ES2905844T3

ES2905844T3 - Planta de filtración de agua basada en membranas que comprende un sistema de sensores mems y procedimiento de uso

Info

Publication number: ES2905844T3
Application number: ES13805707T
Authority: ES
Inventors: Aveek Chatterjee; Arjun Bhattacharyya; Shankar Chandrasekaran
Original assignee: BL Technologies Inc
Current assignee: BL Technologies Inc
Priority date: 2012-12-21
Filing date: 2013-12-02
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2033-12-02
Also published as: DK2935123T3; SG11201504846RA; CN105073649B; AU2013363572A1; WO2014099324A1; CN105073649A; AU2013363572B2; EP2935123B8; US9709429B2; US20140180610A1; EP2935123B1; EP2935123A1

Abstract

Una planta de filtración de agua basada en membranas (5) que comprende un sistema de sensores de sistemas microelectromecánicos (MEMS) (400) que comprende: una unidad de telemetría remota (RTU) (402), una unidad de control supervisión y adquisición de datos (SCADA) (460), y una pluralidad de sensores MEMS para medir la presión, el caudal y la conductividad de una corriente; dicha planta de filtración de agua está comprendida por un tren (401) comprendido por un recipiente de membranas que contiene una pluralidad de elementos de membrana (420, 425, 430); dichos elementos de membrana reciben una corriente de alimentación y producen una corriente de concentrado y una corriente de permeado; dichos elementos de membrana están dispuestos en serie creando interfaces (415) entre cada elemento de membrana; dichos sensores MEMS miden el caudal, la presión y la conductividad de dicha corriente de alimentación, corriente de concentrado y corriente de permeado en dichas interfaces de membrana; dicho recipiente de membranas (435) recibe una corriente de alimentación y produce una corriente de permeado y una corriente de concentrado; los sensores de presión convencionales miden la presión de dichas corrientes de permeado, concentrado y alimentación del recipiente de membranas; los sensores de conductividad convencionales miden la conductividad de dichas corrientes de permeado, concentrado y alimentación del recipiente de membranas; los sensores de flujo convencionales miden el caudal de dichas corrientes de permeado, concentrado y alimentación del recipiente de membranas; el sensor de temperatura convencional mide la temperatura de dicha corriente de alimentación del recipiente de membranas; dicha RTU (402) se comunica con dichos sensores MEMS y dicha SCADA para proporcionar dichas mediciones de caudal, presión y conductividad de los sensores MEMS a dicha SCADA, dicha RTU se comunica de forma inalámbrica con dichos sensores MEMS; dichos sensores convencionales proporcionan mediciones directamente a dicha SCADA; en la que dicha SCADA utiliza dicho sensor MEMS y dichas mediciones del sensor convencional para identificar los elementos de la membrana comprometidos; en la que cada uno de dichos sensores MEMS (10) está comprendido por una estructura de sensor inteligente extraíble (RSSS)(100) y un chip transceptor de control/datos (CDTC)(200); dicho RSSS está comprendida por una pieza inteligente (115) y al menos uno de los sensores de flujo (150) o de presión (105) o de conductividad (110) en la que dicha pieza inteligente está comprendida por una bobina (140), un regulador de tensión (145), un transceptor inductivo (135), una memoria no volátil (130), un microprocesador (125) y un circuito de conversión (120); en la que dicho CDTC está comprendido por una bobina (240), un transceptor inductivo (230) y un transceptor de RF (235).

Description

DESCRIPCIÓN

Planta de filtración de agua basada en membranas que comprende un sistema de sensores mems y procedimiento de uso

Campo de la invención

La presente invención se refiere a una planta de filtración de agua basada en membranas que comprende un sistema de sensores MEMS (sistemas microelectromecánicos) y a un procedimiento de funcionamiento de una planta de filtración de agua basada en membranas que comprende un sistema de sensores MEMS.

Antecedentes de la invención

El bloqueo o el fallo mecánico de un elemento de membrana de ósmosis inversa (OI) o de nanofiltración (NF) puede provocar un tiempo de inactividad significativo de una planta de purificación de agua basada en membranas. Existen varios dispositivos y procedimientos ópticos y acústicos fuera de línea que se utilizan para identificar un fallo mecánico del elemento de membrana o la cantidad de bloqueo del elemento de membrana.

Sin embargo, estos dispositivos y procedimientos no pueden proporcionar una supervisión en línea y son caros y requieren mucho tiempo. En consecuencia, existe la necesidad de un sistema sensor de fallos mecánicos y de bloqueo de elementos de membrana para identificar la presencia de un fallo mecánico y la presencia y cantidad de bloqueo en un elemento de membrana. Además, se necesita un procedimiento para utilizar el sistema de sensores que ayude a garantizar la limpieza y/o la sustitución oportuna de los elementos de la membrana que han fallado mecánicamente y/o se han bloqueado.

El documento EP2295134 describe un sistema de gestión de un dispositivo de filtrado de membrana en el que al menos dos sensores de un sensor de conductividad eléctrica, un sensor de caudal y un sensor de presión se proporcionan en al menos dos elementos de membrana proporcionados en un dispositivo de filtrado de membrana, y en el que un dispositivo de gestión obtiene datos de los al menos dos sensores, y compara los datos con datos de comparación que representan una relación correlativa entre una posición a lo largo de la dirección de la línea axial en el dispositivo de filtrado de membrana y un valor estándar obtenido de los al menos dos sensores.

El documento US2010051552 describe un sistema para monitorizar la calidad del agua para diálisis, de los fluidos de diálisis y de los fluidos corporales tratados con fluidos de diálisis, en el que el sistema utiliza sensores de sistemas microelectromecánicos (MEMS) para detectar impurezas en el agua de entrada o en el fluido de diálisis, y en el dializado preparado, y posiblemente para monitorizar y comprobar la sangre del paciente que está siendo tratado, incluyendo estos sensores sensores selectivos de iones, para iones como el amonio o el calcio, y también incluyendo sensores de matriz amperométrica, adecuados para iones de cloro o cloraminas.

El documento EP1844836 describe un sistema y un procedimiento para medir con precisión la presión dentro de una carcasa de filtro que tiene al menos un elemento filtrante, que comprende:

dicho elemento filtrante,

un sensor de presión MEMS integrado en dicho elemento filtrante, y

un transmisor, en comunicación con dicho sensor para poder medir y transmitir la presión dentro de la carcasa del filtro mientras se utiliza; en el que dicho transmisor puede utilizar la comunicación inalámbrica; y dicho transmisor inalámbrico puede comprender una etiqueta RFID.

El documento US2004079686 describe un módulo de filtrado para filtrar un fluido, que comprende:

un elemento filtrante que tiene una tapa en un extremo del mismo, dicho elemento filtrante recibe dicho fluido en un estado no filtrado en un lado de entrada y produce dicho fluido en un estado filtrado en un lado de salida;

un componente sensor acoplado a dicha tapa final que tiene al menos un primer paquete sensor y un segundo paquete sensor, cada uno de los cuales incluye un sensor de sistemas microelectromecánicos (MEMS), y cada uno de los cuales está configurado para medir al menos un miembro seleccionado del grupo que consiste en temperatura, presión y caudal; y

un transmisor acoplado a dicho componente sensor, estando dicho transmisor configurado para transmitir de forma inalámbrica los datos de medición a un receptor de señales remoto.

Breve sumario de la invención

La invención se refiere a una planta de filtración de agua basada en membranas según la reivindicación 1.

En otro aspecto de la invención, el sistema de sensores de sistemas microelectromecánicos (MEMS) comprendido en la planta reivindicada identifica los elementos de membrana comprometidos calculando un caudal de permeado normalizado, una presión diferencial normalizada y un paso de sal normalizado para cada elemento de membrana utilizando el sensor MEMS y las mediciones del sensor convencional, y comparando el caudal de permeado normalizado calculado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado para cada elemento de membrana con el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado para cada elemento de membrana en condiciones de referencia.

En otro aspecto de la invención, el sistema de sensores de sistemas microelectromecánicos (MEMS) comprendido en la planta reivindicada identifica los recipientes de membranas comprometidos calculando un caudal de permeado normalizado, una presión diferencial normalizada y un paso de sal normalizado para el recipiente de membranas utilizando las mediciones convencionales del sensor, y comparando el caudal de permeado normalizado calculado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado para el recipiente de membranas con el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado para el recipiente de membranas en condiciones de referencia.

En otro aspecto de la invención, el elemento de membrana comprendido en la planta reivindicada se identifica como comprometido cuando el flujo de permeado normalizado calculado del elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% menor que el flujo de permeado normalizado del elemento de membrana en condiciones de referencia; donde el elemento de membrana se identifica como comprometido cuando la presión diferencial normalizada calculada del elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% mayor que la presión diferencial normalizada del elemento de membrana en condiciones de referencia; donde el elemento de membrana se identifica como comprometido cuando el paso de sal normalizado calculado del elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% mayor que el paso de sal normalizado del elemento de membrana en condiciones de referencia; donde el recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando el flujo de permeado normalizado calculado del recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% menor que el flujo de permeado normalizado del recipiente de membranas en condiciones de referencia; donde el recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando la presión diferencial normalizada calculada del recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% mayor que la presión diferencial normalizada del recipiente de membranas en condiciones de referencia; donde el recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando el paso de sal normalizado calculado del recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% mayor que el paso de sal normalizado del recipiente de membranas en condiciones de referencia.

En otro aspecto de la invención, cada uno de los sensores MEMS es alimentado por una batería en el CDTC, o de forma inalámbrica por la RTU.

En otro aspecto de la invención, cada uno de los sensores MEMS emplea uno o ambos de energía inteligente o monitoreo inteligente.

En otro aspecto de la invención, cada uno de los sensores MEMS contiene información de mantenimiento.

En otro aspecto de la invención, cada uno de los sensores MEMS se monta en un dispositivo antitelescópico (ATD) de los elementos de membrana, en el que los sensores MEMS se montan en una ranura de ajuste a presión o en una ranura de fijación del ATD.

