ES2862468T3 - Purificador de agua con energía solar y eólica - Google Patents

Abstract

Sistema de purificación de agua que comprende una estructura tridimensional que consiste en múltiples placas interconectadas para formar paredes, de manera que dicha estructura tenga al menos un espacio abierto que coincida con su parte inferior, en el que dicha estructura es apta para ser colocada sobre la superficie del agua en un lago o mar, de manera que la superficie del agua donde se coloca dicha estructura contribuya al sellado hermético de esta última, en el que el sistema comprende: al menos una fuente de calor, apta para ser colocada, durante el uso, debajo de la superficie del agua, capaz de calentar la parte de agua circundante y capaz de generar una cantidad correspondiente de vapor de agua, al menos un conducto apto para conectar dicho vapor de agua con una fuente de aire frío para transformar dicho vapor de agua en agua purificada; al menos un depósito para almacenar dicha agua purificada; caracterizado porque el sistema comprende al menos un elemento que soporta dicha estructura tridimensional, en el que dicho elemento de soporte está anclado al fondo de dicho lago o mar, o está anclado a una superficie de soporte adecuada colocada a una profundidad determinada de dicho lago o mar, porque dicha fuente de calor está constituida por al menos una resistencia eléctrica, porque dicha fuente de calor está asociada con una fuente de energía adecuada, y porque la estructura tridimensional consiste en un prisma triangular rectángulo, que tiene una primera cara (y1) rectangular, que es la superficie del agua sobre la que puede colocarse dicha estructura tridimensional, una segunda cara (y2) rectangular, ortogonal a la primera cara rectangular, una tercera cara (y3) rectangular que une los extremos lejanos de dicha primera cara (y1) rectangular y la segunda cara (y2) rectangular, y dos caras laterales cerradas en forma de triángulo rectángulo, en el que dicha primera superficie (y1) rectangular tiene una anchura de 6 a 10 metros y una longitud mínima de 10 metros y dichas placas están realizadas en un material seleccionado de entre el grupo que comprende plexiglás, vidrio, paneles fotovoltaicos.

Description

DESCRIPCIÓN

Purificador de agua con energía solar y eólica

Campo de la invención

La presente invención se refiere al campo técnico de los purificadores de agua.

Estado de la técnica

El objetivo de este proyecto es patentar una nueva máquina capaz de producir agua potable pura mediante el uso de un método que difiere de los tradicionales. Generalmente, el proceso de producción usa métodos químicos y bacteriológicos, que usan casi exclusivamente agua de lluvia.

El documento EP2778139A1 divulga un aparato de destilación para la generación de agua destilada mediante el uso de calor solar que incluye una ventana de transmisión de calor que transmite el calor solar en el interior de una carcasa. El aparato comprende un miembro horizontal, que cierra la parte inferior de la carcasa, y una abertura de entrada, a través del cual la carcasa está conectada a un área de almacenamiento de agua.

La presente invención es innovadora en el sentido de que puede producir agua potable pura también y directamente a partir del agua de mar, eliminando la necesidad de desechar la sal resultante. Otros objetivos, características y ventajas de la presente invención surgirán más claramente a partir de la descripción detallada siguiente, proporcionada a modo de ejemplo y sin limitación, e ilustrada en las figuras adjuntas, en las que:

La Figura 1 es una vista en perspectiva de una realización preferida de la presente invención a una escala 1:100;

La Figura 2 muestra una primera vista lateral de una realización preferida de la presente invención a una escala 1:100; La Figura 3 muestra una vista frontal de una realización preferida de la presente invención a una escala 1:100;

La Figura 4 muestra una vista posterior de una realización preferida de la presente invención a una escala 1:100;

La Figura 5 muestra una sección en una vista en planta de una realización preferida de la presente invención a una escala 1:100;

La Figura 6 muestra una segunda vista lateral de una realización preferida de la presente invención a una escala 1:200. La Figura 7 muestra una vista frontal de una realización preferida de la presente invención a una escala 1:400.

Breve descripción de la invención

La presente invención está diseñada para realizar un sistema de purificación de agua.

