiva se acompana de un juego de dibujos en base a los que se comprenderan mas facilmente las innovaciones y ventajas del sistema que forma el objeto de la invencion.

Figura 1.- Muestra una vista en section longitudinal del recuperador utilizado en el sistema de la invencion. Figura 2.- Muestra una vista en seccion transversal de la membrana tubular y flexible que incorpora el recuperador. En esta Figura se muestra la position A correspondiente a la posicion de repose; la posicion B que corresponde al inicio de estrangulamiento, y la posicidn C que corresponde al total estrangulamiento de la membrana.

Figura 3.- Muestra una vista longitudinal de la pieza utilizada en la protection de las zonas de extremo de la membrana representada en la Figura 2.

Figura 4.- Muestra vistas en seccion correspondientes a las lineas de corte B-B; C-C y D-D representadas en la Figura anterior, representando los diferentes contornos que la pieza de protection adquiere segun se va distanciando de los extremos hacia la zona central de la misma.

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Figura 5.- Muestra una vista en seccion de la combinacion unica formada por dos valvulas lineales de dos vlas, susceptibles de utilizarse en el sistema de la invencion

Figura 6.- Muestra una vista esquematica del conjunto de dos valvulas lineales de dos vlas independientes y montadas sobre el recuperador, susceptibles de utilizarse en el sistema de la invencion.

Figura 7.- Muestra una vista en seccion de un tipo de valvula giratoria susceptible de utilizarse en el sistema de la invencion, en sustitucion de las valvulas representadas en las Figuras 5 y 6,

Figura 8.- Muestra una vista en seccion de una valvula de tipo giratoria de diseno conico, que incorpora interiormente un casquillo con un interior conico y exterior cilindrico.

Figura 9.- Muestra el esquema correspondiente al sistema en el instante de trabajo donde se esta realizando la transferencia de fluido a baja presion desde la camara exterior del recuperador al intercambiador o reactor Simultaneamente se esta efectuando otra transferencia de fluido a baja presion entre el intercambiador o reactor y la camara interior del recuperador.

Figura 10.- Muestra el sistema en la segunda parte del ciclo de trabajo, tras la primera fase del ciclo realizada segun la Figura anterior. En este instante de trabajo se esta efectuando la entrada de fluido a alta presion desde el medio exterior a la camara exterior del recuperador, realizandose de forma simultanea el bombeo del fluido contenido en la camara interior del recuperador, expulsandolo a alta presion hacia el medio exterior.

Figuras 11 y 12.- Muestran sendas vistas del esquema representado en las Figuras 9 y 10, habiendo sustituido las valvulas de dos vias (es decir, la valvula de admision y la valvula de impulsion) por una unica valvula de tres vias.

Figura 13.- Muestra una vista correspondiente a un esquema del sistema donde se utilizan cinco recuperadores montados en paralelo.

Descripcion de la realizacion preferida

En vista de las Figuras y, especificamente, en relacion con la Figura 1, puede observarse como el recuperador utilizado en el sistema de la invencion se constituye a partir de un cuerpo tubular 1 en cuyos extremos se incluyen sendas bridas desmontables 2 provistas ambas de un cuello interior 3, mientras que en proximidad a los extremos se han previsto sendas entradas embridadas 4 y 5 para el acoplamiento de las valvulas que forman parte del sistema de distribution del fluido, como mas adelante se expondra.

En el interior de dicho cuerpo 1 del recuperador, hay una membrana 6 montada coaxial y concentricamente que queda cerrada por sus extremos sobre los cuellos 3 de las bridas 2, realizandose esta fijacion mediante respectivas abrazaderas 7 que proporcionan una estanqueidad a las dos camaras definidas en el interior del cuerpo 1 del recuperador por medio de dicha membrana 6, siendo esta flexible y pudiendo estar constituida en un material de caucho natural o bien de un elastomero sintetico, con cualidades de compatibilidad con el fluido a conducir.

