ES2786876A1 - Desaladora submarina para desalinizacion de agua marina por osmosis inversa y procedimiento de disposicion de la desaladora submarina en el fondo marino - Google Patents

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Abstract

Desaladora submarina para desalinización de agua marina por osmosis inversa y procedimiento de disposición de la desaladora submarina en el fondo marino, comprendiendo la desaladora unas membranas (1) dispuestas en el fondo marino (S) que emplean la diferencia de presión entre el exterior y el interior de las membranas (1) para obtener agua desalada; cada membrana (1) tiene una forma plana alargada, están dispuestas en paralelo y definen un espacio de separación entre ellas (1) por el que circula agua marina; unos medios de bombeo (26) para impulsar el agua desalada; al menos una tubería (2) para evacuar el agua desalada que está dispuesta atravesando transversalmente las membranas (1), estableciéndose un paso de agua desalada entre las membranas (1) y la tubería (2); y una estructura de soporte (3) para sustentación de las membranas (1) y tubería (2), estando la estructura (3) en comunicación fluida con la tubería (2) por medio de al menos una columna (4) por la que se conduce el agua desalada.

Description

DESCRIPCIÓN
DESALADORA SUBMARINA PARA DESALINIZACIÓN DE AGUA MARINA POR
OSMOSIS INVERSA Y PROCEDIMIENTO DE DISPOSICIÓN DE LA DESALADORA
SUBMARINA EN EL FONDO MARINO
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con la desalinización de agua marina, proponiendo una instalación para llevar a cabo un proceso de desalinización por osmosis inversa mediante membranas. Las membranas son disponibles a una profundidad determinada de forma que se aprovecha de la presión del agua del mar a dicha profundidad y se emplea como única presión de entrada a la desaladora para llevar a cabo el proceso de desalinización.
Estado de la técnica
Hoy en día, el desarrollo de una sociedad está estrechamente ligado a la disponibilidad de agua y, por tanto, hay una necesidad creciente de este bien tan preciado y tan escaso. Si bien el mar constituye la fuente más sostenible para una captación masiva de agua, obliga a su vez a una desalación de la misma para poder emplearla en determinadas aplicaciones, como regadío, agricultura, uso industrial o consumo.
Los procesos de desalación actuales no son muy eficientes energéticamente y presentan grandes consumos de energía, lo que provoca que actualmente los ratios de desalación mundiales no sean muy elevados. Conseguir procesos de desalación energéticamente más eficientes es clave para el desarrollo de la Humanidad. Esto permitiría por ejemplo aprovechar la abundante cantidad de agua marina, un 96.5% con respecto a la cantidad global de agua del planeta, para la obtención de agua desalada en zonas de sequía, e impulsaría los tratamientos hídricos en general.
Actualmente, la tecnología de desalación más ampliamente utilizada, al resultar la más ventajosa desde el punto de vista de inversión y operación, es la ósmosis inversa mediante el uso de membranas semipermeables, si bien el consumo de energía sigue siendo bastante alto en este tipo de procesos. Los costes de operación dependen mayormente del coste de la energía y del tipo de agua a tratar.
La osmosis inversa consiste esencialmente en hacer pasar por la membrana semipermeable el agua desde el lado donde está la solución más concentrada (agua marina con sus sales disueltas), hacia el lado contrario, sin que pasen las sales. Es ampliamente conocido que la presión necesaria para conseguir la ósmosis inversa depende de la cantidad de sales disueltas en el agua y del grado de desalinización que se quiera obtener.
El proceso de desalación convencional comprende una etapa previa de pretratamiento del agua, la cual implica el uso de una serie de reactivos químicos que la preparan para las etapas sucesivas, pero que conlleva a su vez la generación de residuos en forma de vertido de agua contaminada. Este pretratamiento se emplea esencialmente para evitar el ensuciamiento en el interior de las membranas de ósmosis inversa, el cual podría afectar directamente a la eficiencia de la desalinización. Estos tratamientos previos a la ósmosis inversa están contemplados en todas las plantas desalinizadoras convencionales, debiendo dimensionarlas desde el inicio para que tengan cabida.
Las membranas comúnmente utilizadas en estos procesos presentan tasas de conversión de entre el 35% y el 45% en su rango óptimo de trabajo. Esta tasa de conversión de agua implica un aumento de la presión osmótica del agua que se tiene en cuenta a la hora de estimar los caudales adecuados por membrana, y que dependen a su vez del diseño actual de la membrana, generalmente con una configuración de arrollamiento en espiral, de las propiedades intrínsecas de la membrana, y de la calidad del agua a tratar.
En las instalaciones de desalación más extendidas, las membranas están dispuestas en unas vasijas de presión que se fabrican en material compuesto de fibra de vidrio y resina poliéster. Los materiales compuestos resultan idóneos para su uso en este tipo de aplicación no sólo por sus propiedades mecánicas, sino por ser capaces de evitar la corrosión al entrar en contacto con el agua marina.
Adicionalmente, la presión requerida para el proceso de osmosis inversa depende en su mayor parte de la presión osmótica del agua y, en las instalaciones convencionales, dicha presión va aumentando en la longitud de la vasija de presión por el aumento de concentración del agua marina debido a la conversión de la misma en agua desalada. Esta es la causa de que la presión necesaria de bombeo de entrada a la instalación deba ser alta, superior a la presión mínima requerida en la zona inicial de una vasija de desalinización y suficiente para una producción inferior en la parte final de la vasija, dado que debe funcionar indistintamente de cuál sea la presión osmótica en cada punto de la vasija. El consumo energético de esta configuración es elevado (implica aproximadamente el 75% del coste del agua desalada) debido a la importante presión a la que es necesario elevar el agua salada entrante, incluso en el caso de la incorporación de sistemas de recuperación de la presión de la salmuera.