En primer lugar, la presente invención se refiere a un sistema de purificación de agua según la reivindicación 1. La presente invención se deriva de la consideración general de que el problema técnico descrito anteriormente puede resolverse de manera efectiva y fiable por medio de un sistema de purificación de agua que comprende una estructura tridimensional que consiste en múltiples placas (plexiglás, vidrio, paneles fotovoltaicos) interconectados de manera que se deje un espacio abierto que coincide con su parte inferior, en el que dicha estructura es apta para ser colocada sobre la superficie del agua en un lago o en el mar, de manera que la superficie del agua donde se coloca dicha estructura contribuya al sellado hermético de la propia estructura. La presente invención integra los principios de ebullición y de vaporización para el propósito previsto. Además, la invención usa tanto la energía recogida desde la irradiación solar amplificada como la energía recogida desde una fuente externa adicional.

El sistema de purificación de agua de la presente invención comprende, además:

- Al menos una fuente de calor, asociada con dicha estructura tridimensional, apta para ser colocada, durante el uso, bajo la superficie del agua, en el que dicha fuente de calor es capaz de calentar la parte circundante de agua y es capaz de generar una cantidad correspondiente de vapor de agua llevando el agua al punto de ebullición;

- Al menos un conducto (una tubería, por ejemplo) provisto preferiblemente de al menos una válvula, en el que dicho conducto es capaz de conectar dicho vapor de agua con una fuente de aire frío con el fin de transformar dicho vapor de agua en agua purificada;

- Al menos un depósito para almacenar el agua purificada producida;

Esto se consigue mediante la unión de varias placas (vidrio, plexiglás, paneles fotovoltaicos) como en la siguiente descripción a modo de ejemplo, y soportando dicho artefacto sobre la superficie del líquido de manera que se selle herméticamente todo el artefacto, formando de esta manera esencialmente un horno solar.

El sistema comprende al menos un elemento que soporta la estructura tridimensional. El elemento de soporte está anclado al fondo del lago o del mar, o está anclado a una superficie de soporte adecuada colocada a una profundidad determinada del lago o del mar.

La estructura tridimensional consiste en un prisma triangular rectángulo, que tiene una primera cara rectangular, que es la superficie del agua sobre la que puede colocarse la estructura tridimensional, una segunda cara rectangular, ortogonal a la primera cara rectangular, una tercera cara rectangular que une los extremos lejanos de la primera cara rectangular y de la segunda cara rectangular. La estructura tridimensional comprende además dos caras laterales cerradas en la forma de un triángulo rectángulo. La primera superficie rectangular tiene una anchura de 6 a 10 metros y una longitud mínima de 10 metros.

Según una realización preferida, dicha estructura tridimensional comprende también placas adicionales colocadas debajo de la superficie del agua, que representan una especie de continuación de la misma estructura bajo el agua.

La fuente de calor está constituida por al menos una resistencia eléctrica, y está asociada con un suministro de energía adecuado.

En este tipo de realización, inmediatamente debajo de la superficie del agua en el lago o el mar, hay resistencias eléctricas asociadas con el suministro de energía adecuado y capaces de llevar rápidamente el agua al punto de ebullición, cuyo vapor se transporta a través de una tubería a una fuente de aire frío con el fin de volverá transformarlo en agua destilada, almacenada a su vez en un depósito ad hoc para su uso y distribución.

La presente invención se refiere también a un método de purificación de agua según la reivindicación 9.