En otro aspecto de la invención, la invención se refiere a un procedimiento de funcionamiento de una planta de filtración de agua basada en membranas según la reivindicación 6.

En otro aspecto de la invención, el procedimiento incluye además la recuperación de la información de mantenimiento de los sensores MEMS y la actualización de la información de mantenimiento.

En otro aspecto de la invención, el procedimiento incluye además informar a un usuario del caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado de cada elemento de membrana y recipiente de membranas en el tiempo "t", el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado de cada elemento de membrana y recipiente de membranas en condiciones de referencia, y la ubicación de los elementos de membrana y recipientes de membranas comprometidos.

En otro aspecto de la invención, el elemento de membrana se identifica como comprometido cuando el flujo de perneado normalizado calculado del elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% menor que el flujo de permeado normalizado del elemento de membrana en condiciones de referencia; donde el elemento de membrana se identifica como comprometido cuando la presión diferencial normalizada calculada del elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% mayor que la presión diferencial normalizada del elemento de membrana en condiciones de referencia; donde el elemento de membrana se identifica como comprometido cuando el paso de sal normalizado calculado del elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% mayor que el paso de sal normalizado del elemento de membrana en condiciones de referencia; donde el recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando el flujo de permeado normalizado calculado del recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% menor que el flujo de permeado normalizado del recipiente de membranas en condiciones de referencia; donde el recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando la presión diferencial normalizada calculada del recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% mayor que la presión diferencial normalizada del recipiente de membranas en condiciones de referencia; donde el recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando el paso de sal normalizado calculado del recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% mayor que el paso de sal normalizado del recipiente de membranas en condiciones de referencia.

En otro aspecto de la invención, las mediciones de conductividad se componen de mediciones de la concentración de analitos individuales disueltos de interés y de la concentración total de sólidos disueltos o TDS (sólidos disueltos totales).

En otro aspecto de la invención, el sensor MEMS es alimentado por una batería en el CDTC.

En otro aspecto de la invención, los sensores MEMS emplean uno o ambos tipos de potencia inteligente o monitoreo inteligente.

Las ventajas de la presente invención se harán más evidentes para los expertos en la materia a partir de la siguiente descripción de las realizaciones de la invención que se han mostrado y descrito a modo de ilustración. Como se apreciará, la invención es capaz de otras y diferentes realizaciones, y sus detalles son susceptibles de modificación en varios aspectos.

Breve descripción de diversas vistas de los dibujos

Estas y otras características de la presente invención, y sus ventajas, se ilustran específicamente en las realizaciones de la invención que ahora se describirán, a modo de ejemplo, con referencia a los dibujos esquemáticos que se acompañan, en los que:

Las FIGS. 1a-c ilustran un sensor MEMS de acuerdo con una realización de la presente invención;

La FIG. 2a es un diagrama de bloques de un RSSS de acuerdo con una realización de la presente invención; La FIG. 2b es un diagrama de bloques de un RSSS de acuerdo con una realización de la presente invención; La FIG. 2c es un diagrama de bloques de un RSSS de acuerdo con una realización de la presente invención; La FIG. 2d es un diagrama de bloques de un RSSS de acuerdo con una realización de la presente invención; La FIG. 3 es un sensor de presión de acuerdo con una realización de la presente invención;

La FIG. 4 es un sensor de conductividad de acuerdo con una realización de la presente invención;

La FIG. 5 es un diagrama de bloques de un CDTC de acuerdo con una realización de la presente invención; La FIG. 6 es un diagrama de flujo que representa los procesos que tienen lugar dentro del microprocesador del sensor MEMS de acuerdo con una realización de la presente invención;

La FIG. 7 es un esquema de un sistema de sensores MEMS para una planta de filtración de agua basada en membranas de acuerdo con una realización de la presente invención;

Las FIGS. 8a-b ilustran un elemento de membrana de acuerdo con una realización de la presente invención; Las FIGS. 9a-c ilustran UTAs de un elemento de membrana de acuerdo con realizaciones de la presente invención;

La FIG. 10 es una RTU de acuerdo con una realización de la presente invención;

La FIG. 11 es un gráfico que muestra los datos de conductividad total medidos para un recipiente de membranas que contiene un elemento de membrana con un fallo en la junta tórica de interconexión y los datos de conductividad total esperados para el mismo recipiente de membranas que contiene elementos de membrana con juntas tóricas de interconexión intactas; y

Las FIGS. 12a-c ilustran un procedimiento de funcionamiento de un sistema de sensores MEMS para una planta de filtración de agua basada en membranas de acuerdo con una realización de la presente invención.

Cabe señalar que todos los dibujos son esquemáticos y no están dibujados a escala. Las dimensiones y proporciones relativas de las partes de estas figuras se han mostrado exageradas o reducidas en tamaño en aras de la claridad y la comodidad de los dibujos. En general, se utilizan los mismos números de referencia para referirse a características correspondientes o similares en las diferentes realizaciones. Por lo tanto, los dibujos y la descripción deben considerarse de carácter ilustrativo y no restrictivo.

Descripción detallada de la realización preferente

El lenguaje de aproximación, como se utiliza en toda la memoria y las reivindicaciones, puede aplicarse para modificar cualquier representación cuantitativa que pueda variar de forma permisible sin dar lugar a un cambio en la función básica con la que se relaciona. En consecuencia, un valor modificado por un término o términos, como "aproximadamente", no se limita al valor preciso especificado. Al menos en algunos casos, la lengua de aproximación puede corresponder a la precisión de un instrumento para medir el valor. Las limitaciones de los rangos pueden combinarse y/o intercambiarse, y dichos rangos se identifican e incluyen todos los subrangos indicados en este documento, a menos que el contexto o el lenguaje indiquen lo contrario. Salvo en los ejemplos de funcionamiento o cuando se indique lo contrario, todos los números o expresiones que se refieren a cantidades de ingredientes, condiciones de reacción y similares, utilizados en la memoria y en las reivindicaciones, deben entenderse modificados en todos los casos por el término "aproximadamente".

"Opcional" u "opcionalmente" significa que el evento o circunstancia descrita posteriormente puede o no ocurrir, o que el material identificado posteriormente puede o no estar presente, y que la descripción incluye casos en los que el evento o circunstancia ocurre o en los que el material está presente, y casos en los que el evento o circunstancia no ocurre o el material no está presente.

Como se utilizan en el presente documento, los términos "comprende", "que comprende", "incluye", "que incluye", "tiene", "que tiene", o cualquier otra variación de los mismos, pretenden cubrir una inclusión no exclusiva. Por ejemplo, un proceso, procedimiento, artículo o aparato que comprende una lista de elementos no está necesariamente limitado a sólo esos elementos, sino que puede incluir otros elementos no enumerados expresamente o inherentes a dicho proceso, procedimiento, artículo o aparato.

Las formas singulares "uno", "una" y "el" incluyen referentes plurales a menos que el contexto dicte claramente lo contrario.

La FIG. 1a-b divulga un sensor MEMS 10 para su uso en la monitorización en línea de una membrana RO o NF. Un sensor inteligente extraíble en membrana (RSSS) 100 y un chip transceptor de control/datos (CDTC) 200 se combinan para formar el sensor MEMS 10. El RSSS 100 y el CDTC 200 tienen cada uno una bobina 140 y 240, que permite el paso de potencia y comunicaciones entre el RSSS 100 y el CDTC 200. El RSSS 100 y el CDTC 200 se comunican mediante una comunicación inductiva en serie.

Las asas de estructura 205 aseguran el RSSS 100 al CDTC 200. Si el RSSS 100 o el CDTC 200 fallan, este diseño permite separar el RSSS 100 o el CDTC 200 y sustituir el componente que ha fallado, ya sea el RSSS 100 o el CDTC 200, por una pieza que funcione. Además, el diseño también permite a un operador intercambiar un RSSS 100 que tenga un sensor de un determinado tipo o rango de detección con un RSSS 100 que tenga un sensor de un tipo o rango de detección diferente. FIG. 1a muestra el RSSS 100 y el CDTC 200 separados, mientras que la FIG. 1b muestra el RSSS 100 y el CDTC 200 combinados en un paquete universal.

Volviendo a la FIG. 1c, se contempla que el sensor MEMS 10 está compuesto además por una membrana estructural multicapa coextruida 11 que tiene al menos dos láminas poliméricas. En algunas realizaciones del sensor MEMS 10, la membrana multicapa coextruida 11 tiene una capa de cubierta 12 adherida a una o más capas de soporte 13. La capa de la tapa 12 puede ser coextruida a través de una primera matriz y las capas de soporte 13 pueden ser coextruidas a través de una segunda matriz. El término coextrusión se refiere a un proceso de fabricación en el que dos o más compuestos poliméricos se introducen en una matriz de extrusión común que tiene un único orificio de descarga. Los compuestos poliméricos incluyen, pero no se limitan a, la poliolefina termoplástica, un plástico de poliolefina, que incluye, pero no se limita a, el polímero de propileno.

Volviendo a la FIG. 2A, el RSSS 100 está comprendido por una pieza inteligente 115, un sensor de presión 105, un sensor de conductividad 110 y un sensor de flujo 150. Se contempla que en algunas realizaciones del sensor MEMS 10, el sensor de presión 105, el sensor de flujo 150 y el sensor de conductividad 110 son reemplazables individualmente. Esto ayuda a reducir los costes de mantenimiento debido a que, en caso de fallo del sensor de presión 105, del sensor de flujo 150 o del sensor de conductividad 110, sólo habrá que sustituir el sensor individual que haya fallado, en lugar de todo el sensor MEMS 10.

El sensor de presión 105, mostrado en la FIG. 3, es sintonizable y en una realización tiene un rango de presión de aproximadamente 56-60 bares, que es adecuado para el proceso de RO de agua de mar. En otra realización, el sensor de presión 105 tiene un rango de presión de aproximadamente de 10-15 bares, que se puede emitir para el proceso de RO de agua salobre. Además, se contempla que el sensor de presión 105 sea de tipo piezoresistivo o resonante.

