ES2631133B1 - Recuperador de energía por transferencia entre dos circuitos hidráulicos - Google Patents
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Abstract
Recuperador (1) de energía por transferencia entre dos circuitos hidráulicos que comprenden un primer circuito hidráulico de bombeo y un segundo circuito hidráulico de impulsión; comprendiendo el recuperador (1), al menos, una cámara isobárica (2) con una cámara de bombeo (3) intercalada en el primer circuito hidráulico y una cámara motora (4) intercalada en el segundo circuito hidráulico, y donde la cámara de bombeo (3) se encuentra asociada a la cámara motora (4) mediante un primer elemento mecánico (5) móvil, y donde dicho primer elemento mecánico (5) comprende al menos, un divisor estanco flexible que se encuentra fijado y sellado al contorno de la cámara isobárica (2) correspondiente.
Description
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RECUPERADOR DE ENERGIA POR TRANSFERENCIA ENTRE DOS CIRCUITOS
HIDRAULICOS
D E S C R I P C I O N
OBJETO DE LA INVENCION
La presente invencion se refiere a un recuperador de energfa por trasferencia de la misma entre dos circuitos hidraulicos. La invencion es capaz de extraer energfa en uno mediante una disminucion de su presion y trasmitirla al otro aumentado la presion del mismo; siendo de aplicacion preferente a los bombeos con retorno confluente de parte, o el total, del fluido impulsado al punto de bombeo.
ANTECEDENTES DE LA INVENCION
Existen estaciones de tratamiento de aguas residuales (EDAR) que, alimentadas por bombeo desde una cota inferior a la de implantacion, devuelven el efluente -para su vertido a un cauce o al mar- en un punto cercano al de ubicacion del bombeo; realizandose el flujo de retorno por gravedad y con perdida de la recuperacion energetica potencial del mismo.
En estaciones desaladoras de agua de mar (IDAM), es de comun aplicacion la recuperacion energetica en los bastidores de osmosis inversa, no habiendose extendido la recuperacion a otros elementos susceptibles de tal aprovechamiento, como por ejemplo las conducciones de alimentacion de agua de mar y el emisario de salmuera. Por esta razon este tipo de estaciones se ubican en zonas cercanas a la costa, con un mayor impacto social y paisajfstico
En las IDAM, los elevados costes energeticos del proceso de osmosis inversa han propiciado el desarrollo de diferentes tecnicas de recuperacion de energfa en bombeos. En la actualidad son comunes tres sistemas:
Uno de ellos consiste en el empleo de turbinas hidraulicas.
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Otro consiste en intercambiadores de presion por rotacion (ERI®), en los cuales se alcanzan rendimientos muy elevados de recuperacion de energfa, utilizando una serie de camaras isobaricas en disposicion radial en un tambor central, cuyo giro a alta velocidad conecta en cada camara alternativamente, y por extremos opuestos, el rechazo de los bastidores de osmosis inversa y la alimentacion con agua de mar. Pero tiene el inconveniente de que el efluente de alimentacion y el sobrante se ponen en contacto directo entre sl
El tercer sistema utilizado es el DWEER®, con una configuracion similar a la del ERI®, pero donde se prescinde del tambor rotativo, y la regulacion de los caudales entrantes y salientes se realiza mediante valvulas; y donde se han intercalado unos elementos mecanicos moviles (unos embolos) entre el efluente de entrada y el sobrante o descarga, para minimizar la contaminacion del efluente de entrada, definiendo dos camaras que se llenan y vadan alternativamente de forma simultanea. Debido a la friccion de los embolos con las camaras isobaricas el rendimiento disminuye con respecto al sistema anterior.
Sin embargo, ninguno de los sistemas descritos conjuga un rendimiento energetico muy elevado con la aplicacion a fluidos abrasivos y que contengan solidos, evitando a la vez el contacto entre fluidos, y que ademas pueda prescindir para su utilizacion de una alimentacion o conexion electrica.