Descripción detallada de la invención

El artefacto de la presente invención está construido sobre una zona plana de una franja de agua que tiene una anchura de 6 a 10 metros y una longitud mínima de aproximadamente 10 metros. Supóngase que se construye mediante el ensamblado de elementos completos de un tamaño comprendido entre 6 y 10 metros x 10 metros y que, simplemente a modo de ejemplo y sin limitación, el agua una parte de la superficie de agua de mar. Un tamaño de 10 metros x 3.000 metros puede satisfacer las necesidades de agua de una población residente de 10.000 personas, produciendo hasta un metro cúbico de agua pura al día por cada 2 metros cuadrados de superficie del mar. La estructura de soporte de carga está realizada en acero y consiste en vigas en H y pilares. Materiales de fibra de vidrio; vidrio/plexiglás; paneles fotovoltaicos transparentes: componentes eléctricos, electrónicos e hidráulicos completan su realización. El artefacto considerado consiste en un prisma triangular rectángulo ensamblado sobre la superficie del agua, en el que una cara rectangular (Figura 1, y1) es la superficie del agua de mar; una segunda cara (Figura 1, y2) también rectangular, es ortogonal a la primera, y una tercera cara rectangular (Figura 1, y3) une los extremos lejanos de las caras indicadas anteriormente con el fin de formar un prisma rectángulo; las dos caras laterales están también cerradas, por el momento, en la forma de un triángulo rectángulo. Analizando la Figura 2 como una sección, se observará que el poliedro tiene la forma de un triángulo rectángulo en el que los catetos tienen 6/10 metros de longitud y 2 metros de altura. El cateto más largo (Figura 2, y1) coincide con/es la superficie del agua, mientras que el más corto (Figura 2, y2) es ortogonal a la superficie del mar y se eleva hacia el cielo, hacia el norte. La hipotenusa (Figura 2, y3) está dirigida hacia el sol y une los dos catetos con un gradiente del 20%. Esta hipotenusa descansa sobre una estructura rígida formada por pilares y vigas de acero anclados al fondo del mar. La hipotenusa está realizada estrictamente en cristal/plexiglás o en paneles fotovoltaicos transparentes de última generación. La irradiación del sol sobre la superficie transparente indicada anteriormente crea un efecto invernadero entre la placa en cuestión y la superficie del mar.

El cateto más corto (plano rectangular), es decir, el que apunta hacia arriba, crea un lado de 2 metros de longitud (Figuras 1 y 2, y2) continúa a lo largo de aproximadamente el doble de su longitud bajo el agua, formando un ángulo de 30 grados con este último (que podría reducirse incluso a un ángulo de 20 grados) llegando debajo del cateto más largo y que está realizado en el mismo material que el otro cateto (fibra de vidrio negra, Figuras 1 y 2, y4) formando de esta manera un plano rectangular bajo el mar (Figura 1, y4). El mismo panel (plano rectangular) continúa elevándose hacia arriba por encima del cateto 2 metros sobre la superficie del mar (Figura 2, y2) en una medida igual, pero con un material diferente y con una orientación diferente, alcanzando de esta manera un total de 4 metros por encima de la superficie del agua. La parte superior, de una longitud adicional de 2 metros (Figuras 2 y 3, y5) es un espejo refractor (Figura 1: espejo) y puede ajustarse girando ligeramente la base. Este espejo refractor puede alcanzar una altura de hasta 4 metros dependiendo de la longitud del cateto más largo (identificado anteriormente también con y1) y se desarrolla en longitud siguiendo el plano con una inclinación del 20% del prisma triangular rectángulo en toda su anchura (por lo tanto, a lo largo de toda la longitud de la estructura (Figuras 1 y 3)) mostrada en la sección por encima de la hipotenusa (Figura 2, y3). El extremo opuesto de la hipotenusa, el que está en contacto con el agua hacia el sur, está soportado también por un bastidor rígido de acero (vigas en H), pero cierra la superficie del mar con un panel de fibra de vidrio negro (Figuras 1,2 y 4, y4) que se extiende debajo del agua a una profundidad de aproximadamente 4 metros, si la hipotenusa tiene una longitud de aproximadamente 10 metros, y que se hace girar, en su posición ortogonal al agua 60/80 grados hacia el interior de la hipotenusa, formando de esta manera otro plano rectangular (Figura 1, y4). Una red de travesaños longitudinales y transversales que se apoyan en ambos extremos lejanos está dispuesta sobre la superficie inclinada del plano en la sección y3 (Figuras 1,2, 3 y 5) del prisma en cuestión, con el fin de disponer materiales transparentes. Dichos travesaños de acero inoxidable forman cuadrados (Figura 5, x1), a modo de ejemplo, de 2 metros x 2 metros, donde se montan los paneles y/o los cristales de vidrio. En la parte central, los cristales o paneles de vidrio/plexiglás pueden ser incluso, por ejemplo, de 2,00 metros x 6,00 metros.