En la FIG. 4 se muestra una realización del sensor de conductividad 110. En esta realización, el sensor de conductividad 110 tiene una pluralidad de electrodos 111a-d. Cada electrodo está chapado en oro y configurado para medir la concentración de un analito diferente (tipo de sal). Los analitos incluyen, entre otros, CH³C²-, Cl-, NO³- y SO⁴H². Se contempla que en algunas realizaciones, los electrodos 111 están empotrados en el sensor de conductividad 110. Se contempla que el sensor de conductividad 110 puede tener más o menos de cuatro electrodos 111, uno para cada analito de interés presente en la corriente de fluido que se está midiendo. El término "analito", en este documento, se define como un analito disuelto que forma parte del total de sólidos disueltos (TDS)

El sensor de flujo 150 puede ser cualquier sensor de flujo MEMS adecuado para medir el caudal de fluido en una membrana de ósmosis inversa, incluyendo, pero sin limitarse a, el sensor de flujo MEMS descrito en la patente U.S. no 7.603.898.

Volviendo a la FIG. 2A, la pieza inteligente 115 está comprendida por un circuito de conversión 120, una memoria no volátil 130, un microprocesador 125, un transceptor inductivo 135, un regulador de tensión 145 y una bobina 140.

La circuitería de conversión 120 condiciona y convierte las salidas del sensor de presión 105, del sensor de flujo 150 y del sensor de conductividad 110 en una forma adecuada para ser utilizada por el microprocesador 125. Dependiendo del tipo y la programación del microprocesador 125, el circuito de conversión 120 puede amplificar, multiplexar y aplicar la conversión analógico-digital a las salidas del sensor de presión 105, el sensor de flujo 150 y el sensor de conductividad 110. El microprocesador 125 utiliza la memoria no volátil 130.

Además, el microprocesador 125 determina el caudal, la presión y las concentraciones individuales de analitos, así como los valores totales de concentración de analitos para la ubicación en la corriente de fluido en la que se encuentra el sensor MEMS 10 a través de las salidas del sensor de presión 105, el sensor de caudal 150 y el sensor de conductividad 110. El microprocesador 125 envía el caudal, las concentraciones individuales de analitos, la concentración total de analitos (TDS) y la presión al CDTC 200 mediante una comunicación en serie a través del transceptor inductivo 135 y la bobina 140.

Además, el regulador de tensión 145 recibe la tensión del CDTC 200 a través del transceptor inductivo 135 y la bobina 140. El regulador de tensión 145 proporciona tensión al sensor de presión 105, al sensor de flujo 150, al sensor de conductividad 110, al circuito de conversión 120, al microprocesador 125 y a la memoria no volátil 130. Además, el regulador de tensión 145 suministra potencia al CDTC 200 y a sus componentes, el transceptor de inductancia 230 y el transceptor de RF 245, a través del transceptor inductivo 135 y la bobina 140.

Además, la memoria no volátil 130 puede almacenar información de mantenimiento como la fecha de instalación del sensor MEMS 10, la fecha de instalación de las membranas monitorizadas (aguas arriba y aguas abajo), el propietario de las membranas monitorizadas, la fecha de limpieza de las membranas monitorizadas (aguas arriba y aguas abajo), los detalles del producto químico de limpieza para las membranas monitorizadas, incluyendo, pero sin limitarse a ello, el tipo y la cantidad de producto químico de limpieza utilizado y la duración del proceso de limpieza, que son proporcionados al sensor MEMS 10 por una SCADA 460 para su recuperación en un momento posterior por una SCADA 460.

Se deberá comprender que en algunas realizaciones, las funciones del circuito de conversión 120, la memoria no volátil 130 y el microprocesador 125 pueden ser realizadas por una sola unidad, como un microcontrolador o ASIC. Las operaciones que tienen lugar en el microprocesador 125 se detallan en la FIG. 6.

Volviendo a la FIG. 2b, 2c y 2d, se contempla que en algunas realizaciones del RSSS 100, sólo uno de los sensores de presión 105, el sensor de flujo 150 o el sensor de conductividad 110 está presente en un RSSS 100. En consecuencia, sólo las mediciones correspondientes al presente sensor serán calculadas por el microprocesador 125 y enviadas al CDTC 200. En consecuencia, si sólo está presente el sensor de presión 105 en el RSSS 100, el microprocesador 125 sólo calculará la medición de la presión basándose en la salida del sensor de presión 105, y enviará la medición al CDTC 200 para su transmisión mediante el transceptor de RF 245. Además, si sólo está presente el sensor de conductividad 110 en el RSSS 100, el microprocesador 125 sólo calculará las mediciones de las concentraciones individuales de analitos y la concentración total de analitos basándose en la salida del sensor de conductividad 110, y enviará las mediciones al CDTC 200 para su transmisión por el transceptor de RF 245. Además, si sólo está presente el sensor de flujo 150 en el RSSS 100, el microprocesador 125 sólo calculará la medición del caudal basándose en la salida del sensor de flujo 150, y enviará la medición al CDTC 200 para su transmisión por el transceptor de RF 245.

Volviendo a la FIG. 5, el CDTC 200 está comprendido por la bobina 240, el transceptor inductivo 230, el transceptor de RF 245 y, opcionalmente, la batería 255. El transceptor de RF 245 proporciona potencia al transceptor inductivo 230 y a la bobina 240, que a su vez proporcionan potencia al RSSS 100. El transceptor de RF se alimenta de la batería 255, si está presente, o de señales de RF.

La bobina 240 y el transceptor inductivo 230 proporcionan al transceptor de RF 245 el caudal, las concentraciones individuales de analitos, la concentración total de analitos y la presión del RSSS 100. El transceptor de RF 245 transmite el número de identificación único, el caudal, las concentraciones individuales de analitos, la concentración total de analitos y la presión a la RTU 402. Además, la RTU 402 solicita periódicamente una medición del sensor MEMS 10, momento en el que el transceptor de RF 245 solicita al microprocesador 125 que obtenga el caudal, las concentraciones individuales de analitos, la concentración total de analitos y las mediciones de presión. El transceptor de RF 245 solicita al microprocesador 125 el envío de una señal única a través del transceptor de inductancia CDTC 230, la bobina CDTC 240, la bobina RSSS 140 y el transceptor de inductancia RSSS 135. El transceptor de RF 245 funciona utilizando un protocolo inalámbrico común que incluye, pero no se limita a, Zigbee o Bluetooth, lo que permite al transceptor de RF 245 transmitir una señal entre aproximadamente 3-30 m.

Algunas realizaciones del sensor MEMS 10 utilizan uno o ambos tipos de potencia inteligente o monitorización inteligente. Potencia inteligente significa que una vez que el sensor MEMs 10 completa una transmisión de valores de medición, el sensor MEMS 10 entrará en un modo de baja potencia hasta que se le solicite al sensor MEMS 10 otra medición.

La monitorización inteligente significa que el sensor MEMS 10 sólo adquiere un nuevo conjunto de mediciones cuando el transceptor de RF 245 le solicita una medición, a diferencia de otros diseños que adquieren constantemente nuevas salidas de los sensores y calculan nuevos valores de medición basados en las salidas de los sensores, pero sólo transmiten los valores de medición más recientes cuando se les solicita, desperdiciando así una gran cantidad de potencia en la adquisición de nuevas salidas de los sensores y el cálculo de valores de medición que nunca se transmiten.

La FIG. 6 es un diagrama de flujo de los procesos que tienen lugar dentro del microprocesador 125. Las instrucciones para llevar a cabo los procesos de la FIG. 6 se almacenan en la memoria no volátil 130 y son recuperados por el microprocesador 125. En el paso 305, el microprocesador 125 se enciende, se inicializa y entra inmediatamente en un modo de potencia reducida. Después del paso 305, en el paso 310 se mantiene el modo de potencia reducida hasta que el microprocesador 125 recibe la orden del transceptor de RF 245 de adquirir los valores de medición del caudal, las concentraciones individuales de analitos, la concentración total de analitos y la presión del fluido. Después del paso 310, en el paso 315, el transceptor de RF 245 entra en el modo de máxima potencia y adquiere las salidas del sensor de presión 105, del sensor de flujo 150 y del sensor de conductividad 110. Después del paso 315, en el paso 320, el microprocesador 125 determina los valores de medición para el caudal, las concentraciones individuales de analitos, la concentración total de analitos y la presión del fluido utilizando las salidas del sensor de presión 105, el sensor de caudal 150 y el sensor de conductividad 110. Después del paso 320, en el paso 325, el microprocesador 125 proporciona los valores de medición y la información de mantenimiento almacenada en la memoria no volátil 130 al transceptor de RF 245 para su transmisión. Después del paso 325, en el paso 330 el microprocesador 125 actualiza la información de mantenimiento almacenada en la memoria no volátil 130 si las actualizaciones son proporcionadas al sensor MEMS 10 por la unidad de control de supervisión y adquisición de datos (SCADA) 460. Después del paso 330, en el paso 335, el microprocesador 125 vuelve a entrar en el modo de potencia reducida y regresa al paso 310.

La FIG. 7 es un diagrama de la topología del sistema de sensores MEMS 400 para el tren 401 situado en una planta de filtración de agua basada en membranas 5. El sistema de sensores MEMS 400 para el tren 401 está comprendido por la unidad de telemetría remota (RTU) 402, la SCADA 460 y los sensores MEMS 10. Además del tren 401a, se contempla que el sistema de sensores MEMS 400 puede monitorizar otros trenes adicionales 401b-n (no mostrados), siendo "n" la letra del alfabeto correspondiente al número de trenes que se monitorizan. Cada tren adicional 401b-n, también tendrá su correspondiente RTU 400b-n que se interconecta con la SCADA 460.

Aunque en la FIG. 7, se contempla que cada tren 401a-n puede tener cualquier número de recipientes de membranas. En aras de la brevedad, sólo se discutirá el recipiente de membranas 435a, ya que los otros recipientes de membrana, como el recipiente de membranas 435b, funcionarán y se configurarán de manera similar. Se contempla que el tren 401 puede estar comprendido por membranas de RO o por membranas NF.