Como se ha explicado anteriormente, la membrana 6 rea dos camaras concentricas 8 y 9, la primera siendo la camara interior y la segunda siendo la camara exterior, y se puede confirmar que la suma de los volumenes de las dos camaras 8 y 9 permanece constante independientemente de la forma adoptada por la membrana 6 en cada momento, por lo que si se efectua una entrada de fluido con un volumen determinado en una de las camaras, el mismo volumen de fluido tiene que hacerse salir de la otra camara, todo ello de manera tal que la gran superficie de la membrana y su extrema flexibilidad obligan a que las presiones en las dos camaras 8 y 9 sean casi exactamente las mismas, no existiendo perdidas energeticas como resultado de fricciones o rozamientos, y siendo despreciable el incremento de presion debido a la tension elastica del material que constituye la membrana.

La entrada de fluido a la camara interior 8 causa la expansion de la membrana 6 y la expulsion de fluido de la camara exterior 9, mientras que la entrada de fluido en la camara exterior 9 causara el estrangulamiento de la membrana 6, expulsando el fluido de la camara interior 8

Con objeto de limitar las tensiones mecanicas que se producirian en la membrana 6 por una expansion sin restricciones de la misma, se ha previsto la incorporation de un tubo perforado 10, concentrico con el cuerpo tubular 1 del recuperador, de manera que durante el proceso de expansion de la membrana 6, la misma descansara sobre la superficie interior de dicho tubo 10, quedando cualquier esfuerzo adicional confinado a las partes de las membranas coincidentes con los orificios de ese tubo 10, que son los unicos que no quedan completamente soportados sobre el interior del tubo.

Dicha membrana 6 se complementa con una pieza interior y axial 11, denominada "espina" de longitud igual a la propia membrana 6 y cuya seccion, que puede apreciarse claramente en la Figura 2, comprende un tubo central 12 y tres tubos perifericos y longitudinales 13 desfasados 120° entre si, uniendose el tubo central con los tubos perifericos mediante placas o nervaduras radiales 14. Cuando la membrana 6 se encuentra en posicion neutra adopta una forma aproximadamente cilindrica, como se muestra en el detalle A de la Figura 2, quedando practicamente tangente a los tubos perifericos 13, de los que se separa durante el proceso de expansion. Cuando la membrana 6 se somete a presion exterior, abandona la forma cilindrica del detalle A, estrangulandose progresivamente tal y como se muestra en el detalle B de esa Figura 2, hasta alcanzar la representacion del detalle C de la misma Figura 2, es decir, donde la membrana 6 se ajusta completamente a la superficie exterior de la pieza o espina 11, con lo que la membrana quedara protegida de posteriores danos, puesto que el mlnimo radio de

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plegado equivale al radio de los tubos y al de la superficie de soporte provista entre los mismos y las placas radiales.

Para proteger las zonas de extremo de la membrana 6, que de otra forma pasarian bruscamente de la forma cilindrica a la estrangulada, se han previsto dos zonas de transicion como se muestra en las Figuras 3 y 4, consistiendo en la disposicion de tres juegos de pletinas 15 como complemento de la pieza que constituye la espina 11, sin dificultar por ello el libre paso del fluido, y cuyas pletinas 15 adoptan una forma que varia progresivamente desde la cilindrica pura en los extremos hasta la estrangulada en la zona central, viendose esas variaciones en las secciones B-B; C-C, y D-D representadas en la Figura 4 y que corresponden a las secciones mostradas en la Figura 3.

En cuanto a la distribucion de los movimientos del fluido en el recuperador que se ha descrito, el mismo utiliza valvulas que pueden ser de tipo lineal o giratorio.