DESCRIPCION DE LA INVENCION
El recuperador se aplica a dos circuitos hidraulicos, para recuperar carga hidraulica de uno de ellos transfiriendola al otro circuito. El recuperador es del tipo que comprenden, al menos, una camara isobarica que comprende una camara de bombeo asociada a una camara motora a traves de, al menos, un primer elemento mecanico movil que se encuentra discurriendo entre posiciones opuestas de llenado/vaciado alternativo de dichas camaras.
Los circuitos hidraulicos comprenden un primer circuito hidraulico con, al menos, un colector de bombeo que se encuentra dispuesto entre una primera conexion en el punto de alimentacion del fluido a bombear y la camara de bombeo, y entre la camara de bombeo y una segunda conexion en el punto de descarga del fluido a bombear aguas arriba; y un
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segundo circuito hidraulico con, al menos, un colector de impulsion que se encuentra dispuesto entre una tercera conexion en el punto de alimentacion del fluido cuya energfa es recuperada y la camara motora, y entre la camara motora y una cuarta conexion en el punto de descarga del fluido cuya energfa es recuperada aguas abajo. El recuperador tambien comprende unas valvulas, que se encuentran dispuestas en las respectivas uniones con el colector de bombeo y con el colector de impulsion para regular el flujo de carga de la camara de bombeo desde la primera conexion y el flujo de descarga de dicha camara de bombeo hacia la segunda conexion, y simultanea y alternativamente el flujo de descarga de la camara motora hacia la cuarta conexion y el flujo de carga de dicha camara motora desde la tercera conexion con la participacion del primer elemento mecanico, produciendose la transferencia de energfa desde el segundo circuito hidraulico al primer circuito hidraulico.
Con esta configuracion basica, la invencion ha previsto que dicho primer elemento mecanico comprenda, al menos, un divisor estanco flexible, que es un elemento estanco carente de superficies de friccion contra la camara isobarica. Dicho divisor estanco flexible comprende muy preferentemente una membrana flexible impermeable que se encuentra fijada y sellada al contorno de la camara isobarica correspondiente, delimitando la camara de bombeo y la camara motora.
Ademas, la invencion ha previsto que en caso de diferencias acusadas de presion entre ambos circuitos hidraulicos, se pueda compensar dicha diferencia de presiones mediante disposicion de superficies de diferente magnitud del elemento mecanico expuestas a la presion en la camara de bombeo y la de impulsion.
Con esta configuracion aplicada entre la carga y la descarga de una IDAM por ejemplo se permitirfa desplazar la misma a una cota superior, y alejarse de la zona de costa con su mayor valor social y ambiental, limitandose el coste energetico del cambio a las perdidas de carga adicionales en las conducciones. Ademas, permite el uso con efluentes con contaminantes abrasivos y/o solidos sin que en ningun momento entren en contacto directo los fluidos de ambos circuitos, y ademas en configuraciones con valvulas de accionamiento mecanico, es capaz de funcionar autonomamente, esto es, sin alimentacion electrica.
DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS
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La figura 1.- Muestra una vista general del recuperador de la invencion acoplado a ambos circuitos hidraulicos entre los que transfiere energfa.
La figura 2.- Muestra un detalle del recuperador en una version con una unica camara isobarica y con las valvulas y unas vejigas de gas con funcion de elemento acumulador hidroneumatico y/o tanque antiariete.
Las figuras 3 y 4.- Muestran sendas vistas en detalle del recuperador en versiones con camaras de intercambio para adaptacion del funcionamiento con diferente proporcion de caudal en cada uno de los circuitos, y consecuentemente diferentes presiones.
Las figuras 5 y 6.- Muestran sendas vistas en detalle del recuperador, similares a la figura 2, en realizaciones con dos y con tres camaras isobaricas respectivamente.
Las figuras 7 y 8.- Muestran sendas vistas en detalle de sendas realizaciones de la membrana de una camara isobarica.