El recipiente de membranas 435a está comprendido por el elemento de membrana principal 420a situado en la entrada del recipiente de membranas 436a, el elemento de membrana de terminación 425a situado en la salida del recipiente de membranas 437a, y uno o más elementos de membrana interiores 430a situados entre el elemento de membrana principal 420a y el elemento de membrana de terminación 425a. Los sensores MEMS 10 están situados en cada interfaz 415 de los elementos de membrana 420, 425 y 430, como se muestra en la FIG. 7 y se comunican con la RTU 400a mediante una comunicación por radiofrecuencia, que incluye, entre otros, Wi-Fi, Bluetooth o ZigBee. La RTU 400a se comunica con la SCADA 460 a través de la comunicación Ethernet o RF.

Además, un conjunto de sensores de alimentación 440a, un conjunto de sensores de concentrado 445a y un conjunto de sensores de perneado 450a, cada uno con sensores convencionales de flujo, presión y conductividad en línea, están ubicados en las corrientes de alimentación, concentrado y permeado a la entrada y salida del recipiente de membranas 435a. El conjunto de sensores de alimentación 440a, el conjunto de sensores de concentrado 445a y el conjunto de sensores de permeado 450a proporcionan el caudal, las concentraciones individuales de analitos, la concentración total de analitos y la presión del fluido para las corrientes de alimentación, concentrado y permeado. El conjunto de sensores de alimentación 440a también tiene un sensor de temperatura convencional, que proporciona la temperatura de la corriente de alimentación. Los sensores convencionales de temperatura, flujo, presión y conductividad en línea pueden incluir, entre otros, los descritos en las patentes US nos 4.682.113 y 7,584,061. El conjunto de sensores de alimentación 440a, el conjunto de sensores de concentrado 445a y el conjunto de sensores de permeado 450a se conectan con la SCADA 460 mediante comunicación Ethernet o RF.

Volviendo a las FIGS. 8a-b, la alimentación entra en la abertura exterior 550 del ATD en el extremo aguas arriba 410a del elemento de membrana 410. El concentrado sale por la abertura exterior 550 del extremo inferior 410b del elemento de membrana 410. El permeado sale de la abertura interior 545 del extremo aguas abajo 410b del elemento de membrana 410. Se deberá comprender que el elemento de membrana 410 puede ser el elemento de membrana principal 420, el elemento de membrana interior 430 o el elemento de membrana de terminación 425.

Con referencia a las FIGS. 9a-c, los sensores MEMS 10 en las interfaces 415a de los elementos de membrana 420a, 425a y 430a de la FIG. 7. Los sensores MEMS 10 se montan en el dispositivo antitelescópico (ATD) 500 de una membrana situada en las interfaces 415a, que se muestran en la FIG. 7.

El ATD 500 tiene una abertura interior 545 y una abertura exterior 550. La abertura interior 545 está definida por la pared interior de la abertura 505. La abertura exterior 550 está definida por la pared superior de la abertura exterior 515 y la pared inferior de la abertura exterior 540. El tubo de permeado 555 está definido por la pared de abertura exterior inferior 540 y la pared de abertura interior 505. Los radios ATD se extienden desde la pared de la abertura exterior superior 515 hasta la pared de la abertura exterior inferior 540.

Los sensores MEMS 10 se montan en las ranuras 520 formadas en el ATD 500. Las ranuras 520 pueden ser ranuras de ajuste a presión 560 o ranuras de fijación 565. En una realización, los brazos 561-562 de las ranuras de ajuste a presión 560 entran en contacto con el sensor MEMS 10 a lo largo de toda la longitud de los brazos 561-562. Sin embargo, se contempla que en otras realizaciones, los brazos 561-562 de las ranuras de ajuste a presión 560 sólo pueden entrar en contacto con el sensor MEMS 10 a lo largo de parte de la longitud de los brazos 561-562.

En una realización de la ranura de fijación 565, el extremo distal 566a-567a de los brazos 566-567 tiene un movimiento 568-569 que entra en contacto con el sensor MEMS 10. Además, el sensor MEMS 10 se monta en la ranura de fijación 565 con un cierre 535, como un perno o un tornillo. En una realización, el cierre 535 se inserta a través de los brazos 566-567, y en otra realización, el cierre 535 se inserta a través del tubo de permeado del DTA 555.

Además, la FIG. 9b muestra los sensores MEMS 10 que contienen el sensor de conductividad 110, el sensor de flujo 150 y el sensor de presión 105. En consecuencia, sólo se necesita un sensor MEMS 10 en cada una de las corrientes de permeado y concentrado para controlar la conductividad, el caudal y la presión del agua en las corrientes en las interfaces 415a. Los sensores MEMS 10 representados en la FIG. 9c no contienen un sensor de conductividad 110, un sensor de flujo 150 y un sensor de presión 105. En consecuencia, se necesita un primer sensor MEMS 10 que contenga un sensor de conductividad 110, un segundo sensor MEMS 10 que contenga un sensor de presión 105 y un tercer sensor MEMS 10 que contenga un sensor de flujo 150 en cada una de las corrientes de alimentación, permeado y concentrado en las interfaces 415a.

Volviendo a las FIGS. 7-9, en cada interfaz de elemento de membrana 415, dado que el concentrado que sale de la abertura exterior ATD 550 del elemento de membrana 410 aguas arriba se convierte en la alimentación y entra en la abertura exterior ATD 550 del elemento de membrana 410 aguas abajo, se deberá comprender que un sensor MEMS 10 colocado en la abertura exterior ATD 550 para supervisar el concentrado del elemento de membrana 410 inmediatamente aguas arriba del sensor MEMS 10 también supervisa la alimentación del elemento de membrana 410 inmediatamente aguas abajo del sensor MEMS 10.

Volviendo a la FIG. 10, la RTU 402 está comprendida por un lector RFID 403 y un dispositivo RTU 404. En una realización, el lector RFID 403 está conectado a través de un puerto serie al dispositivo r Tu 404. El dispositivo RTU 404 se comunica de forma inalámbrica con los sensores Me Ms 10 y envía datos hacia y desde la SCADA 460. La SCADA 460 acumula y almacena los valores de medición de la presión, el caudal y la conductividad de los sensores MEMS 10, el conjunto de sensores del flujo de alimentación del recipiente de membranas 440, el conjunto de sensores del flujo de concentrado del recipiente de membranas 445 y el conjunto de sensores del flujo de permeado del recipiente de membranas 450. Además, la SCADA 460 acumula y almacena los valores de medición de la temperatura del fluido del conjunto de sensores de la corriente de alimentación del recipiente de membranas 440. Además, la SCADA 460 informa a un usuario de los datos medidos y de los valores de datos calculados que se describen a continuación. Los datos calculados pueden incluir, entre otros, el flujo de permeado normalizado para un elemento de membrana, el aumento del diferencial de presión normalizado para un elemento de membrana y el aumento del paso de sal normalizado para un elemento de membrana. En una realización, la SCADA 460 es un PC. En consecuencia, la SCADA 460 puede integrarse con el software de análisis de datos, y puede enviar datos a ubicaciones remotas a través de IP o telefonía móvil (por ejemplo, GPRS, 3G, 4G, etc.).

La FIG. 11 muestra la conductividad total medida y la conductividad total esperada del permeado para un recipiente de membranas 435 que contiene una pluralidad de elementos de membrana 410. Como se puede ver al observar la conductividad medida y la conductividad esperada del permeado, parece haber un fallo en la junta tórica del interconector en la interfaz de la membrana 415 entre el tercer y el cuarto elemento de membrana 410, lo que resulta en un aumento de la conductividad medida.

Además, la presente invención comprende un procedimiento de utilización de un sistema de sensores MEMS 400 para supervisar los elementos de membrana 410 en un recipiente de membranas 435 de un tren 401.

Cuando se monitoriza el rendimiento de los elementos de la membrana 410, los datos se recogen y se normalizan. La normalización de datos es un proceso que corrige los cambios de temperatura, TDS de alimentación, presiones y otros factores que afectan al rendimiento de los elementos de la membrana RO/NF 410 en una planta de purificación de agua basada en membranas, pero que pueden no estar relacionados con el ensuciamiento u otros procesos de degradación de la membrana. Normalmente, a medida que una planta de purificación de agua basada en membranas funciona, los elementos de la membrana 410 se ensucian lentamente con el tiempo. Para compensar esto, se aumenta la presión de funcionamiento del recipiente de membranas 435 en el tren 401. El caudal normalizado muestra cuál sería el caudal si no se aumentara la presión de alimentación y, por tanto, mide el grado de ensuciamiento de los elementos de la membrana que se ha producido. Las presiones de alimentación de un recipiente de membranas 435 suelen oscilar entre 10,3 bares y 31 bares (150 a 450 psig). Además, la normalización de los datos ayuda a compensar la temperatura no constante del agua de alimentación.

La caudal de permeado normalizada, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado se calculan y controlan para cada elemento de membrana 410. En algunas realizaciones, además de monitorizar y calcular el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado para cada elemento de membrana 410 en un recipiente de membranas 435, el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado también se calculan y monitorizan para cada recipiente de membranas 435 en su conjunto. Las ecuaciones y los datos subyacentes utilizados para calcular el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado para cada elemento de membrana 410 y recipiente de membranas 435 se explican a continuación.

Para el caudal de permeado normalizado, se utiliza un Factor de Corrección de Temperatura (TCF) para predecir el caudal de permeado que producirá un elemento de membrana 410 a una temperatura diferente de la especificada por el fabricante para el caudal de permeado. La presión neta de conducción (NDP) y la temperatura influyen en la permeabilidad de la membrana al agua. La NDP es una función de la presión aplicada, la caída de presión, la presión osmótica y la presión de permeado del sistema. A medida que aumenta la NDP, la membrana producirá más agua y el caudal de permeado aumentará. Asimismo, a medida que aumenta la temperatura, el elemento de membrana 410 se vuelve más permeable y el caudal de permeado aumenta. Un factor de corrección de la temperatura (TCF) correlaciona el cambio en el caudal de permeado con el cambio en la temperatura. Multiplicando el caudal dado por los cocientes de los valores iniciales y especificados tanto de la NDP como del Factor de Corrección de la Temperatura (TCF), se encuentra el caudal de permeado normalizado.