El objetivo es construir un horno capaz de alcanzar una temperatura de más de 100 grados centígrados, usando el objeto en cuestión con la ayuda de resistencias eléctricas (tal como las usadas para los calentadores de agua domésticos) colocadas sobre la superficie del agua. En la parte superior de la hipotenusa orientada hacia el norte, la estructura de soporte del artefacto consiste en pilares anclados firmemente al fondo del mar a una distancia de aproximadamente 10 metros (Figura 5). Estos pilares de acero apuntan hacia el cielo haciendo posible de esta manera la colocación de los aerogeneradores, preferiblemente los de última generación, es decir sin álabes, para producir energía para las necesidades de agua. Un depósito está fijado a la base de estos postes (Figuras 2 y 3, x3) para recoger el agua. Dicho depósito es tubular y se extiende a lo largo de toda la longitud de la estructura. Tiene tres tuberías: la primera permite la salida del aire desde la parte superior del depósito (Figuras 2 y 3, x2). Esta se eleva por encima del depósito, inmerso en el mar, hasta el extremo del poste que soporta el aerogenerador. La segunda tubería (Figuras 2 y 3, x4) desde la parte superior del depósito entra en el cuerpo del volumen del prisma triangular rectángulo que sirve como un horno de evaporación de vapor. Esta tubería transporta el vapor al interior del depósito para convertir el mismo de nuevo en agua destilada. La tercera tubería (Figura 2, x5) se coloca en ambos extremos del depósito y extrae el agua producida en la parte inferior del depósito, lista para ser transferida.

En la cara del prisma en contacto con el mar, que en sección es el cateto más largo, de aproximadamente 10 metros de largo sobre la superficie del agua en el proyecto (Figura 2, y1) hay colocada una red, formada por resistencias (Figura 4, x6) similares a las usadas para los calentadores de agua domésticos (colocadas transversalmente, paralelas entre sí y unidas en los dos extremos por dos barras longitudinales que están unidas a la estructura de soporte rígida con el fin de sostener las resistencias del agua sobre la superficie del agua. Dichas resistencias se calientan a más de 100 grados centígrados, están separadas entre sí una distancia de 0,25/0,30 metros y están pintadas de negro. Obviamente, los dos extremos lejanos del artefacto (prisma triangular rectángulo) están cerrados por paneles transparentes trapezoidales (Figura 2, y6) y caen hacia abajo ortogonalmente desde dicha hipotenusa aproximadamente 2 metros por debajo de la superficie del agua con el fin de contener la presión de aire en el interior del prisma triangular rectángulo. Los paneles indicados (Figura 2, y6) tienen forma trapezoidal, ya que la forma triangular natural para cerrar el prisma se ha ampliado con el fin de sumergir una parte adicional en el agua. Este volumen entre la hipotenusa y la superficie del agua (prisma triangular rectángulo) que sirve como un horno solar asistido, debe estar aislado y sellado para que tenga las características de una gran olla a presión con tuberías como la única salida (Figura 2, x4) que, desde debajo de la superficie del agua, conectan el depósito cilíndrico para recoger el vapor de agua que se convierte en agua pura en el interior de dicho depósito, y el prisma triangular indicado anteriormente formado sobre la superficie del agua por la hipotenusa en cuestión (plano inclinado) y los catetos (superficie del agua y plano ortogonal). Las tuberías de conexión indicadas pueden estar provistas de válvulas unidireccionales. La cantidad de energía para operar la estructura es como mucho de aproximadamente 400 kW por cada 100 metros cuadrados.