REALIZACION PREFERENTE DE LA INVENCION
El recuperador (1) de energfa de la invencion se aplica a circuitos hidraulicos que comprenden (ver fig 1) un primer circuito hidraulico que comprende una primera conexion (7) en el punto de alimentacion del fluido (24) a bombear para su tratamiento, una segunda conexion (10) en el punto de descarga donde es entregado el fluido (24) aspirado a traves de la primera conexion (7) para su procesado (por ejemplo depurado o potabilizado), y un segundo circuito hidraulico con una tercera conexion (14) en el punto de alimentacion del fluido cuya energfa es recuperada, aguas arriba, y una cuarta conexion (15) en el punto de descarga del fluido cuya energfa es recuperada aguas abajo, donde es devuelto dicho efluente procesado y/o su sobrante, tratandose por ejemplo, en la configuracion propuesta en esta realizacion preferente, el primer circuito hidraulico y el segundo circuito hidraulico de los circuitos de alimentacion y descarga de una EDAR o una IDAM.
El recuperador (1) en si es del tipo que comprenden, al menos, una camara isobarica (2) que comprende una camara de bombeo (3) asociada a una camara motora (4) a traves de, al menos, un primer elemento mecanico (5) movil que se encuentra discurriendo entre
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posiciones opuestas de llenado/vaciado alternative de dichas camaras (3, 4), encontrandose dispuesto el colector de bombeo (6) entre la primera conexion (7) y la camara de bombeo (3), y entre la camara de bombeo (3) y la segunda conexion (10); y el colector de impulsion (12) entre la tercera conexion (14) y la camara motora (4), y entre la camara motora (4) y la cuarta conexion (15); comprendiendo el recuperador (1) unas valvulas (16), que se encuentran intercaladas en las uniones con el colector de bombeo (6) y con el colector de impulsion (12) para regular el flujo de carga de la camara de bombeo (3) desde la primera conexion (7) y el flujo de descarga de dicha camara de bombeo (3) hacia la segunda conexion (10), y simultanea y alternativamente el flujo de descarga de la camara motora (4) hacia la cuarta conexion (15) y el flujo de carga de dicha camara motora (4) desde la tercera conexion (14) con la participacion del primer elemento mecanico (5), donde ademas en, al menos, el colector de bombeo (6) dispone de bombas (45) motorizadas para compensar las perdidas y la diferencia de alturas entre la segunda conexion (10) y la tercera conexion (14).
Con esta configuracion, de acuerdo con la invencion el primer elemento mecanico (5) comprende al menos, un divisor estanco flexible que se encuentra fijado y sellado al contorno de la camara isobarica (2) correspondiente. Este elemento carece de superficies de friccion contra la camara isobarica (2), evitando las perdidas de energfa por friccion, y ademas los desgastes y roturas de los sellos por la misma causa, evitando en todo momento el contacto directo entre ambos circuitos hidraulicos.
Dicho elemento mecanico (5) movil o divisor estanco comprende idealmente una membrana flexible impermeable que se encuentra fijada y sellada al contorno de la camara isobarica (2) correspondiente.
En unas realizaciones preferentes (ver figs 7 y 8) la membrana comprende una pluralidad de capas (33) para mejorar la eficiencia del sellado, habiendose previsto idealmente que entre algunas o todas las capas (33) de las membranas (5) se encuentren definidos unos intersticios (34) rellenos de un fluido para deteccion de fugas asociado a, al menos, un sensor (35). Por ejemplo, un fluido con una concentracion ionica determinada que pueda ser detectada por el sensor (35), de forma que si hay fugas dicha concentracion variara en magnitud suficiente para ser detectada por el sensor. Tambien el fluido de deteccion de fugas puede tener propiedades de barrera qufmica contra el paso de contaminantes.
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Tambien se ha previsto que la membrana pueda ser completamente flexible, como en la realizacion de la figura 7, o que pueda comprender un sector anular (36) flexible y/o elastico unido a las paredes de la camara de bombeo (3) y/o de la camara motora (4) comprendiendo, al menos, un sector rfgido (37) en su seno destinado a ofrecer una menor superficie flexible, mas susceptible al deterioro.