La ecuación 1 es la fórmula del caudal de permeado normalizado de un elemento de membrana 410

Qⁿ= Qt x (NDPr/NDPt) x (TCFr/TCFt)

en la que:

Qⁿ= Caudal de perneado normalizado en el momento "t" del elemento de membranaQt = Caudal real de permeado en el momento "t" del elemento de membrana (obtenido del sensor de flujo 150 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de permeado del elemento de membrana 410, cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana principal 420 o un elemento de membrana interior 430; obtenido del sensor de flujo del conjunto de sensores de la corriente de permeado del recipiente de membranas 450 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana terminal 425)

NDPr = Presión neta de impulsión en condiciones de referencia (obtenida mediante la ecuación 2) NDPt = Presión neta de impulsión en el momento "t" (obtenida mediante la ecuación 2)

TCFr = TCF para la temperatura en condiciones de referencia (el TCF lo proporciona el fabricante del elemento de membrana en forma de tabla o de ecuación y depende de la temperatura de alimentación del recipiente de membranas)

TCFt = TCF para la temperatura en el momento "t" (el TCF lo proporciona el fabricante del elemento de membrana en forma de tabla o de ecuación y depende de la temperatura de alimentación del recipiente de membranas)

La forma estándar o alternativa de la ecuación 2 da la fórmula de la presión motriz neta (NDP) de un elemento de membrana 410:

NDP = Pf - 1^*APfb - Posm - Pp (forma estándar)

o

NDP = (P^f- P^p- (P^f- P^b)/2 - P^osm(forma estandar)

en la que:

P^f= Presión de alimentación en el momento "t" (medición del sensor de presión 105 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de alimentación del elemento de membrana 410 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana de terminación 425 o un elemento de membrana interior 430; medición del sensor de presión del conjunto de sensores de la corriente de agua de alimentación del recipiente de membranas 440 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana principal 420) AP^fb= Diferencia de presión entre las corrientes de alimentación y de concentrado del elemento de membrana 410 (diferencia entre la medición del sensor de presión 105 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de alimentación del elemento de membrana 410 y la medición del sensor de presión 105 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de concentrado del elemento de membrana 410 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana interior 430; diferencia entre la medición del sensor de presión 105 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de alimentación del elemento de membrana 410 y la medición del sensor de presión del conjunto de sensores de la corriente de concentrado del recipiente de membranas 445 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana terminal 425; diferencia entre la medición del sensor de presión del conjunto de sensores de agua de alimentación del recipiente de membranas 440 y la medición del sensor de presión 105 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de concentrado del elemento de membrana 410 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana principal 420)

P^osm= Presión osmótica en el tiempo "t" (disponible en función del TDS y de la temperatura mediante la ecuación 3)

P^p= Presión del permeado en el tiempo "t" (medición del sensor de presión 105 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de permeado del elemento de membrana 410 cuando éste es un elemento de membrana principal 420 o un elemento de membrana interior 430; medición del sensor de presión del conjunto de sensores de la corriente de permeado del recipiente de membranas 450 situado en la corriente de permeado del elemento de membrana 410 cuando éste es un elemento de membrana terminal 425)

P^b= Presión de la salmuera (concentrado) en el momento "t" (medición del sensor de presión 105 del sensor MEMS 10 situado en el flujo de concentrado del elemento de membrana 410 cuando éste es un elemento de membrana principal 420 o un elemento de membrana interior 430; medición del sensor de presión del conjunto de sensores del flujo de concentrado del recipiente de membranas 445 situado en el flujo de permeado del elemento de membrana 410 cuando éste es un elemento de membrana terminal 425)

La presión osmótica de un elemento de membrana 410 está disponible en función del valor de la conductividad total de la corriente de alimentación del elemento de membrana y de la temperatura de la corriente de alimentación del recipiente de membranas utilizando la ecuación 3

Pos,ri = cRT

en la que:

c = 0,5*Conductividad de la corriente de alimentación (para la corriente de alimentación de agua de mar); c = 0,65*Conductividad de la corriente de alimentación (para la corriente de alimentación de agua salobre)

El valor de la conductividad de la corriente de alimentación es el valor total de la conductividad de la corriente de alimentación del elemento de membrana 410 (medido utilizando el sensor de conductividad 110 del sensor MEMS 10 colocado en la corriente de alimentación del elemento de membrana 410 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana interior 430 o un elemento de membrana de terminación 425; medido utilizando el sensor de conductividad del sensor de agua de alimentación del recipiente de membranas 440 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana principal 420)

R=0,0821 L atm K-1 mol-1 es la constante de los gases

T es la temperatura termodinámica (absoluta) (K) de la corriente de alimentación del recipiente de membranas (medida mediante el sensor de temperatura del conjunto de sensores del agua de alimentación del recipiente de membranas 440)

El paso de sal normalizado de un elemento de membrana 410 está disponible como una función de la presión de conducción neta y el paso de sal real utilizando la ecuación 4 a continuación:

Paso de sal normalizado,

SPN = %SPa*(NDPt/NDPr)

en la que,

NDPr = Presión neta de impulsión en condiciones de referencia (obtenida mediante la ecuación 2 anterior) NDPt = Presión neta de impulsión en el momento t (obtenida mediante la ecuación 2 anterior)

%SPa=(Kp/Kb)*100

Kp = valor de conductividad total de la corriente de permeado del elemento de membrana 410 (medición del sensor de conductividad 110 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de permeado del elemento de membrana 410 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana principal 420 o un elemento de membrana interior 430; medición del sensor de conductividad del conjunto de sensores de la corriente de permeado del recipiente de membranas 450 situado en la corriente de permeado del elemento de membrana 410 cuando la membrana 410 es un elemento de membrana terminal 425)

Kf = valor de conductividad total de la corriente de alimentación del elemento de membrana 410 (medido mediante el sensor de conductividad 110 del sensor MEMS 10 colocado en la corriente de alimentación del elemento de membrana 410 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana interior 430 o un elemento de membrana terminal 425; medido mediante el sensor de conductividad del sensor de agua de alimentación del recipiente de membranas 440 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana principal 420)

La presión diferencial normalizada (DPN) de un elemento de membrana 410 está disponible en función de la presión diferencial real, del caudal de permeado y del factor de corrección de la temperatura real, utilizando la ecuación 5 siguiente:

DPN = DPA*(Qr)/(Qt)*T C F t

en la que:

Qr = Caudal de permeado del elemento de membrana en condiciones de referencia (obtenido del sensor de caudal 150 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de permeado del elemento de membrana 410 cuando éste es un elemento de membrana principal 420 o un elemento de membrana interior 430; obtenido del sensor de caudal del conjunto de sensores de la corriente de permeado del recipiente de membranas 450 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana terminal 425)

Qt = Caudal de permeado real del elemento de membrana en el tiempo "t" (obtenido del sensor de flujo 150 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de permeado del elemento de membrana 410 cuando éste es un elemento de membrana principal 420 o un elemento de membrana interior 430; obtenido del sensor de flujo del conjunto de sensores de la corriente de permeado del recipiente de membranas 450 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana terminal 425)

DPa = Pf - Pp

Pf = Presión de alimentación en el momento "t" (medición del sensor de presión 105 del sensor MEMS 10 situado en la corriente de alimentación del elemento de membrana 410 cuando el elemento de membrana 410 es un elemento de membrana de terminación 425 o un interior

La ecuación 6 es la fórmula para el caudal de permeado normalizado de un recipiente de membranas 435

Qn = Qt x (NDPr/NDPt) x (TCFr/TCFt)

en la que:

Qⁿ= Caudal de permeado normalizado en el tiempo "t" del recipiente de membranas

Q^t= Caudal real de permeado en el momento "t" del recipiente de membranas (obtenido del sensor de caudal del conjunto de sensores del flujo de permeado del recipiente de membranas 450)

NDP^r= Presión neta de impulsión en condiciones de referencia (obtenida mediante la ecuación 7) NDP^t= Presión neta de impulsión en el momento "t" (obtenida mediante la ecuación 7)

TCF^r= TCF para la temperatura en condiciones de referencia (el TCF lo proporciona el fabricante del elemento de membrana en forma de tabla o de ecuación y depende de la temperatura de alimentación del recipiente de membranas)

TCF^t= TCF para la temperatura en el momento "t" (el TCF lo proporciona el fabricante del elemento de membrana en forma de tabla o de ecuación y depende de la temperatura de alimentación del recipiente de membranas)

La forma estándar o alternativa de la ecuación 7 da la fórmula de la presión motriz neta (NDP) del recipiente de membranas 435:

NDP = Pf - %*APfb - Posm - Pp (forma estándar)

o

NDP = (P^f- P^p- (P^f- P^b)/2 - P^osm(forma estándar)

en la que:

P^f= Presión de alimentación en el momento “t” (medición del sensor de presión del conjunto de sensores de la corriente de agua de alimentación del recipiente de membranas 440)

AP^fb= Diferencia de presión entre las corrientes de alimentación y de concentrado del recipiente de membranas 435 (diferencia entre la medición del sensor de presión del conjunto de sensores de agua de alimentación del recipiente de membranas 440 y la medición del sensor de presión del conjunto de sensores de corriente de concentrado del recipiente de membranas 445)

P^osm= Presión osmótica en el momento "t" (disponible en función del TDS y de la temperatura mediante la ecuación 8)

P^p= Presión del permeado en el momento "t" (medición del sensor de presión del conjunto de sensores del flujo de permeado del recipiente de membranas 450)

P^b= Presión de la salmuera (concentrado) en el momento "t" (medición del sensor de presión del conjunto de sensores del flujo de concentrado del recipiente de membranas 445)

La presión osmótica del recipiente de membranas 435 está disponible en función del valor de conductividad total de la corriente de alimentación del recipiente de membranas y de la temperatura de la corriente de alimentación del recipiente de membranas utilizando la ecuación 8

en la que

c = 0,5* Conductividad de corriente de alimentación (para corriente de aliementación de agua del mar)

c = 0,65* Conductividad de corriente de alimentación (para corriente de aliementación de agua salobre)