El documento KR100417797B1 da a conocer una instalación para producir agua fresca y sal usando la presión de la profundidad del agua y la osmosis inversa. La instalación tiene unas membranas de desalación dispuestas en el fondo marino que emplean la diferencia de presión entre el exterior y el interior de las membranas para desalar el agua, una tubería de extracción para llevar el agua desalada hasta un barco, y unos medios de bombeo que están dispuestos en el barco para impulsar el agua desalada desde las membranas de desalación hasta el barco.
De esta manera, la instalación aprovecha la diferencia de presión entre el exterior y el interior de las membranas de desalación para desalar el agua marina y obtener agua desalada. Sin embargo, la instalación está basada en un conjunto de membranas de desalación convencionales de forma cilíndrica, en donde las membranas se componen de un conjunto de capas enrolladas en espiral para evacuar el agua desalada por los extremos de la forma cilíndrica del arrollamiento de capas, con lo que, dada la configuración cilíndrica y compacta de las membranas empleadas, se cubre un espacio limitado del fondo marino, con lo que el ratio de desalación de agua es limitado. Además, las membranas están dispuestas en verticalidad, con lo que la presión que ejerce el agua marina en la parte superior de la membrana es inferior a la ejercida en la parte inferior. A modo de ejemplo se puede comprobar que bajo el agua, la presión varía aproximadamente 1 bar por cada 10 metros de profundidad vertical.
Por otro lado, dada la profundidad a la que tienen que estar dispuestas las membranas para que se pueda producir la desalación por osmosis inversa, los costes de mantenimiento y limpieza de la instalación son elevados, ya que se requieren equipos especializados para operar a dichas profundidades.
Se hace por tanto necesaria una solución que permita desalinizar cantidades abundantes de agua marina, maximizando las ventajas que ofrece el operar a determinadas profundidades submarinas al reducir las necesidades de presión de bombeo inicial, y en donde se reduzcan al máximo los costes de mantenimiento y limpieza de la instalación.
Objeto de la invención
La invención tiene por objeto una desaladora submarina que permite llevar a cabo un proceso más sostenible de desalación de agua marina mediante el empleo de membranas de desalación por ósmosis inversa, aprovechando la presión del agua del mar en función de la profundidad y empleándola como única presión de entrada a la desaladora para llevar a cabo el proceso de desalinización.
El agua obtenida por la desaladora es de aplicación preferente para aplicaciones agrícolas e industriales, que no requieren procesos adicionales de potabilización para su consumo, si bien sería factible incorporar etapas extra al tratamiento del agua obtenida por la desaladora.
La desaladora submarina para desalinización de agua por osmosis inversa propuesta por la invención comprende unas membranas de desalación de agua marina que están sumergidas en el fondo marino, tal que se emplea la diferencia de presión entre el exterior y el interior de las membranas de desalación para desalar el agua marina y obtener agua desalada. La desaladora submarina también comprende al menos una tubería de extracción para evacuar el agua desalada por las membranas de desalación y unos medios de bombeo para impulsar el agua desalada.
La presión por columna de agua marina que soporta la desaladora es suficiente para generar el proceso de ósmosis inversa a través de las membranas de desalación. La presión para que se produzca la osmosis inversa debe ser superior a la diferencia de presión osmótica entre el líquido de alimentación (agua marina) y el líquido permeado (agua desalada), la presión del líquido permeado y las pérdidas de carga a través de la desaladora.
Según la invención, cada membrana de desalación tiene una forma plana alargada, estando dispuestas las membranas de desalación en paralelo, y definiéndose un espacio de separación entre las membranas de desalación por el que circula agua marina. La tubería de extracción está dispuesta atravesando transversalmente las membranas de desalación, estableciéndose un paso de agua desalada entre las membranas de desalación y la tubería de extracción. La forma y disposición de las membranas y de la tubería de extracción permite maximizar el espacio del fondo marino ocupado, y por tanto se pueden desalinizar cantidades abundantes de agua marina.
La desaladora submarina adicionalmente comprende una estructura de soporte para sustentación en el fondo marino de las membranas de desalación y de la tubería de extracción, estando la estructura de soporte en comunicación fluida con la tubería de extracción por medio de al menos una columna por la que se conduce el agua desalada desde al menos uno de los extremos de la tubería de extracción hacia la estructura de soporte.
Preferentemente las membranas de desalación están dispuestas en horizontal sobre la estructura de soporte, tal que las membranas quedan dispuestas en posición sustancialmente paralela a la estructura de soporte y el fondo marino. De esta manera, la disposición horizontal de las membranas propuestas por la invención permite que todos los puntos de las membranas de desalación queden dispuestos a una distancia sustancialmente idéntica con respecto al fondo marino, y por tanto que todos esos puntos se encuentren sometidos a una presión similar, ya que como es sabido, la presión aumenta con la profundidad (aproximadamente 1 bar por cada 10 metros de profundidad vertical).