El proyecto en cuestión se basa en los principios de los hornos solares que se han usado siempre para producir energía térmica, principalmente, para la preparación de alimentos. Con la presente invención, el objetivo es combinar la energía eólica u otras fuentes de energía con el calor producido por los hornos solares, con el fin de obtener el calor necesario para producir agua purificada capaz de satisfacer las necesidades de grandes comunidades. De hecho, al igual que en las ollas el agua empieza a hervir en cuanto la temperatura superficial alcanza 100 grados centígrados, en las que se necesita una llama inferior debajo de la olla cuanto más cerca está la superficie del agua de la misma fuente de calor, de manera similar, si en un artefacto el calor producido directamente por el sol se combina con el calor producido por una fuente de calor inmediatamente debajo de la superficie del agua, puede alcanzarse fácilmente la temperatura de ebullición. En este proyecto, dicho fenómeno se aprovecha mediante la integración de las energías anteriores directamente en el mar. Sin embargo, el proyecto exige un periodo de tiempo corto para producir grandes cantidades de agua potable pura. Por esta razón, es necesario elevar la temperatura del agua de la primera capa en el horno (teniendo en cuenta las profundidades mínimas desde el volumen de aire en el interior del prisma (aproximadamente 3 centímetros)) a aproximadamente 90 grados centígrados por medio de resistencias eléctricas, tales como las usadas en los calentadores de agua domésticos. Estas resistencias se colocan sobre la superficie del agua a lo largo del plano del prisma, es decir, la superficie del mar/agua, y siguen la dirección del plano con inclinación del 20% que cierra el prisma de horno desde arriba. Las resistencias se colocan paralelas entre sí a intervalos de aproximadamente 0,25/0,30 metros y están unidas en los extremos con una barra ortogonal. Para las resistencias de longitud máxima, es decir, las de 10 metros, se prevé un flotador de hierro en el centro para cada una de las mismas, que mantiene las mismas sumergidas en agua de un par de centímetros por debajo de la superficie. Estas resistencias mantienen el primer centímetro de agua por debajo de la superficie a una temperatura comprendida entre 80 y 90 grados centígrados. La tarea de las resistencias es aumentar la temperatura del agua de mar desde aproximadamente 28 grados centígrados a la temperatura indicada anteriormente. En este punto, a una temperatura de sólo aproximadamente 150 grados centígrados, es fácil para el horno solar elevar la temperatura de la primera capa de agua desde 90 a 105 grados centígrados. El vapor de agua producido en dicho periodo de tiempo corto buscará una ruta de escape hacia el aire frío y a continuación, será canalizado hacia las tuberías que, desde un depósito muy por debajo del nivel del mar, conducen al interior del prisma del horno solar para recoger el agua en estado gaseoso por medio de aberturas de entrada. A su vez, el depósito tiene otra tubería que se eleva de manera ortogonal desde el mar hasta una altura de un centenar de metros para buscar aire más frío que ayudará a crear corrientes de entrada para el agua en fase gaseosa procedentes desde las aberturas indicadas anteriormente colocadas en el horno solar. Una vez que el vapor de agua o el agua en estado gaseoso entran al depósito, la temperatura de las mismas se reduce repentinamente desde aproximadamente 110 grados a aproximadamente 25 grados centígrados. Esta caída repentina de la temperatura transforma una vez más el vapor de agua en el interior de dicho depósito en agua líquida purificada.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Sistema de purificación de agua que comprende una estructura tridimensional que consiste en múltiples placas interconectadas para formar paredes, de manera que dicha estructura tenga al menos un espacio abierto que coincida con su parte inferior, en el que dicha estructura es apta para ser colocada sobre la superficie del agua en un lago o mar, de manera que la superficie del agua donde se coloca dicha estructura contribuya al sellado hermético de esta última,

en el que el sistema comprende:

al menos una fuente de calor, apta para ser colocada, durante el uso, debajo de la superficie del agua, capaz de calentar la parte de agua circundante y capaz de generar una cantidad correspondiente de vapor de agua,

al menos un conducto apto para conectar dicho vapor de agua con una fuente de aire frío para transformar dicho vapor de agua en agua purificada;

al menos un depósito para almacenar dicha agua purificada;

caracterizado porque el sistema comprende al menos un elemento que soporta dicha estructura tridimensional, en el que dicho elemento de soporte está anclado al fondo de dicho lago o mar, o está anclado a una superficie de soporte adecuada colocada a una profundidad determinada de dicho lago o mar,

porque dicha fuente de calor está constituida por al menos una resistencia eléctrica,