El valor de la conductividad de la corriente de alimentación es el valor total de la conductividad de la corriente de alimentación del recipiente de membranas 435 (medido utilizando el sensor de conductividad del conjunto de sensores de agua de alimentación del recipiente de membranas 440)

R=0,0821 L atm K-1 mol-1 es la constante de los gases

El paso de sal normalizado del recipiente de membranas 435 está disponible como una función de la presión de conducción neta y el paso de sal real utilizando la ecuación 9 a continuación: Paso de sal normalizado,

SPN = %SPa*(NDPt/NDPr)

en la que,

NDPr = Presión neta de impulsión en condiciones de referencia (obtenida mediante la ecuación 7 anterior) NDPt = Presión neta de impulsión en el momento t (obtenida mediante la ecuación 7 anterior) %SPa=(Kp/Kb)*100

Kp = Valor de conductividad total de la corriente de permeado del recipiente de membranas 435 (medición del sensor de conductividad del conjunto de sensores de la corriente de permeado del recipiente de membranas 450)

Kf= Valor de conductividad total de la corriente de alimentación del recipiente de membranas 435 (medido mediante el sensor de conductividad del sensor de agua de alimentación del recipiente de membranas 440)

La presión diferencial normalizada (DPⁿ) del recipiente de membranas 435 está disponible como una función de la presión diferencial real, la caudal del permeado y el factor de corrección de la temperatura real utilizando la ecuación 10, dada a continuación:

DPN = DPA*(Qr)/(Qt)*T C Ft

en la que:

TCF^t= TCF para la temperatura en el momento "t" (el TCF lo proporciona el fabricante del elemento de membrana en forma de tabla o de ecuación y depende de la temperatura de alimentación del recipiente de membranas )

Q ^r= Caudal de permeado del recipiente de membranas en condiciones de referencia (obtenido del sensor de flujo del recipiente de membranas del conjunto de sensores del flujo de permeado 450)

Q^t= Caudal real de permeado del recipiente de membranas en el momento "t" (obtenido del sensor de flujo del recipiente de membranas , conjunto de sensores de flujo de permeado 450)

Pf = Presión de alimentación en el momento "t" (medición del sensor de presión del conjunto de sensores de la corriente de agua de alimentación del recipiente de membranas 440)

Pp = Presión del permeado en el momento "t" (medición del sensor de presión del conjunto de sensores del flujo de permeado del recipiente de membranas 450)

Un procedimiento para monitorear el desempeño de los elementos de membrana 410 se muestra en las FIGS. 12a-c. Se contempla que en algunas realizaciones, el procedimiento de las FIGS. 12a-c también puede utilizarse para supervisar el rendimiento de los elementos de la membrana 410 de los recipientes de membranas 435 en busca de obstrucciones o fallos mecánicos. Además, en otra realización, se contempla que el procedimiento mostrado en las FIGS. 12a-c puede utilizarse para supervisar el rendimiento de los elementos de la membrana 410 de los recipientes de membranas 435 y el rendimiento de los recipientes de membranas 435 para el bloqueo o el fallo mecánico. En el paso 701, se proporciona un sistema de sensores MEMS 400 y un tren de membranas 401. El tren de membranas 401 está comprendido por uno o más recipientes de membranas 435, conteniendo cada recipiente de membranas 435 una pluralidad de elementos de membrana 410 dispuestos en serie creando interfaces de membrana 415 entre cada elemento de membrana 410. Cada elemento de membrana 410 recibe una corriente de alimentación y produce una corriente de concentrado y una corriente de permeado.

El recipiente de membranas 435 recibe una corriente de alimentación en la entrada del recipiente de membranas 436 y produce una corriente de concentrado y un vapor de permeado en la salida del recipiente de membranas 437. El recipiente de membranas 435 tiene un sensor de presión convencional, un sensor de flujo convencional y un sensor de conductividad convencional en cada uno de los flujos de alimentación, concentrado y permeado en forma de un conjunto de sensores de flujo de alimentación del recipiente de membranas 440, un conjunto de sensores de flujo de concentrado del recipiente de membranas 445 y un conjunto de sensores de flujo de permeado del recipiente de membranas 450. El conjunto de sensores de la corriente de alimentación del recipiente de membranas 440 también tiene un sensor de temperatura para medir la temperatura del fluido en la corriente de alimentación. El sistema de sensores MEMS 400 está comprendido por una pluralidad de sensores MEMS 10, RTU 402 y SCADA 460. Los sensores MEMS 10 están situados en las interfaces de membrana 415 y monitorizan la presión, el caudal y la conductividad de las corrientes de alimentación, permeado y concentrado en cada interfaz de membrana 415.

En el paso705, se obtienen los valores de caudal de perneado normalizado, presión diferencial normalizada y paso de sal normalizado para cada elemento de membrana 410 y recipiente de membranas 435 en condiciones de referencia. Las condiciones de referencia se definen como un momento anterior al tiempo "t" en el que los recipientes de membranas 435 y los elementos de membrana 410 están sin suciedad y mecánicamente sanos (por ejemplo, las juntas tóricas y las membranas están intactas), como por ejemplo justo después de que los recipientes de membranas 435 y los elementos de membrana 410 se hayan limpiado o se hayan puesto en servicio inicialmente. Los detalles subyacentes del paso 705 se discuten a continuación y se muestran en los pasos 705a-d de la FIG. 12c.

En el paso 710, los sensores MEMS 10 y el conjunto de sensores de la corriente de alimentación del recipiente de membranas 440, el conjunto de sensores de la corriente de concentrado del recipiente de membranas 445 y el conjunto de sensores de la corriente de permeado del recipiente de membranas 450 son impulsados a adquirir valores de medición de la presión, el caudal y la conductividad de las corrientes de alimentación, permeado y concentrado en las interfaces de membrana 415 y en la entrada 436 y la salida 437 del recipiente de membranas . Además, el conjunto de sensores de la corriente de alimentación del recipiente de membranas 440 es impulsado a adquirir también un valor de temperatura para el fluido de la corriente de alimentación en la entrada del recipiente de membranas 436. Los valores de medición de la conductividad incluyen mediciones de concentraciones individuales de analitos y una medición de la concentración total de analitos (es decir, la conductividad total). Los sensores MEMS 10 son solicitados por la RTU 402. El momento en que se toman las mediciones del paso 710 se considera tiempo "t".

En el paso 715, se obtienen los valores de medición de la presión, el caudal y la conductividad de las corrientes de alimentación, permeado y concentrado en las interfaces de membrana 415 desde los sensores MEMS 10 y se proporcionan a la SCADA 460. También se obtiene información sobre el mantenimiento de los sensores MEMS 10. Los valores de medición de la presión, el caudal y la conductividad de las corrientes de alimentación, permeado y concentrado en la entrada 436 y la salida 437 del recipiente de membranas también se obtienen y se proporcionan a la SCADA 460 mediante sensores convencionales de caudal, presión y conductividad en el conjunto de sensores de la corriente de alimentación del recipiente de membranas 440, el conjunto de sensores de la corriente de concentrado del recipiente de membranas 445 y el conjunto de sensores de la corriente de permeado del recipiente de membranas 450. Además, los valores de medición de la temperatura del fluido en la corriente de alimentación en la entrada del recipiente de membranas 436 también se obtienen y se proporcionan a la SCADA 460 mediante un sensor de temperatura en el conjunto de sensores de la corriente de alimentación del recipiente de membranas s 440.

En el paso 720, la SCADA 460 utiliza los valores de medición de presión, caudal, temperatura y conductividad tomados en el tiempo "t" para calcular el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y los valores de paso de sal normalizados para cada elemento de membrana 410. Además, la caudal de permeado normalizada, la presión diferencial normalizada y los valores de paso de sal normalizados también se calculan para cada recipiente de membranas 435 en algunas realizaciones.

En el paso 725, se actualiza la información de mantenimiento de los sensores MEMS 10. En el paso 730, se comparan los valores de caudal de permeado normalizado, presión diferencial normalizada y paso de sal normalizado de cada elemento de membrana 410 en las condiciones de referencia y en el tiempo "t" para identificar los elementos de membrana 410 comprometidos. La comparación se realiza en un elemento de membrana 410 en base a un elemento de membrana 410 y también en un recipiente de membranas 435 en base a un recipiente de membranas 435. En consecuencia, se obtiene un caudal de permeado individual normalizado, una presión diferencial normalizada y un valor de paso de sal normalizado para cada elemento de membrana 410 en las condiciones de referencia y se calcula un caudal de permeado individual normalizado, una presión diferencial normalizada y un valor de paso de sal normalizado para cada elemento de membrana 410 en el momento "t". Los valores individuales del caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado en condiciones de referencia y en el tiempo "t" se comparan elemento de membrana 410 por elemento de membrana 410.

En algunas realizaciones, el caudal de permeado normalizada, la presión diferencial normalizada y los valores de paso de sal normalizados de cada recipiente de membranas 435 en las condiciones de referencia y en el tiempo "t" también se comparan para identificar los recipientes de membranas 435 comprometidos. La comparación se hace den un recipiente de membranas 435 en base a un recipiente de membranas 435. En consecuencia, se obtiene un caudal de permeado normalizado individual, una presión diferencial normalizada y un valor de paso de sal normalizado para cada recipiente de membranas 435 en las condiciones de referencia, y se calcula un caudal de permeado normalizado individual, una presión diferencial normalizada y un valor de paso de sal normalizado para cada recipiente de membranas 435 en el momento "t". Los valores individuales para la caudal de permeado normalizada, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado en condiciones de referencia y en el tiempo "t" se comparan en una base de recipiente de membranas 435 por recipiente de membranas 435.