La estructura de soporte comprende una base de soporte que conecta con una manguera submarina para envío del agua desalada hasta un punto de almacenamiento; unos pies de apoyo para sustentación de la estructura de soporte en el fondo marino; y unas bocas de conexión dispuestas en la base de soporte para establecer un acoplamiento con las columnas, tal que se conduce el agua desalada desde los extremos de la tubería de extracción hasta la base de soporte que conecta con la manguera submarina.
La desaladora submarina adicionalmente comprende al menos un conector eléctrico que tiene una primera parte dispuesta en una de las bocas de conexión; una segunda parte dispuesta en la columna correspondiente a la boca de conexión en la que está dispuesta la primera parte del conector eléctrico; y una tercera parte que está unida a la primera parte, y que tiene un elemento de conexión eléctrico actuable en desplazamiento para conectar eléctricamente la primera y segunda partes entre sí. La primera parte del conector eléctrico tiene un primer cable eléctrico que está conectado a una línea de alimentación eléctrica proveniente de la manguera submarina; y la segunda parte del conector eléctrico tiene un segundo cable eléctrico que está conectado a los medios de bombeo.
De esta manera se obtiene un conector eléctrico en la zona de acoplamiento entre la estructura de soporte que es la zona de la desaladora a la que llega la línea de alimentación eléctrica, y la columna que es la zona de la desaladora en la que es preferible disponer los medios de bombeo del agua desalada, debido a su más sencilla extracción para tareas puntuales de mantenimiento.
La tercera parte comprende una camisa que tiene una entrada de aire que está conectada a una línea de alimentación neumática proveniente de la manguera submarina; un émbolo que está unido al elemento de conexión eléctrico, siendo el émbolo desplazable por la camisa junto con el elemento de conexión eléctrico, y un resorte que está dispuesto rodeando al elemento de conexión y que tiene un primer extremo unido al émbolo y un segundo extremo unido a la camisa, tal que el elemento de conexión eléctrico es desplazable por acción del aire a una primera posición en la que el elemento de conexión eléctrico conecta eléctricamente el primer y segundo cables eléctricos y en ausencia del aire el elemento de conexión eléctrico es desplazable por acción del resorte a una segunda posición en la que los cables eléctricos están desconectados.
T ambién es objeto de la invención el procedimiento de disposición de la desaladora submarina en el fondo marino. Dicho procedimiento comprende emplear un vehículo marítimo, trasladar la estructura de soporte con el vehículo marítimo hasta una ubicación de emplazamiento, disponer la estructura de soporte en el fondo marino, trasladar las membranas de desalación con el vehículo marítimo hasta la ubicación de emplazamiento y disponer las membranas de desalación sobre la estructura de soporte acoplando las columnas con las bocas de conexión.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de un ejemplo de realización preferente de la desaladora submarina objeto de la invención.
La figura 2 muestra una vista lateral de la desaladora de la figura 1.
La figura 3 muestra otra vista lateral de la desaladora de la figura 1.
La figura 4 muestra una vista en sección del paso de agua desalada entre las membranas de desalación y la tubería de extracción.
La figura 5 muestra una vista en sección del paso de agua marina entre la tubería adicional y el espacio de separación entre membranas de desalación.
La figura 6 es un detalle ampliado del paso de agua desalada entre las membranas de desalación y la tubería de extracción.
La figura 7 es un detalle ampliado del paso de agua marina entre la tubería adicional y el espacio de separación entre membranas de desalación.
La figura 8 muestra una vista de una de las mitades de las membranas de desalación, representándose el espacio interior hueco para la circulación del agua desalada hasta la tubería de extracción.
La figura 9 muestra una boca de conexión y una columna en un instante inmediatamente anterior al acoplamiento.
La figura 10 muestra el conector eléctrico en el instante inmediatamente anterior al acoplamiento entre boca y columna.
La figura 11 muestra la boca de conexión y la columna de la figura 9 acopladas.
La figura 11A muestra la válvula antirretorno de la boca de conexión de la figura anterior abierta.
La figura 12 muestra el conector eléctrico cuando la boca de conexión y la columna están acopladas.
Las figuras 13 a 19 muestran el procedimiento para instalar la desaladora en el fondo marino.
Descripción detallada de la invención
La desaladora submarina objeto de la invención que se muestra en el ejemplo de realización preferente de las figuras comprende unas membranas de desalación (1) para desalar agua marina y obtener agua desalada, una tubería de extracción (2) para evacuar el agua desalada por las membranas (1), unos medios de bombeo (26) para impulsar el agua desalada, una estructura de soporte (3) sobre la que se disponen las membranas (1) y la tubería de extracción (2), y unas columnas (4) por las que se conduce el agua desalada desde los extremos de la tubería de extracción (2) hacia la estructura de soporte (3).
La estructura de soporte (3) es conectable a una maguera submarina (5) para envío del agua desalada a un punto de almacenamiento, que por ejemplo puede estar emplazado en tierra o en una plataforma “off-shore”.
A través de la manguera submarina (5) se hacen llegar diferentes líneas de alimentación eléctrica, neumática, hidráulica y/o de datos que pueda requerir la desaladora para su adecuado funcionamiento.
A diferencia de las membranas convencionales de configuración cilíndrica, las membranas de desalación propuestas por la invención tienen una forma plana alargada que permite aumentar el contacto con el agua marina, maximizando la cantidad de agua desalada.