Otra caracterfstica adicional prevista por la invencion comprende la disposicion de unos finales de carrera (20) (mecanicos o electronicos) asociados a las valvulas (16) en los extremos del recorrido del elemento mecanico (5) para regular el llenado de las camaras (3, 4) y conseguir unos transitorios suaves que minimicen los golpes de ariete. Dichos finales de carrera (20) pueden ser tirantes y/o empujadores.
La regulacion de los ciclos de trabajo se realiza mediante las valvulas (16),que pueden ser gobernadas inteligentemente a traves de un automata, no representado, asociado a los finales de carreta (20), pero tambien puede conseguirse un funcionamiento completamente mecanico, sin la intervencion de controles electricos, y por lo tanto completamente autonomo.
Como el fluido (24) despues de su procesado (o su sobrante) y que entra a la camara motora (4) no esta necesariamente a la misma presion que el efluente a la entrada de la camara de bombeo (3) las fuerzas ejercidas en el primer elemento mecanico (5) pueden ser diferentes, por lo que la invencion ha previsto opcionalmente la intercalacion de una camara de intercambio (30) dispuesta entre la camara de bombeo (3) y la camara motora (4), y llena de un fluido de intercambio (31); comprendiendo dicha camara de intercambio (30) dos semicamaras (30a, 30b) de llenado alternativo separadas por un segundo elemento mecanico (50) movil, por ejemplo un embolo como se muestra en las figuras 3 y 4; y encontrandose las semicamaras (30a, 30b) conectadas respectivamente a las camaras de bombeo (3) y motora (4) a traves de sendos primeros elementos mecanicos (5). Dicho segundo elemento mecanico (50) dispuesto en el fluido de intercambio (30) comprende idealmente superficies expuestas (50a, 50b) a la presion de diferente magnitud en ambas semicamaras (30a, 30b) de modo que se consigue una impulsion resultante adecuada en el bombeo.
Por su parte, las valvulas (16) pueden encontrarse dispuestas por el exterior de las camaras
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de bombeo (3) y/o motora (4) (ver figs 1, 5 y 6) o por el interior de alguna de las mismas o de ambas (ver figs 2 a 4).
Igualmente, la invencion ha previsto la disposicion opcional pero muy recomendable de unas defensas (25) absorbedoras de los golpes de ariete, delimitadas por elementos moviles (26) (membranas, pistones) llenos de gas, dispuestas idealmente en el interior de la camara de bombeo (3) y/o de la camara motora (4), y que ademas cooperaran en la acumulacion y devolucion de energfa por compresion y descompresion segun las presiones de los fluidos en cada instante.
Por ultimo, indicar que el intercambiador puede comprender una camara isobarica (2), como se ve en las figuras 1 y 2, o varias (dos, tres) camaras isobaricas (2) con ciclos desfasados periodicamente entre si (ver figs 5 y 6) para conseguir un flujo continuo de impulsion entre la primera conexion (7) de efluente aguas abajo y la segunda conexion (10) aguas arriba.
Descrita suficientemente la naturaleza de la invencion, se indica que la descripcion de la misma y de su forma de realizacion preferente debe interpretarse de modo no limitativo, y que abarca la totalidad de las posibles variantes de realizacion que se deduzcan del contenido de la presente memoria y de las reivindicaciones.