En una realización, un elemento de membrana 410 se identifica como comprometido si el valor de flujo de perneado normalizado calculado del elemento de membrana 410 en el tiempo "t" es al menos aproximadamente un 5% menor que el valor de flujo de permeado normalizado del elemento de membrana 410 en condiciones de referencia. Además, un elemento de membrana 410 se identifica como comprometido si el valor de presión diferencial normalizado calculado del elemento de membrana 410 es al menos aproximadamente un 5% mayor que el valor de presión diferencial normalizado del elemento de membrana 410 en condiciones de referencia. Además, el elemento de membrana 410 se identifica como comprometido cuando el valor de paso de sal normalizado calculado del elemento de membrana 410 es al menos aproximadamente un 5% mayor que el valor de paso de sal normalizado del elemento de membrana 410 en condiciones de referencia. Además, el recipiente de membranas 435 se identifica como comprometido si el valor calculado del flujo de permeado normalizado del recipiente de membranas 435 es al menos aproximadamente un 5% menor que el valor del flujo de permeado normalizado del recipiente de membranas 435 en condiciones de referencia. Además, el recipiente de membranas 435 se identifica como comprometido cuando el valor de presión diferencial normalizado calculado del recipiente de membranas 435 es al menos aproximadamente un 5% mayor que el valor de presión diferencial normalizado del recipiente de membranas 435 en condiciones de referencia. Además, el recipiente de membranas 435 se identifica como comprometido cuando el valor de paso de sal normalizado calculado del recipiente de membranas 435 es al menos aproximadamente un 5% mayor que el valor de paso de sal normalizado del recipiente de membranas 435 en condiciones de referencia.

En otra realización, un elemento de membrana 410 se identifica como comprometido si el valor de flujo de permeado normalizado calculado del elemento de membrana 410 en el tiempo "t" es al menos aproximadamente un 10% menor que el valor de flujo de permeado normalizado del elemento de membrana 410 en condiciones de referencia. Además, un elemento de membrana 410 se identifica como comprometido si el valor de presión diferencial normalizado calculado del elemento de membrana 410 es al menos aproximadamente un 10% mayor que el valor de presión diferencial normalizado del elemento de membrana 410 en condiciones de referencia. Además, el elemento de membrana 410 se identifica como comprometido cuando el valor de paso de sal normalizado calculado del elemento de membrana 410 es al menos aproximadamente un 10% mayor que el valor de paso de sal normalizado del elemento de membrana 410 en condiciones de referencia. Además, el recipiente de membranas 435 se identifica como comprometido si el valor calculado del flujo de permeado normalizado del recipiente de membranas 435 es al menos aproximadamente un 10% menor que el valor del flujo de permeado normalizado del recipiente de membranas 435 en condiciones de referencia. Además, el recipiente de membranas 435 se identifica como comprometido cuando el valor de presión diferencial normalizado calculado del recipiente de membranas 435 es al menos aproximadamente un 10% mayor que el valor de presión diferencial normalizado del recipiente de membranas 435 en condiciones de referencia. Además, el recipiente de membranas 435 se identifica como comprometido cuando el valor de paso de sal normalizado calculado del recipiente de membranas 435 es al menos aproximadamente un 10% mayor que el valor de paso de sal normalizado del recipiente de membranas 435 en condiciones de referencia.

En otra realización, un elemento de membrana 410 se identifica como comprometido si el valor de flujo de permeado normalizado calculado del elemento de membrana 410 en el tiempo "t" es al menos aproximadamente un 15% menor que el valor de flujo de permeado normalizado del elemento de membrana 410 en condiciones de referencia. Además, un elemento de membrana 410 se identifica como comprometido si el valor de presión diferencial normalizado calculado del elemento de membrana 410 es al menos aproximadamente un 15% mayor que el valor de presión diferencial normalizado del elemento de membrana 410 en condiciones de referencia. Además, el elemento de membrana 410 se identifica como comprometido cuando el valor de paso de sal normalizado calculado del elemento de membrana 410 es al menos aproximadamente un 15% mayor que el valor de paso de sal normalizado del elemento de membrana 410 en condiciones de referencia. Además, el recipiente de membranas 435 se identifica como comprometido si el valor calculado del flujo de permeado normalizado del recipiente de membranas 435 es al menos aproximadamente un 10% menor que el valor del flujo de permeado normalizado del recipiente de membranas 435 en condiciones de referencia. Además, el recipiente de membranas 435 se identifica como comprometido cuando el valor de presión diferencial normalizado calculado del recipiente de membranas 435 es al menos aproximadamente un 15% mayor que el valor de presión diferencial normalizado del recipiente de membranas 435 en condiciones de referencia. Además, el recipiente de membranas 435 se identifica como comprometido cuando el valor de paso de sal normalizado calculado del recipiente de membranas 435 es al menos aproximadamente un 15% mayor que el valor de paso de sal normalizado del recipiente de membranas 435 en condiciones de referencia.

En el paso 735, las ubicaciones de los elementos de membrana 410 comprometidos se informan a un operador. Además, las mediciones de caudal, presión, temperatura y conductividad de las membranas 410 en el momento "t" y en las condiciones de referencia se ponen a disposición del operador mediante la SCADA 460. Además, el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y los valores de paso de sal normalizados de cada elemento de membrana 410 en el tiempo "t" y en las condiciones de referencia se ponen a disposición del operador mediante la SCADA 460.

Además, en las realizaciones en las que se monitoriza el rendimiento de los recipientes de membranas 435, las ubicaciones de los recipientes de membranas 435 comprometidos se informan a un operador. Además, los valores de medición de caudal, presión, temperatura y conductividad de los recipientes de membranas 435 en el momento "t" y en las condiciones de referencia se ponen a disposición del operador mediante la SCADA 460. Además, el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y los valores de paso de sal normalizados de cada recipiente de membranas 435 en el momento "t" y en las condiciones de referencia se ponen a disposición del operador mediante la SCADA 460. Un elemento de membrana 410 o un recipiente de membranas 435 se ve comprometido cuando está bloqueado o parcialmente bloqueado por la suciedad, o sufre un fallo mecánico.

En el paso 740, el procedimiento hace una pausa durante un intervalo de tiempo predeterminado antes de volver al paso 710 y obtener un nuevo conjunto de mediciones en un nuevo tiempo "t". Esto se debe al hecho de que mientras la planta de purificación de agua basada en membranas está operando, los elementos de la membrana 410 y los recipientes de membranas 435 generalmente se ensucian y las fallas mecánicas generalmente se desarrollan a un ritmo lento. En una realización, el intervalo de tiempo predeterminado está entre unos 15 minutos y 1 mes. En otra realización, el intervalo de tiempo predeterminado está entre aproximadamente 1 hora y 1 semana. En otra realización, el intervalo de tiempo predeterminado es de 1 día.

Volviendo a los pasos 705a-d de la FIG. 12c, en el paso 705a, los sensores MEMS 10 y el conjunto de sensores de la corriente de alimentación del recipiente de membrana 440, el conjunto de sensores de la corriente de concentrado del recipiente de membranas 445 y el conjunto de sensores de la corriente de permeado del recipiente de membranas 450 son impulsados para adquirir los valores de medición de la presión, el caudal y la conductividad de las corrientes de alimentación, permeado y concentrado en las interfaces de membrana 415 y en la entrada 436 y la salida 437 del recipiente de membranas. Además, el conjunto de sensores de la corriente de alimentación del recipiente de membranas 440 está indicado para adquirir también un valor de medición de la temperatura del fluido de la corriente de alimentación en la entrada del recipiente de membranas 436. Los valores de medición de la conductividad incluyen los valores de medición de las concentraciones individuales de analitos y la concentración total de analitos (es decir, la conductividad total). Los sensores MEMS 10 son solicitados por la RTU 402. Las mediciones se realizan en condiciones de referencia.

En el paso 705b, se obtienen los valores de medición de la presión, el caudal y la conductividad de las corrientes de alimentación, permeado y concentrado en las interfaces de membrana 415 desde los sensores MEMS 10 y se proporcionan a la SCADA 460. También se obtiene información sobre el mantenimiento de los sensores MEMS 10. Los valores de medición de la presión, el caudal y la conductividad de las corrientes de alimentación, permeado y concentrado en la entrada 436 y la salida 437 del recipiente de membranas también se obtienen y se proporcionan a la SCADA 460 mediante sensores convencionales de caudal, presión y conductividad en el conjunto de sensores de la corriente de alimentación del recipiente de membranas 440, el conjunto de sensores de la corriente de concentrado del recipiente de membranas 445 y el conjunto de sensores de la corriente de permeado del recipiente de membranas 450. Además, el valor de la medición de la temperatura del fluido en la corriente de alimentación en la entrada del recipiente de membranas 436 también se obtiene y se proporciona a la SCADA 460 mediante un sensor de temperatura en el conjunto de sensores de la corriente de alimentación del recipiente de membranas 440.

En el paso 705c, la SCADA 460 utiliza los valores de medición de presión, caudal, temperatura y conductividad tomados en el tiempo "t" para calcular el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y los valores de paso de sal normalizados para cada elemento de membrana 410. Además, el caudal de permeado normalizada, la presión diferencial normalizada y los valores de paso de sal normalizados también se calculan para cada recipiente de membranas 435 en algunas realizaciones. En el paso 705d, se actualiza la información de mantenimiento de los sensores MEMS 10.