Preferentemente las membranas de desalación tienen una forma rectangular plana con dos lados mayores y cuatro lados menores, siendo dos de los lados menores de longitud corta y los otros dos lados menores de longitud larga. Por ejemplo, se ha previsto que las membranas de desalación tengan una altura de 4 metros y una longitud de 50 metros, correspondiéndose los 4 metros a los lados menores de longitud corta, y los 50 metros a los lados menores de longitud larga.
Las membranas (1) están dispuestas en paralelo y espaciadas una distancia entre sí, tal que entre las membranas (1) se define un espacio de separación por el que se favorece la circulación del agua marina a ser desalada. Como se observa en las figuras, las membranas están dispuestas en paralelo quedando sus lados mayores enfrentados entre sí.
La forma plana alargada de las membranas (1) favorece establecer una mayor separación entre membranas (1) de cara a asegurar una renovación más sencilla del agua marina que está en contacto con las membranas (1) y, por tanto, una reducción de la salinidad en esos puntos. A su vez, esta mayor separación entre membranas (1) disminuye el riesgo de ensuciamiento por partículas de las mismas, provocando que los pretratamientos no sean indispensables.
Asimismo, las membranas están dispuestas en horizontal sobre la estructura de soporte (3), y por tanto quedan dispuestas en posición paralela al fondo marino (S). Por ejemplo, tal y como se muestra en las figuras 2 y 3, los lados menores de longitud larga de las membranas (1) quedan dispuestos paralelos al fondo marino (S), y los lados menores de longitud corta quedan dispuestos perpendiculares al fondo marino (S). Con esta forma plana alargada de las membranas (1), y su disposición horizontal sobre el fondo marino (S), se consigue que la presión que ejerce la columna de agua sobre las membranas sea aproximadamente idéntica en todos los puntos. Así, la disposición en horizontal de los lados menores de longitud larga favorece el que no haya grandes variaciones de presión entre distintas zonas de la membrana.
La estructura de soporte (3) está en comunicación fluida con la tubería de extracción (2) por medio de las columnas (4). Como se muestra en las figuras, son dos las columnas (4), una conectada a cada extremo de la tubería de extracción (2), y ambas dos columnas (4) conectadas a la estructura de soporte (3). En cualquier caso, la comunicación fluida entre la tubería de extracción (2) y la estructura de soporte (3) podría establecerse únicamente por una de las dos columnas (4).
Las columnas (4) tienen una forma tubular con una parte lateral superior para establecer una comunicación fluida con uno de los extremos de la tubería de extracción (2), y una parte inferior para establecer una comunicación fluida con la estructura de soporte (3).
La estructura de soporte (3) comprende una base de soporte (6) que conecta con la manguera submarina (5) para envío del agua desalada hasta un punto de almacenamiento, unos pies de apoyo (7) para sustentación de la estructura de soporte (3) en el fondo marino (S), y unas bocas de conexión (8) dispuestas en la base de soporte (6) para establecer un acoplamiento con las columnas (4), tal que se conduce el agua desalada desde los extremos de la tubería de extracción (2) hasta la base de soporte (6) que conecta con la manguera submarina (5).
Como se muestra en el ejemplo de las figuras 1 a 3, la base de soporte (6) consiste en un tanque longitudinal que tiene las bocas de conexión (8) en su parte superior, y que tiene en un extremo lateral la conexión con la manguera submarina (5). El tanque reposa en uno de sus extremos directamente sobre uno de los pies de apoyo (7), mientras que en el extremo opuesto el tanque reposa sobre una viga transversal que en cada uno de sus extremos tiene otro de los pies de apoyo (7). De esta manera, son tres los pies de apoyo (7), reposando la desaladora sobre tres puntos del fondo marino (S).
Adicionalmente, y para mejorar la estabilidad, la viga transversal y el tanque longitudinal están conectados entre si por medio de una viga transversal adicional y dos brazos laterales. Como se observa en las figuras, la viga transversal adicional está dispuesta sobre el tanque longitudinal y los dos brazos laterales unen la viga transversal adicional con la viga transversal. Como se observa en las figuras 1 y 3, los brazos laterales establecen apoyo con las membranas (1) mejorando su estabilidad.
Los pies de apoyo (7) tienen unas rotulas para adaptación de los pies de apoyo (7) al fondo marino (S).
La tubería de extracción (2) está dispuesta atravesando transversalmente las membranas de desalación (1), de forma que se establece un paso de agua desalada entre las membranas de desalación (1) y la tubería de extracción (2).
Como se observa en la figura 4 y en el detalle de la figura 6, y especialmente en la figura 8, la tubería de extracción (2) está dispuesta atravesando las membranas de desalación (1) por el centro de los lados mayores de las membranas (1).
También como se observa en dichas figuras 4 y 6, las membranas (1) tienen dos mitades entre las que se define un espacio interior hueco para la circulación del agua desalada, teniendo cada mitad una capa de membrana semipermeable por osmosis inversa (1.1) para convertir el agua marina en agua desalada, una capa microperforada (1.2) para permitir el paso del agua desalada al espacio interior hueco, y estando ambas mitades unidas por una capa de refuerzo (1.3).
De esta forma, el agua marina esencialmente atraviesa las membranas (1) por sus lados mayores hacia el espacio interior hueco de las membranas (1), y de ahí se dirige hacia el centro de los lados mayores de las membranas (1), en donde el agua desalada descarga en la tubería de extracción (2). Las flechas representadas en las figuras muestran la dirección del agua marina hacia las membranas (1), y la dirección del agua desalada desde las membranas (1) hacia la tubería de extracción (2).