Especrficamente, la Figura 5 muestra un sistema formado por dos valvulas de dos vias, referenciadas ambas con el numero 16, y correspondiendo una de las mismas al circuito de alta presion referenciado como AP, y la otra correspondiendo al circuito de baja presion referenciado con BP, y ambas valvulas 16 accionadas por un linico cilindro 17 con un doble vastago 18, de tal manera que la actuacion alternativa de dicho cilindro 17 y, por lo tanto, el desplazamiento del vastago 18 en una y otra direccion; hace imposible la abertura de ambas valvulas 16, siempre que el resorte 20 asociado a las mismas sea capaz de efectuar el cierre de la propia valvula, cierre que por su puesto se realiza con el extremo o cabezal conico 19 establecido en los propios extremos del vastago 18, tal y como se representa claramente en la Figura 5.

Como es logico, este tipo de valvula de dos vias requiere una estructura resistente y de cierta importancia, puesto que tiene que soportar el esfuerzo reducido por el cilindro 17 sobre las valvulas, para conseguir la apertura de las mismas.

Ese inconveniente se soluciona mediante la realization mostrada en la Figura 6, y donde de forma esquematica se ha representado el recuperador 1, la membrana 6, lo extremos de alta presion AP y de baja presion BP, y las dos camaras interior 8 y exterior 9 establecidas en el cuerpo cilindrico 1 del recuperador por medio de la membrana 6.

Se ha mencionado que esta representacion esquematica corresponde a una solucion que utiliza dos valvulas independientes 16', con cilindros independientes 17', vastagos independientes 18' y los asientos o cabezales de cierre de valvulas 19', de manera que de acuerdo con esa representacion de la Figura 6, cuando el flujo circula por la camara interior 8 del recuperador, se bombea el volumen contenido en la camara exterior 9 hacia la zona de baja presion BP a traves de la valvula correspondiente 16', que se encuentra abierta, mientras que la valvula 16’ de alta presion BP se encuentra cerrada, impidiendo el paso del fluido sometido a alta presion, todo ello de manera que en la fase siguiente del ciclo el fluido de alta presion se hara circular hacia la camara exterior 9, permaneciendo entonces cerrada la valvula de baja presion.

Como es evidente, el disponer cada valvula 16' de su propio cilindro de accionamiento 17', no se requiere ninguna bancada resistente, puesto que los esfuerzos se cierran en las carcasas de cada valvula, permitiendo el desmontaje de los elementos de obturacion 18'-19' para su inspection o reparacion sin necesidad de desacoplar las bridas de los tubos principales.

En sustitucion de esas valvulas de dos vias 16 o 16', puede utilizarse en determinados casos y circunstancias, una valvula giratoria 21 representada en la Figura 7, cuya carcasa 22 es cilindrica y dispone de tres lumbreras 23, 24 y 25, correspondientes a la entrada de alta presion AP, la entrada de baja presion BP y a la entrada del recuperador, respectivamente, y cuyas lumbreras 23, 25 y 25 cuentan con sus correspondientes bridas 26 para realizar los correspondientes acoplamientos

Girando en el interior de la carcasa 22 de la valvula giratoria 21 se encuentra una pieza en forma de paleta 27 que permite la conexion o el aislamiento alternative entre las tres lumbreras 23, 24 y 25. En la posicion mostrada en la Figura 7 se esta controlando el paso de fluido desde el recuperador, es decir a traves de la lumbrera 25, hasta la zona de baja presion BP, mientras que la lumbrera 23 de alta presion AP permanece incomunicada, todo ello de manera tal que el giro de esa paleta 27 podra establecer uno u otro tipo de conexion entre las lumbreras de alta presion y de baja presion con respecto al recuperador.

Con este sistema de distribucion se consigue automaticamente la condicion de impedir la conexion directa o indirecta de las lumbreras 23 y 24, en otras palabras la lumbrera de alta presion AP y la lumbrera BP, siempre que se consiga un recubrimiento positivo de la paleta 27 al pasar por las lumbreras y una estanqueidad razonable entre la propia paleta 27 al pasar por las lumbreras y la carcasa 22. Si ambos elementos son cilindricos dicha estanqueidad debe conseguirse mediante un ajuste entre ambas piezas, con los inconvenientes a que dan lugar el rozamiento, abrasion y desgaste.