porque dicha fuente de calor está asociada con una fuente de energía adecuada, y

porque la estructura tridimensional consiste en un prisma triangular rectángulo, que tiene una primera cara (y1) rectangular, que es la superficie del agua sobre la que puede colocarse dicha estructura tridimensional, una segunda cara (y2) rectangular, ortogonal a la primera cara rectangular, una tercera cara (y3) rectangular que une los extremos lejanos de dicha primera cara (y1) rectangular y la segunda cara (y2) rectangular, y dos caras laterales cerradas en forma de triángulo rectángulo, en el que dicha primera superficie (y1) rectangular tiene una anchura de 6 a 10 metros y una longitud mínima de 10 metros y dichas placas están realizadas en un material seleccionado de entre el grupo que comprende plexiglás, vidrio, paneles fotovoltaicos.

2. Sistema de purificación de agua según la reivindicación 1, caracterizado porque dicha al menos una fuente de calor se coloca en el interior de dicha estructura tridimensional.

3. Sistema de purificación de agua según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos medios de suministro adecuados se seleccionan de entre el grupo que comprende un sistema eólico, un sistema de panel fotovoltaico, una planta de energía eléctrica alimentada por combustible fósil o hidrógeno.

4. Sistema de purificación de agua según cualquiera de las reivindicaciones anteriores. caracterizado porque al menos un elemento de soporte para dicha estructura tridimensional soporta también dicho depósito para almacenar el agua purificada.

5. Sistema de purificación de agua según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque comprende dicha fuente de energía en el interior de dicha estructura tridimensional o conectada a la misma.

6. Sistema de purificación de agua según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque al menos un conducto comprende una tubería de entrada conectada a dicho depósito y a dicha fuente de aire frío.

7. Sistema de purificación de agua según la reivindicación 6, caracterizado porque dicho tubo de admisión comprende al menos una válvula.

8. Sistema de purificación de agua según una o más de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque dicha estructura tridimensional comprende placas adicionales adecuadas para permanecer sumergidas debajo de la superficie del agua cuando dicho sistema está en funcionamiento, en el que dichas placas adicionales forman una continuación de dicha estructura debajo de la superficie del agua.

9. Método de purificación de agua que comprende las etapas de:

- proporcionar una estructura tridimensional que consiste en múltiples placas interconectadas para formar paredes de manera que dicha estructura tenga al menos un espacio abierto que coincida con su parte inferior, en el que la estructura tridimensional consiste en un prisma triangular rectángulo, que tiene una primera cara (y1) rectangular, una segunda cara (y2) rectangular, ortogonal a la primera cara rectangular, una tercera cara (y3) rectangular que une los extremos lejanos de dicha primera cara (y1) rectangular y la segunda cara (y2) rectangular, y dos caras laterales cerradas en forma de triángulo rectángulo, en el que dicha primera superficie (y1) rectangular tiene una anchura de 6 a 10 metros y una longitud mínima de 10 metros y dichas placas están realizadas en un material seleccionado de entre el grupo que comprende plexiglás, vidrio, paneles fotovoltaicos;

- colocar la estructura tridimensional sobre la superficie del agua a ser purificada en un lago o mar, de manera que la superficie del agua donde se coloca dicha estructura contribuya al sellado hermético de esta última, siendo dicha superficie de agua la primera superficie (y1) rectangular de dicha estructura tridimensional;

- soportar dicha estructura tridimensional por medio de al menos un elemento de soporte, en el que dicho elemento de soporte está anclado al fondo de dicho lago o mar, o está anclado a una superficie de soporte adecuada colocada a una profundidad determinada de dicho lago o mar;

- proporcionar al menos una fuente de calor colocada debajo de la superficie del agua a ser purificada, estando constituida dicha fuente de calor por al menos una resistencia eléctrica y estando asociada con un suministro de energía adecuado;

- calentar la parte de agua que rodea dicha al menos una fuente de calor y generar una cantidad de vapor de agua correspondiente;

- conectar dicho vapor de agua, por medio de un conducto, con una fuente de aire frío para transformar dicho vapor de agua en agua purificada;

- almacenar dicha agua purificada en un depósito.