La capa de membrana semipermeable (1.1) está dispuesta en contacto por uno de sus lados con el agua marina y por su otro lado está dispuesta en contacto con la capa microperforada (1.2) . El espacio interior hueco de las membranas (1) está formado por la capa de refuerzo (1.3) que está dispuesta sobre el lado de las capas microperforadas (1.2) contrario al lado de contacto con las capas de membranas (1.1). La capa de refuerzo (1.3) está fabricada en dos partes, una para cada mitad de la membrana (1). La capa de refuerzo (1.3) ayuda a que las membranas (1) soporten la diferencia de presión existente entre el exterior y el interior de las membranas a la profundidad en la que se encuentran.
Se ha previsto que la capa microperforada (1.2) y la capa de refuerzo (1.3) estén fabricadas en material compuesto, mientras que la capa de membrana (1.1) es una membrana de osmosis inversa que puede estar formada por poliamida, acetato de celulosa y poliéster. En cualquier caso, las membranas de desalación (1) pudieran estar compuestas de materiales poliméricos de características similares. Así, las membranas (1) se pueden fabricar de manera industrializada a gran escala mediante técnicas de encintado automático de material compuesto.
La desaladora submarina adicionalmente comprende al menos una tubería adicional (9), que al igual que la tubería de extracción (2), está dispuesta atravesando transversalmente las membranas de desalación (1), pero en este caso se establece un paso de agua marina entre la tubería adicional (9) y el espacio de separación entre membranas de desalación (1).
Como se observa en la figura 5, y en el detalle de la figura 7, son dos las tuberías adicionales (9), una a cada lado de la tubería de extracción (2). El propósito de las tuberías adicionales (9) es reducir la concentración de salinidad que se crea en los espacios de separación entre membranas (1) dado el fenómeno de la osmosis inversa. Las tuberías adicionales (9) permiten generar un flujo continuo de agua marina en el espacio de separación entre membranas (1), renovando el agua y manteniendo controlada la concentración de sal en las zonas en contacto con las membranas (1).
Gracias a la existencia de una concentración de sal controlada y baja, el incremento de presión osmótica es bajo a lo largo de toda la superficie de las membranas (1), permitiendo operar con presiones más bajas que en sistemas de desalación convencionales, y disponer de un funcionamiento estable. Así se tiene más presión disponible para desalinizar el agua marina, es decir, más flujo de permeado.
Se ha previsto emplear unas bombas para forzar la circulación de agua marina por las tuberías adicionales (9).
En vez de emplear las tuberías adicionales (9), se podrían disponer unos medios de impulsión de agua por el exterior de la desaladora que provocaran una circulación del agua marina en el espacio de separación entre membranas (1).
Como se observa en las figuras 4 a 7, las membranas (1) están separadas entre si mediante unos separadores (10) que se disponen por los lados mayores de las membranas (1). Los separadores (10) son unas piezas cilíndricas que se disponen alrededor de la tubería de extracción (2) mejorando así su rigidez.
Alrededor de las tuberías adicionales (9) se disponen otros separadores (10’), que son idénticos a los separadores (10) que se disponen alrededor de la tubería de extracción (2), pero que a diferencia de estos (10) tienen una perforación para permitir el paso de agua marina entre la tubería adicional (9) y el espacio de separación entre las membranas de desalación (1). Ver figura 7. Así, las membranas de desalación (1) están adicionalmente separadas entre sí mediante los separadores adicionales (10’) que son unas piezas cilíndricas dispuestas alrededor de las tuberías adicionales (9).
Los medios de bombeo (26) son unas bombas que se emplean para impulsar el agua desalada hacia la manguera submarina (5). Preferentemente, los medios de bombeo (26) están dispuestos en la tubería de extracción (2), o en las columnas (4). Aún más preferentemente los medios de bombeo (26) están dispuestos en la parte inferior de las columnas (4) que conectan con el extremo de la tubería de extracción (2).
Como se muestra en las figuras 9 y 11, las bocas de conexión (8) tienen una forma troncocónica con un aumento gradual del radio de las bocas (8) desde su parte superior hasta su parte inferior, y en donde las columnas (4) tienen en su parte inferior otra forma troncocónica correspondiente a la forma troncocónica de las bocas (8). Así, las formas troncocónicas reciprocas permiten establecer un acoplamiento estanco entre boca (8) y columna (4), y además permiten establecer un guiado para facilitar el acoplamiento, lo cual es favorable cuando se opera a grandes profundidades.
También como se muestra en las figuras 9 y 11, cada boca de conexión (8) tiene una válvula antirretorno (11) que únicamente permite el paso del agua desalada desde la columna (4) hacia la base de soporte (6). La válvula antirretorno (11) tiene un muelle con una constante elástica que se vence por la fuerza del flujo de agua desalada que se dirige desde la columna (4) hacia la manguera submarina (5), de forma que en ausencia del flujo de agua la válvula (11) está cerrada, y cuando se produce el flujo de agua la válvula (11) se abre (ver figura 11 A). La válvula (11) evita que el agua marina entre en la estructura de soporte (3) cuando las columnas (4) están desacopladas de las bocas de conexión (8).
Se ha previsto que las columnas (4) y/o las bocas de conexión (8) tengan unos medios de purga para extraer el agua marina que se haya podido quedar estancada en el interior antes de producirse el acoplamiento entre las columnas (4) y las bocas (8).