Para evitar esta circunstancia se puede optar por la solucion representada en la Figura 8, de diseno conico, con una carcasa 22' y una paleta 27', donde el inevitable desgaste de las superficies referido anteriormente, se compensa en

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este caso automaticamente mediante un ligero desplazamiento axial de la propia paleta 27', que permanece por tanto siempre en contacto con la superficie interior de la carcasa 22', Tanto la estanqueidad como el desplazamiento para compensation automatica del desgaste se consigue aplicando presion a la camara 28, con lo que la superficie exterior de la paleta 27' y la superficie interior de la carcasa 22' se fuerzan entre si, proporcionando juntas de estanqueidad 29 situadas en ambos extremos del eje interior de la propia carcasa, lo que permite el cierre de las respectivas superficies,

En este caso, entre la paleta 27' y la carcasa 22' se interpone un casquillo 30 interiormente conico y exteriormente cilindrico, cuya finalidad es facilitar el mecanizado conico y permitir su facil sustitucion en caso de desgaste sin necesidad de reponer la carcasa exterior.

La disposition general para establecer la impulsion del fluido por recirculacion del medio de baja presion al medio de alta presion mediante recuperation de la energia del fluido entrante, se deja ver en las Figuras 9 a 12, donde se han indicado de forma diferente los circuitos de alta presion, de baja presion, asi como los circuitos de alta presion con CO2 disuelto y de baja presion con CO? disuelto.

En esas Figuras puede verse el recuperador 1 con ambas camaras 8 y 9, donde la entrada exterior se efectua a traves del conducto 31, a la presion apropiada, de tal manera que dicha presion, para necesidades del proceso interno, se reduce a un valor proximo al atmosferico, efectuandose el intercambio termico o la disolucion en un reactor 32 que, como puede verse, se conecta a traves de una parte con el recuperador 1 y por otra parte con la camara exterior 9 de ese recuperador 1.

En las Figuras 9 y 10, una bomba de admision 33 se establece en el conducto de entrada 31, donde se incluye una valvula de dos vias 16' conectada con la camara exterior 9, previendose ademas una segunda valvula, tambien referenciada con 16', que corresponde a la valvula de impulsion y que se muestra en la zona izquierda superior del propio recuperador 1, ambas valvulas 16 son valvulas de dos vias, y son susceptibles de ser sustituidas por una unica valvula de tres vias 16" que se muestra en las Figuras 11 y 12 como se expondra mas adelante.

Asimismo, en las Figuras 9 y 10 puede observarse como el sistema incluye dos valvulas de retention 34 y 35, la primera de las mismas establecida en el conducto que conecta el recuperador 1 con el reactor 32, y la segunda establecida en el conducto de impulsion 36, previendose ademas una bomba de salida 37 establecida en el mismo conducto que la valvula de retencion 34.

Teniendo en cuenta que la explication siguiente considerara como la entrada se efectua a traves de la camara exterior 9 y la impulsion a traves de la camara interior 8, aunque el funcionamiento en sentido opuesto seria igualmente posible, se representa en la Flgura 8 un instante de ciclo de trabajo donde se esta controlando la transferencia de fluido a baja presion desde el recuperador 1 hasta el reactor 32, donde la situation de los elementos del sistema o circuito es la siguiente:

La bomba de admision 33 se considera inactiva en esta parte del ciclo, encontrandose cerrada la valvula de admision 16' prevista en el conducto de entrada 31, mientras que la valvula de impulsion 16' situada en el conducto de salida 38 se encuentra abierta, tal y como se representa claramente en la Figura 9. De esta manera el fluido contenido en la camara exterior 9 del recuperador 1 se encuentra a la misma presion que el reactor 32, que puede ser proxima 0 practicamente igual a la atmosferica.