Claims (12)
- 51015202530R E I V I N D I C A C I O N E S1. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos que comprenden un primer circuito hidraulico con un colector de bombeo (6) dispuesto entre una primera conexion (7) en el punto de alimentacion del fluido a bombear aguas abajo y una segunda conexion (10) en el punto de descarga del fluido a bombear aguas arriba donde es bombeado el fluido (24) aspirado a traves de la primera conexion (7), y un segundo circuito hidraulico con un colector de impulsion (12) dispuesto entre una tercera conexion (14) en el punto de alimentacion del fluido cuya energfa es recuperada aguas arriba y una cuarta conexion (15) en el punto de descarga del fluido cuya energfa es recuperada aguas abajo; comprendiendo el recuperador (1), al menos, una camara isobarica (2) que comprende una camara de bombeo (3) asociada a una camara motora (4) a traves de, al menos, un primer elemento mecanico (5) movil que se encuentra discurriendo entre posiciones opuestas de llenado/vaciado alternativo de dichas camaras (3, 4), encontrandose dispuesto el colector de bombeo (6) entre la primera conexion (7) y la camara de bombeo (3), y entre la camara de bombeo (3) y la segunda conexion (10), y el colector de impulsion (12) entre la tercera conexion (14) y la camara motora (4), y entre la camara motora (4) y la cuarta conexion (15); y comprendiendo el recuperador (1) unas valvulas (16), que se encuentran intercaladas en las uniones con el colector de bombeo (6) y con el colector de impulsion (12) para regular el flujo de carga de la camara de bombeo (3) desde la primera conexion (7) y el flujo de descarga de dicha camara de bombeo (3) hacia la segunda conexion (10), y simultanea y alternativamente el flujo de descarga de la camara motora (4) hacia cuarta conexion (15) y el flujo de carga de dicha camara motora (4) desde la tercera conexion (14) con la participacion del primer elemento mecanico (5); caracterizado porque el primer elemento mecanico (5) comprende al menos, un divisor estanco flexible que se encuentra fijado y sellado al contorno de la camara isobarica (2) correspondiente.
- 2. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun reivindicacion 1 caracterizado porque el divisor estanco flexible comprende una membrana flexible.
- 3. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun reivindicacion 2 caracterizado porque la membrana comprende una pluralidad de capas51015202530
- 4. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun reivindicacion 4 caracterizado porque entre algunas o todas las capas (33) de las membranas (5) se encuentran definidos unos intersticios (34) rellenos de un fluido para deteccion de fugas asociado a, al menos, un sensor (35).
- 5. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4 caracterizado porque la membrana comprende un sector anular (36) flexible y/o elastico unido a las paredes de la camara de bombeo (3) y/o de la camara motora (4) comprendiendo, al menos, un sector rfgido (37) en su seno.
- 6. -Recuperador (1) de por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende unos finales de carrera (20) asociados a las valvulas (16) dispuestos en los extremos del recorrido del elemento mecanico (5) para regular el llenado de las camaras (3, 4).
- 7. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun reivindicacion 6 caracterizado porque los finales de carrera (20) se encuentran seleccionados entre:tirantes y/o empujadores.
- 8. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende una camara de intercambio (30) dispuesta entre la camara de bombeo (3) y la camara motora (4), y llena de un fluido de intercambio (31); comprendiendo dicha camara de intercambio (30) dos semicamaras (30a, 30b) de llenado alternativo separadas por un segundo elemento mecanico (50) movil; y encontrandose las semicamaras (30a, 30b) conectadas respectivamente a las camaras de bombeo (3) y motora (4) a traves de sendos primeros elementos mecanicos (5).
- 9. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun reivindicacion 8 caracterizado porque el segundo elemento mecanico (50) dispuesto en el51015202530fluido de intercambio (30) comprende superficies expuestas (50a, 50b) a la presion de diferente magnitud en ambas semicamaras (30a, 30b).
- 10. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las valvulas (16) se encuentran dispuestas en el interior de la camara de bombeo (3) y/o de la camara motora (4).
- 11. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende unas defensas (25) absorbedoras de los golpes de ariete delimitadas por elementos moviles (26) y llenos de gas, dispuestos en el interior de la camara de bombeo (3) y/o de la camara motora (4).
- 12. -Recuperador (1) de energfa por transferencia entre dos circuitos hidraulicos segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende varios conjuntos (2) de recuperacion de ciclos desfasados periodicamente entre si, para conseguir un flujo continuo de impulsion entre la primera conexion (7) de efluente aguas abajo y la segunda conexion (10) aguas arriba.
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