Como se muestra en dichas figuras 9 y 11, la boca de conexión (8) tiene una primera junta de estanqueidad en su parte superior para hacer contacto por el interior de las columnas (4), y la columna (4) tiene una segunda junta de estanqueidad en su parte inferior para hacer contacto por el exterior de las bocas de conexión (8). Por otro lado, la válvula antirretorno (11) tiene una tercera junta de estanqueidad para hacer contacto por el interior de la parte superior de la boca de conexión (8). Las juntas de estanqueidad se representan en las figuras en trazo negro grueso.
La desaladora submarina tiene al menos un conector eléctrico (12) para alimentar eléctricamente los medios de bombeo (26). Preferentemente son dos los conectores eléctricos (12) , y cada uno se dispone en el acoplamiento entre una de las bocas de conexión (8) y su correspondiente columna (4).
Cada conector eléctrico (12) tiene una primera parte (13) dispuesta en una de las bocas de conexión (8) y una segunda parte (14) dispuesta en la columna (4) correspondiente a la boca de conexión (8) en la que está dispuesta la primera parte (13) del conector eléctrico (12). El conector eléctrico (12) también tiene una tercera parte (15), que está dentro de la boca de conexión (8) y unida a la primera parte (13). Dicha tercera parte (15) tiene un elemento de conexión eléctrico (16) que es actuable en desplazamiento para conectar eléctricamente la primera (13) y la segunda parte (14) entre sí.
La primera parte (13) del conector eléctrico (12) tiene un primer cable eléctrico (17) que está conectado a la línea de alimentación eléctrica proveniente de la manguera submarina (5) y la segunda parte (14) del conector eléctrico (12) tiene un segundo cable eléctrico (18) que está conectado a los medios de bombeo (26). El segundo cable eléctrico (18), y preferentemente ambos cables eléctricos (17,18) son unos cables submarinos configurados para soportar la presión de la profundidad a la que están dispuestos.
Como se observa en detalle en las figuras 10 y 12, la tercera parte (15) del conector eléctrico (12) es esencialmente un cilindro neumático. Dicha tercera parte (15) comprende una camisa (19) , un émbolo (20) que tiene el elemento de conexión eléctrico (16), una entrada de aire (21) y un resorte (22).
El elemento de conexión eléctrico (16) está unido a la cara inferior del embolo (20), de forma que el émbolo (20) es desplazable axialmente por el interior de la camisa (19) junto con el elemento de conexión eléctrico (16). El resorte (22) está dispuesto rodeando al elemento de conexión eléctrica (16) y tiene un primer extremo que está unido a la cara inferior del émbolo (20) y un segundo extremo que está unido al fondo de la camisa (19).
La entrada de aire (21) está conectada a una línea de alimentación neumática, que al igual que la línea de alimentación eléctrica, es una línea proveniente de la manguera submarina (5).
La entrada de aire (21) está dispuesta en la parte superior de la camisa (19), de manera que el aire que entra en la camisa (19) contacta la cara superior del émbolo (20) empujándolo, con lo que tal y como se muestra en la figura 12, el elemento de conexión eléctrico (16) es desplazable por acción del aire a una primera posición en la que el elemento de conexión eléctrico (16) conecta eléctricamente el primer y segundo cable eléctrico (17,18) y en ausencia del aire el elemento de conexión eléctrico (16) es desplazable por acción del resorte (22) a una segunda posición en la que los cables eléctricos (17,18) están desconectados. En condición de reposo el resorte (22) está expandido de forma que el émbolo (20) se encuentra en la parte superior de la camisa (19), y cuando se introduce aire en la camisa (19), el émbolo (20) se desplaza venciendo la fuerza de compresión del resorte (22), y haciendo que el elemento de conexión eléctrico (16) conecte ambos cables eléctricos (17,18).
La primera (13) y segunda parte (14) del conector eléctrico (12) están rellenas de un material elásticamente deformable con memoria de forma. Preferentemente el material es caucho o silicona, y aún más preferentemente tiene una dureza comprendida entre los 20 y los 60 shore. Además, tiene propiedades de resistencia salina. Por otro lado, el elemento de conexión eléctrico (16) tiene un extremo en forma de punta para atravesar el material elásticamente deformable. Como se observa en las figuras el elemento de conexión eléctrico (16) es un elemento alargado en forma de aguja.
Cuando el elemento de conexión eléctrico (16) se retira dejando de conectar los cables (17,18), dada la capacidad de recuperación elástica del material de relleno de las partes (13,14), el agujero que se ha creado por la acción del elemento de conexión eléctrico (16) se cierra, garantizándose la hermeticidad de las conexiones de los cables eléctricos. Además, el caucho es un material que garantiza la estanqueidad, lo cual resulta especialmente relevante cuando las bocas de conexión (8) se separan de las columnas (4), tal y como se observa en la figura 10, ya que en esa situación las conexiones están expuestas al agua marina.
Las columnas (4) tienen en su parte superior unos anclajes (23) para disposición de una viga transversal (24) que es conectable a un vehículo marítimo (25) para traslación de la desaladora.
En caso de que las membranas (1) u otro elemento de la desaladora requiera de una operación de reparación o mantenimiento, se puede emplear el vehículo marítimo (25) para su traslación hasta tierra o un emplazamiento en alta mar, por lo que no es necesario emplear equipamiento especializado para realizar dichas operaciones a grandes profundidades.