En cuanto a la bomba de salida 37, la misma aspirara el fluido del reactor 32 proporcionandole una ligera sobrepresion, cuya finalidad es proceder con la conduccion del fluido venciendo la valvula de retencion 34 y llenando la camara interior 8. En cualquier caso esta sobrepresion no es capaz de veneer la presion del conducto de impulsion 36, por lo que la valvula de retencion 35 permanece cerrada.

A medida que la camara interior 8 del recuperador 1 se llena paulatinamente, el fluido contenido en la camara exterior 9 se expulsa simultaneamente y circula con libertad a travbs de la valvula de impulsion 16' establecida en el conducto de salida 38, estando esta ultima valvula abierta como se ha explicado anteriormente, siguiendo el fluido hacia el reactor 32.

La presion que debe aportar la bomba de salida 37 se limita a la estrictamente necesaria para producir la expansion de la membrana 10, produciendo la circulacion del fluido contenido en la camara 9 del recuperador. Esta presion es muy reducida y es una de las perdidas de carga generadas por las circulaciones explicadas anteriormente, aunque la mayor parte de la perdida de carga y con el ello el mayor aporte energetico correspondera a la circulacion de grandes flujos.

Por lo tanto, el objetivo del diseho es alcanzar un compromiso satisfactorio entre el tamafio del equipo 0 instalacion, y, por consiguiente, la inversion requerida, y los costes de operacion, incluyendo el consumo energetico, equilibrio que debe efectuarse de acuerdo con la duration de la vida util esperable de la instalacion y del tiempo de amortizacion del sistema.

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Una vez que todo el volumen efectivo del recuperador 1 se ha expulsado, comienza la segunda parte del ciclo, que se produce al abrlrse la valvula 16' establecida en el conducto de entrada 31 y cerrarse la valvula 16' establecida en el conducto de salida 38, como se muestra en la Figura 10.

Evidentemente se debe asegurar que nunca se produzca de forma involuntaria la apertura simultanea de ambas valvulas 16', puesto que de lo contrario tendria lugar la peligrosa conexion directa entre los medios de alta presion y de baja presion.

En este caso, como se representa en la Figura 10, al encontrarse abierta la valvula de admision 16', es decir la del conducto de entrada 31, el fluido que pasa a traves este ayudado por la bomba de impulsion 33, accede a la camara 9, mientras que la valvula de impulsion 16' establecida en el conducto 38, se encuentra cerrada, por lo que el volumen que entra en la camara exterior 9 produce la salida del mismo volumen de la camara interior 8 del recuperador 1, cerrandose la valvula de retencion 34 e impidiendo el retroceso del flujo, que debe encontrar su salida a traves de la valvula 35 hacia el conducto de impulsidn o de salida 36. Durante esta parte del ciclo las dos camaras 8 y 9 del recuperador 1 estan sometidas a la accion de alta presion

La bomba de admision 33 proporciona una ligera sobrepresion al flujo que entra en el sistema procedente del conducto de entrada 31, cuya unica finalidad es conducir el fluido, llenando la camara exterior 9 y venciendo la valvula de retencion 35. Teniendo en cuenta argumentos identicos a los expuestos en la primer parte del ciclo para la bomba de salida 37, la sobrepresion a proporcionarse por la bomba de admisi6n 33 es muy reducida.

En esta segunda parte del ciclo se considera inactiva la bomba de salida 37, inadividad que es solo aparente puesto que al tener varias unidades en paralelo como mas adelante se expondra, convenientemente desfasadas entre si, dicha bomba de admision 33 proporcionara un flujo constante que aportara una ligera sobrepresion.

Una vez expulsado el volumen util del recuperador 1, debe comenzar un nuevo ciclo con la apertura de la valvula de admision y el cierre de la valvula de impulsion.