Además, el vehículo (25) permite modificar fácilmente la ubicación del emplazamiento de la desaladora, de forma que se puede encontrar una calidad del agua marina más acorde a las necesidades de la desalación. Así, disponer de una desaladora submarina y de ubicación flexible permite, por un lado, una toma directa del agua marina sin necesidad de infraestructuras específicas para ello y, por otro, una captación de agua marina en unas condiciones de limpieza tales que aseguren un buen funcionamiento de las membranas de desalación sin necesidad de pretratamientos. La ausencia de pretratamientos, que implican necesariamente la adición de diferentes productos químicos al agua, reduce los niveles de contaminación habituales del agua en procesos de desalinización, con el impacto medioambiental negativo que ello conlleva.
Con todo ello así, el agua marina que se encuentra en el espacio de separación entre membranas (1), dado el fenómeno de ósmosis inversa y por la diferencia de presión entre el exterior e interior de las membranas (1), tiende a pasar al espacio interior hueco de las membranas (1) convirtiéndose en agua desalada, y de ahí a la tubería de extracción (2). Los medios de bombeo (26) provocan que el agua desalada pase de la tubería de extracción (2) hacia las columnas (4), venciéndose la fuerza del muelle de la válvula antirretorno (11), y pasando el agua desalada a la estructura de soporte (3), para finalmente ser conducida a la manguera submarina (5) desde la que se lleva al punto de almacenamiento emplazado en tierra o en una plataforma “off-shore”.
En las figuras 13 a 19 se muestra el procedimiento para instalar la desaladora en el fondo marino (S).
El vehículo marítimo (25) empleado para la instalación es preferentemente un vehículo tipo catamarán provisto con dos flotadores unidos mediante unos puentes grúa que tienen unos polipastos para disposición y traslación de las membranas (1) y de la estructura de soporte (3).
En primer lugar, como se observa en la figura 13, el vehículo marítimo (25) transporta la estructura de soporte (3) hasta la ubicación de emplazamiento de la desaladora. Para ello la estructura (3) se sujeta mediante los polipastos en tres puntos relacionados con los tres pies de apoyo (7). Seguidamente, mediante los polipastos se hace descender la estructura de soporte (3) hasta disponerla sobre el fondo marino (S), tal y como muestra la figura 14, en donde queda asentada gracias a las rótulas de los pies de apoyo (7).
En segundo lugar, se emplea el vehículo marítimo (25) para trasladar las membranas de desalación (1) junto con las columnas (4) acopladas a los extremos de la tubería de extracción (2) hasta la ubicación de emplazamiento, véase la figura 15. Para ello, los polipastos se fijan a la viga transversal (24) que está dispuesta entre los anclajes (23) de las columnas (4). Puesto que las membranas (1) tiene la forma plana alargada, es recomendable transportar las membranas sumergidas o parcialmente sumergidas en el agua, ya que dada su longitud, ante vientos laterales pueden generar un efecto vela que dificulte la navegación del vehículo (25). Seguidamente se hace descender el conjunto de membranas de desalación (1), ver figura 16, hasta que las columnas (4) acoplen en las bocas de conexión (8), ver figura 17, facilitando el acoplamiento la forma troncocónica entre bocas (8) y columnas (4). Tras el acoplamiento, la primera (13) y segunda (14) partes del conector eléctrico (12) quedan alineadas para que se pueda transmitir la alimentación eléctrica a los medios de bombeo (26). Finalmente se retira la viga transversal (24), ver figura 18, quedando la desaladora dispuesta en el fondo marino para comenzar a trabajar en el desalado del agua marina (Véase figura 19).

Claims (18)

REIVINDICACIONES
1. - Desaladora submarina para desalinización de agua marina por osmosis inversa que comprende:
• unas membranas de desalación (1) de agua marina que están dispuestas en el fondo marino (S), tal que se emplea la diferencia de presión entre el exterior y el interior de las membranas de desalación (1) para desalar el agua marina y obtener agua desalada, • al menos una tubería de extracción (2) para evacuar el agua desalada por las membranas de desalación (1), y
• unos medios de bombeo (26) para impulsar el agua desalada,
caracterizada por que cada membrana de desalación (1) tienen una forma plana alargada, estando dispuestas las membranas de desalación (1) en paralelo, y definiéndose un espacio de separación entre las membranas de desalación (1) por el que circula agua marina;
y por que la tubería de extracción (2) está dispuesta atravesando transversalmente las membranas de desalación (1), estableciéndose un paso de agua desalada entre las membranas de desalación (1) y la tubería de extracción (2);
y por que adicionalmente comprende una estructura de soporte (3) para sustentación en el fondo marino de las membranas de desalación (1) y de la tubería de extracción (2), estando la estructura de soporte (3) en comunicación fluida con la tubería de extracción (2) por medio de al menos una columna (4) por la que se conduce el agua desalada desde al menos uno de los extremos de la tubería de extracción (2) hacia la estructura de soporte (3).
2. - Desaladora submarina, según la reivindicación anterior, en donde las membranas de desalación (1) están dispuestas en horizontal sobre la estructura de soporte (3), tal que las membranas (1) quedan dispuestas en posición sustancialmente paralela a la estructura de soporte (3) y el fondo marino (S).
3. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la estructura de soporte (3) comprende:
• una base de soporte (6) que conecta con una manguera submarina (5) para envío del agua desalada hasta un punto de almacenamiento,
• unos pies de apoyo (7) para sustentación de la estructura de soporte (3) en el fondo marino (S), y
• unas bocas de conexión (8) dispuestas en la base de soporte (6) para establecer un acoplamiento con las columnas (4), tal que se conduce el agua desalada desde los extremos de la tubería de extracción (2) hasta la base de soporte (6) que conecta con la manguera submarina (5).
4. - Desaladora submarina, según la reivindicación anterior, en donde las bocas de conexión (8) tienen una forma troncocónica con un aumento gradual del radio de las bocas (8) desde su parte superior hasta su parte inferior, y en donde las columnas (4) tienen en su parte inferior otra forma troncocónica correspondiente a la forma troncocónica de las bocas (8), tal que se establece un acoplamiento estanco y guiado entre las bocas (8) y las columnas (4).
5. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 4, en donde cada boca de conexión (8) tiene una válvula antirretorno (11) que únicamente permite el paso del agua desalada desde la columna (4) hacia la base de soporte (6).
6. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 5, que adicionalmente comprende al menos un conector eléctrico (12) que tiene:
• una primera parte (13) dispuesta en una de las bocas de conexión (8),
• una segunda parte (14) dispuesta en la columna (4) correspondiente a la boca de conexión (8) en la que está dispuesta la primera parte (13) del conector eléctrico (12), y • una tercera parte (15) que está unida a la primera parte (13), y que tiene un elemento de conexión eléctrico (16) actuable en desplazamiento para conectar eléctricamente la primera (13) y la segunda parte (14) entre sí;
o la primera parte (13) del conector eléctrico (12) tiene un primer cable eléctrico (17) que está conectado a una línea de alimentación eléctrica proveniente de la manguera submarina (5); y
o la segunda parte (14) del conector eléctrico (12) tiene un segundo cable eléctrico (18) que está conectado a los medios de bombeo (26).
7. - Desaladora submarina, según la reivindicación anterior, en donde la tercera parte (15) comprende:
• una camisa (19) que tiene una entrada de aire (21) que está conectada a una línea de alimentación neumática proveniente de la manguera submarina (5);
• un émbolo (20) que está unido al elemento de conexión eléctrico (16), siendo el émbolo (20) desplazable por la camisa (19) junto con el elemento de conexión eléctrico (16), y • un resorte (22) que está dispuesto rodeando al elemento de conexión (16) y que tiene un primer extremo unido al émbolo (20) y un segundo extremo unido a la camisa (19), tal que el elemento de conexión eléctrico (16) es desplazable por acción del aire a una primera posición en la que el elemento de conexión eléctrico (16) conecta eléctricamente el primer y segundo cables eléctricos (17,18) y en ausencia del aire el elemento de conexión eléctrico (16) es desplazable por acción del resorte (22) a una segunda posición en la que los cables eléctricos (17,18) están desconectados.
8. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, en donde la primera (13) y segunda parte (14) del conector eléctrico (12) están rellenas de un material elásticamente deformable con memoria de forma, teniendo el elemento de conexión eléctrico (16) un extremo en forma de punta para atravesar el material elásticamente deformable.
9. - Desaladora submarina, según la reivindicación anterior, en donde el material elásticamente deformable tiene una dureza comprendida entre los 20 y los 60 shore, y tiene propiedades de resistencia salina.
10. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones 8 a 9, en donde el material elásticamente deformable es caucho o silicona.
11. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los medios de bombeo (26) para impulsar el agua desalada están dispuestos en la tubería de extracción (2), o en las columnas (4).
12. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones 3 a 11, en donde los pies de apoyo (7) tienen unas rótulas para adaptación de los pies de apoyo (7) al fondo marino (S).
13. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que adicionalmente comprende al menos una tubería adicional (9) que está dispuesta atravesando transversalmente las membranas de desalación (1), estableciéndose un paso de agua marina entre la tubería adicional (9) y el espacio de separación entre membranas de desalación (1).
14. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las columnas (4) tienen en su parte superior unos anclajes (23) para disposición de una viga transversal (24) que es conectable a un vehículo marítimo (25) para traslación de la desaladora.
15. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada membrana de desalación (1) comprende dos mitades entre las que se define un espacio interior hueco para la circulación del agua desalada, teniendo cada mitad una capa de membrana semipermeable por osmosis inversa (1.1) para convertir el agua marina en agua desalada, una capa microperforada (1.2) para permitir el paso del agua desalada al espacio interior hueco, y estando ambas mitades unidas por una capa de refuerzo (1.3).
16. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde las membranas de desalación (1) están separadas entre sí mediante unos separadores (10) que son unas piezas cilíndricas dispuestas alrededor de la tubería de extracción (2).
17. - Desaladora submarina, según una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, en donde las membranas de desalación (1) están adicionalmente separadas entre sí mediante unos separadores adicionales (10’) que son unas piezas cilíndricas dispuestas alrededor de las tuberías adicionales (9).
18. - Procedimiento de disposición de la desaladora submarina de las reivindicaciones anteriores en el fondo marino (S), que comprende:
• emplear un vehículo marítimo (25),
• trasladar la estructura de soporte (3) con el vehículo marítimo (25) hasta una ubicación de emplazamiento,
• disponer la estructura de soporte (3) en el fondo marino (S),
• trasladar las membranas de desalación (1) con el vehículo marítimo (25) hasta la ubicación de emplazamiento, y
• disponer las membranas de desalación (1) sobre la estructura de soporte (3) acoplando las columnas (4) con las bocas de conexión (8).
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