Secundariamente, es posible controlar el flujo conducido actuando sobre la velocidad de la bomba de entrada 33 y la bomba de salida 37.

Sin embargo, las situaciones reflejadas a continuacion serian totalmente inutiles:

a) La sucesion demasiado rapida de cierres y aperturas de las valvulas, lo que no permitiria aprovechar integramente el volumen util del recuperador al no dar tiempo para proceder a su llenado total.

b) Mantener el bombeo de admision o de salida una vez que la membrana del recuperador llega a sus posiciones maximas de expansion y de estrangulacion, con el resultado de un flujo cero durante una parte del ciclo.

A partir de lo expuesto anteriormente se deduce que la optimization de la instalacion o sistema se producira cuando el cambio de position de las valvulas y con ello la inversion del ciclo se produzcan de forma coincidente con la consecucion de las posiciones de extremo de la membrana, siendo por lo tanto posible obtener flujos variables sin perdida de rendimiento, sin mas cuidado que la coordination de acciones expuestas con anterioridad.

En la Figura 11 se expone la disposicion resultante de sustituir las dos valvulas 16' por una valvula de tres vias 16", siendo la situacion del circuito equivalente a la de la Figura 9.

Por su parte, en la Figura 12 se muestra la instalacion durante la segunda parte del ciclo, siendo la situacion del circuito equivalente a la de la Figura 10.

Como se muestra en las Figuras 11 y 12, al utilizar la valvula de tres vias 16", el recuperador 1 linicamente tendra una abertura por la que circulara el fluido alternativamente en una u otra direccion.

Con el objeto de conseguir un flujo de salida lo mas uniforme posible es imprescindible contar con varios recuperadores 1 dispuestos en paralelo, cuyos ciclos vayan convenientemente alternados de modo que se complementen reciprocamente, con los recuperadores 1 complementandose con sus correspondientes valvulas 16", en este caso de tres vias, como se muestra en la Figura 13, con la bomba de admision 34 y la bomba de salida 35 siendo comunes para todos, asi como el reactor de proceso 32, en el caso mostrado aplicado a un proceso de disolucion de CO2 de tal manera que en la referida Figura 13 se muestra la instalacidn constituida concretamente por cinco conjuntos de recuperadores 1.

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1. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, que teniendo por finalidad la recuperacion de la energla contenida en el fluido a alta presion para ayudar al bombeo desde la baja a la alta presion, disminuyendo con ello el aporte energetico requerido, comprende un recuperador (1) de configuracion cilindrica alargada, con una membrana tubular flexible (6), concentrica con el mismo, estableciendo dos camaras independientes y estancas, una exterior (9) en conexion con una entrada de fluido y una interior (8) comunicada por un extremo con un conducto de impulsion del fluido procesamiento hacia el exterior, mientras que el otro extremo de dicha camara interior (8) esta en conexion con un intercambiador de calor o un reactor de cualquier tipo (32), comunicado a su vez con la camara exterior para permitir el establecimiento de la distribucion y procesamiento del fluido desde su entrada (31) hasta el conducto de salida (36).
2. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que el recuperador (1) presenta en sus extremos cuellos concentricos y enfrentados (3) entre los que se fija la membrana (6) por medio de las bridas (7) correspondientes.
3. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la membrana (6), montada axial y concentricamente con el recuperador (1), es susceptible de sufrir una expansion por entrada de fluido a la camara interior (8), expulsando el fluido contenido en la camara exterior (9), o bien sufrir una estrangulacion debido a la entrada de fluido a la camara exterior (9) e impulsando correspondiente hacia el exterior el fluido contenido en la camara interior (8), permaneciendo la suma de ambos volumenes constante independientemente de la forma adoptada por la membrana (6) en cada momento.

4 Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con la reivindicacion 3, caracterizado por que la membrana (6) se complementa externamente con un tubo axial (10) provisto de orificios, como medio de soporte de la propia membrana (6) en el proceso de expansion de la misma.
5. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con las reivindicaciones 3 y 4 caracterizado por que la membrana (6) se complementa con una pieza axial y concentrica a modo de espina (11), definida por un tubo central y axial (12) y varios tubos perifericos y longitudinales (13), preferentemente tres, desfasados entre si y unidos al tubo central (12) a traves de pletinas en la forma de nervaduras radiales (14), de tal manera que en la posicion de reposo la membrana (6) es tangencial a los tubos perifericos (13), mientras que en la fase de estrangulamiento, la membrana (6) se ajusta a la pieza que forma la espina (11) ajustandose completamente a la superficie exterior de esta, dado que la longitud del perimetro exterior de la espina coincide con la del perimetro interior de la membrana.
6. Sistema para la impulsion de un f uido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con las reivindicaciones 3, 4 y 5, caracterizado por que sobre la pieza que constituye la espina (11) se instala una serie de piezas (15) que adoptan una forma que varia progresivamente desde la configuracion cilindrica pura en su extremos hasta la estrangulada en la zona central, distribuyendo sobre una longitud considerable de la membrana (6) las tensiones resultantes del cambio de seccion.

7 Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizado por que la distribucion y procesamiento del fluido en el recuperador (1) se realiza mediante valvulas (16) o (16') o (16"), en combination con bombas de admision (33) y de salida (37), asi como valvulas de retention (34 ) y (35).
8. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado por que se incluyen valvulas de dos vias (16) con un unico cilindro de accionamiento (17) en el que se ha establecido un vastago (18) cuyos extremos son portadores de las expansiones (19) que determinan el cierre de la valvula correspondiente, estando dichas valvulas asociadas a respectivos resortes (20) para establecer el cierre de las mismas
9. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizado por que en lugar del conjunto unico de valvulas de dos vias (16) se incluyen dos valvulas independientes (16').
10. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con las reivindicaciones 8 y 9, caracterizado por que en lugar de las valvulas (16) o (16') se incluye una valvula de tres vias (16").

11 Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con la reivindicacion 10, caracterizado por que se incluye una valvula giratoria (21) con una carcasa (22) de configuracion cilindrica y provista de tres lumbreras (23), (24) y (25), correspondientes a las entradas de alta

preside AP, de baja presion BP y de los recuperadores, respectivamente, en cuya carcasa (22) gira una paleta (27) que permite la conexidn y/o aislamiento alternatives entre las lumbreras (23), (24) y (25).
12. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculation de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de

5 acuerdo con la revindication 9, caracterizado por que la valvula de admision (16') esta establecida en el conducto

de entrada (31) del recuperador (1), mientras que la valvula (16') de salida de ese recuperador (1) esta establecida en el conducto (38) que conecta la camara exterior (9) de dicho recuperador (1) al reactor (32).
13. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de

10 acuerdo con las reivindicaciones 10 a 11, caracterizado por que la valvula de tres vlas (16") permite por si misma

comunicar el conducto de entrada (31) con el recuperador (1), y este con el reactor (32) a traves del conducto (38).
14. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de acuerdo con la reivindicacion 7, caracterizado por que la bomba de admision (33) esta establecida en el conducto

15 de entrada (31) del recuperador (1), mientras que la bomba de salida (37) esta establecida en el conducto que conecta dicho recuperador (1) con el reactor (32); habiendose realizado la provision de proporcionar una de las valvulas de retention (34) en el mismo conducto mientras que la otra valvula de retention (35) esta establecida en el conducto de salida (36) del reactor (1).

20 15. Sistema para la impulsion de un fluido por recirculacion de un medio a baja presion a un medio a alta presion, de

acuerdo con las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que varios recuperadores (1) se montan en paralelo, alternandose los ciclos de funcionamiento, estando cada recuperador (1) asociado a las valvulas correspondientes, siendo las bombas de admision (33) y de salida (37), asi como las valvulas de retencion (34) y (35), comunes para todos.

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