En una realización, los sensores MEMS 10 se comunican con la SCADA 460 a través de la RTU 402. La RTU 402 se comunica con dichos sensores MEMS 10 de forma inalámbrica. La RTU 402 se comunica con la SCADA 460 a través de Ethernet. El conjunto de sensores de alimentación del recipiente de membranas 440, el conjunto de sensores del flujo de concentrado del recipiente de membranas 445 y el conjunto de sensores del flujo de permeado del recipiente de membranas 450, denominados colectivamente conjuntos de sensores convencionales, se comunican con la SCADA 460 de forma inalámbrica o a través de Ethernet.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Una planta de filtración de agua basada en membranas (5) que comprende un sistema de sensores de sistemas microelectromecánicos (MEMS) (400) que comprende:

una unidad de telemetría remota (RTU) (402), una unidad de control supervisión y adquisición de datos (SCADA) (460), y una pluralidad de sensores MEMS para medir la presión, el caudal y la conductividad de una corriente; dicha planta de filtración de agua está comprendida por un tren (401) comprendido por un recipiente de membranas que contiene una pluralidad de elementos de membrana (420, 425, 430); dichos elementos de membrana reciben una corriente de alimentación y producen una corriente de concentrado y una corriente de permeado;

dichos elementos de membrana están dispuestos en serie creando interfaces (415) entre cada elemento de membrana;

dichos sensores MEMS miden el caudal, la presión y la conductividad de dicha corriente de alimentación, corriente de concentrado y corriente de permeado en dichas interfaces de membrana;

dicho recipiente de membranas (435) recibe una corriente de alimentación y produce una corriente de permeado y una corriente de concentrado; los sensores de presión convencionales miden la presión de dichas corrientes de permeado, concentrado y alimentación del recipiente de membranas; los sensores de conductividad convencionales miden la conductividad de dichas corrientes de permeado, concentrado y alimentación del recipiente de membranas; los sensores de flujo convencionales miden el caudal de dichas corrientes de permeado, concentrado y alimentación del recipiente de membranas; el sensor de temperatura convencional mide la temperatura de dicha corriente de alimentación del recipiente de membranas; dicha RTU (402) se comunica con dichos sensores MEMS y dicha SCADA para proporcionar dichas mediciones de caudal, presión y conductividad de los sensores MEMS a dicha SCAdA, dicha RTU se comunica de forma inalámbrica con dichos sensores MEMS;

dichos sensores convencionales proporcionan mediciones directamente a dicha SCADA;

en la que dicha SCADA utiliza dicho sensor MEMS y dichas mediciones del sensor convencional para identificar los elementos de la membrana comprometidos;

en la que cada uno de dichos sensores MEMS (10) está comprendido por una estructura de sensor inteligente extraíble (RSSS)(100) y un chip transceptor de control/datos (CDTC)(200); dicho RSSS está comprendida por una pieza inteligente (115) y al menos uno de los sensores de flujo (150) o de presión (105) o de conductividad (110) en la que dicha pieza inteligente está comprendida por una bobina (140), un regulador de tensión (145), un transceptor inductivo (135), una memoria no volátil (130), un microprocesador (125) y un circuito de conversión (120); en la que dicho CDTC está comprendido por una bobina (240), un transceptor inductivo (230) y un transceptor de Rf (235).

2. La planta de filtración de agua basada en membranas de la reivindicación 1, en la que dicho sistema de sensores MEMS (400) identifica los elementos de membrana comprometidos calculando un caudal de permeado normalizado, una presión diferencial normalizada y un paso de sal normalizado para cada elemento de membrana utilizando dicho sensor MEMS y dichas mediciones del sensor convencional, y comparando dicho caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado calculados para cada elemento de membrana con el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado para cada elemento de membrana en condiciones de referencia.

3. La planta de filtración de agua basada en membranas de la reivindicación 1, en la que dicho sistema de sensores MEMS (400) identifica los recipientes de membranas comprometidos calculando un caudal de permeado normalizado, una presión diferencial normalizada y un paso de sal normalizado para dicho recipiente de membranas utilizando dichas mediciones de sensores convencionales, y comparando dicho caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado calculados para dicho recipiente de membranas con el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado para dicho recipiente de membranas en condiciones de referencia.

4. La planta de filtración de agua basada en membranas de la reivindicación 3, en la que dicho elemento de membrana se identifica como comprometido cuando dicho flujo de permeado normalizado calculado de dicho elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% menor que dicho flujo de permeado normalizado de dicho elemento de membrana en condiciones de referencia; en la que dicho elemento de membrana se identifica como comprometido cuando dicha presión diferencial normalizada calculada de dicho elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% mayor que dicha presión diferencial normalizada de dicho elemento de membrana en condiciones de referencia; en la que dicho elemento de membrana se identifica como comprometido cuando dicho paso de sal normalizado calculado de dicho elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% mayor que dicho paso de sal normalizado de dicho elemento de membrana en condiciones de referencia; en la que dicho recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando dicho flujo de permeado normalizado calculado de dicho recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% menor que dicho flujo de permeado normalizado de dicho recipiente de membranas en condiciones de referencia; en la que dicho recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando dicho diferencial de presión normalizado calculado de dicho recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% mayor que dicho diferencial de presión normalizado de dicho recipiente de membranas en condiciones de referencia; en la que dicho recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando dicho paso de sal normalizado calculado de dicho recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% mayor que dicho paso de sal normalizado de dicho recipiente de membranas en condiciones de referencia.

5. La planta de filtración de agua basada en membranas de la reivindicación 1, en la que cada uno de dichos sensores MEMS (10) del sistema de sensores MEMS (400) emplea uno o ambos de potencia inteligente o de supervisión inteligente.

6. Un procedimiento de operación de una planta de filtración de agua basada en membranas (5) que comprende un sistema de sensores MEMs (400), dicho procedimiento comprende:

proporcionar un sistema de sensores MEMS y un tren de membranas (401), dicho tren de membranas está comprendido por un recipiente de membranas que contiene una pluralidad de elementos de membrana (420, 425, 430), dichos elementos de membrana están dispuestos en serie para crear interfaces de membrana (415) entre cada elemento de membrana; dicho sistema de sensores MEMS está comprendido por una pluralidad de sensores MEMS y una SCADA;

proporcionar dicho recipiente de membranas (435) con una corriente de alimentación, en la que dicho recipiente de membranas produce una corriente de concentrado y una corriente de permeado; dicho recipiente de membranas comprende además un sensor de flujo convencional, un sensor de presión convencional y un sensor de conductividad convencional en cada una de dichas corrientes de alimentación que entran en dicho recipiente de membranas, y corriente de concentrado y corriente de permeado que salen de dicho recipiente de membranas; en el que dicho recipiente de membranas comprende además un sensor de temperatura convencional en dicha corriente de alimentación que entra en dicho recipiente de membranas; proporcionar a cada uno de dichos elementos de membrana una corriente de alimentación, en la que cada uno de dichos elementos de membrana produce una corriente de concentrado y una corriente de permeado; dichos sensores MEMS se colocan en dicha corriente de alimentación, corriente de concentrado y corriente de permeado en dichas interfaces de membrana;

obtener el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado para cada uno de los elementos de la membrana y el recipiente de membranas en condiciones de referencia; hacer que los sensores MEMS y los sensores convencionales adquieran mediciones de caudal, presión y conductividad; hacer que dicho sensor de temperatura convencional adquiera la temperatura de la corriente de alimentación en el momento "t";

proporcionar dichas mediciones de caudal, presión y conductividad de dichas corrientes de alimentación, permeado y concentrado en dichas interfaces de membrana y dicho recipiente de membranas en el momento "t" a dicha SCADA; proporcionar dicha temperatura de dicha corriente de alimentación de dicho recipiente de membranas en el momento "t" a dicha SCADA;

calcular dicho caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado para cada elemento de membrana y recipiente de membranas en el momento "t" utilizando dichas mediciones de temperatura, caudal, presión y conductividad obtenidas en el momento "t"; y comparar dicho caudal de permeado normalizado calculado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado de cada elemento de membrana y recipiente de membranas en el tiempo "t" y el caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado de cada elemento de membrana y recipiente de membranas en condiciones de referencia para identificar los elementos de membrana y los recipientes de membranas comprometidos;

en el que una unidad de telemetría remota (RTU)(402) se comunica con dichos sensores MEMS y dicha SCADA (460) para proporcionar las mediciones de caudal, presión y conductividad de dichos sensores MEMS a dicha SCADA, en el que dichos sensores MEMS son alimentados de forma inalámbrica por dicha RTU; en el que cada uno de dichos sensores MEMS (10) está comprendido por una estructura de sensor inteligente extraíble (RSSS)(100) y un chip transceptor de control/datos (CDTC)(200); dicha RSSS está comprendida por una pieza inteligente (115) y al menos uno de los sensores de flujo (150) o de presión (105) o de conductividad (110) en el que dicha pieza inteligente está comprendida por una bobina (140), un regulador de tensión (145), un transceptor inductivo (135), una memoria no volátil (130), un microprocesador (125) y un circuito de conversión (120); en el que dicho CDTC está comprendido por una bobina (240), un transceptor inductivo (230) y un transceptor de Rf (235).

7. El procedimiento de la reivindicación 6 que comprende además la recuperación de la información de mantenimiento de los sensores MEMS y la actualización de dicha información de mantenimiento.

8. El procedimiento de la reivindicación 6 que comprende además informar a un usuario de dicho caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado de cada elemento de membrana y recipiente de membranas en el tiempo "t", dicho caudal de permeado normalizado, la presión diferencial normalizada y el paso de sal normalizado de cada elemento de membrana y recipiente de membranas en condiciones de referencia, y la ubicación de dichos elementos de membrana y recipientes de membranas comprometidos.

9. El procedimiento de la reivindicación 7, en el que dicho elemento de membrana se identifica como comprometido cuando dicho flujo de permeado normalizado calculado de dicho elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% menor que dicho flujo de permeado normalizado de dicho elemento de membrana en condiciones de referencia; en el que dicho elemento de membrana se identifica como comprometido cuando dicha presión diferencial normalizada calculada de dicho elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% mayor que dicha presión diferencial normalizada de dicho elemento de membrana en condiciones de referencia; en el que dicho elemento de membrana se identifica como comprometido cuando dicho paso de sal normalizado calculado de dicho elemento de membrana es al menos aproximadamente un 5% mayor que dicho paso de sal normalizado de dicho elemento de membrana en condiciones de referencia; en el que dicho recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando dicho flujo de permeado normalizado calculado de dicho recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% menor que dicho flujo de permeado normalizado de dicho recipiente de membranas en condiciones de referencia; en el que dicho recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando dicho diferencial de presión normalizado calculado de dicho recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% mayor que dicho diferencial de presión normalizado de dicho recipiente de membranas en condiciones de referencia; en el que dicho recipiente de membranas se identifica como comprometido cuando dicho paso de sal normalizado calculado de dicho recipiente de membranas es al menos aproximadamente un 5% mayor que dicho paso de sal normalizado de dicho recipiente de membranas en condiciones de referencia.

10. El procedimiento de la reivindicación 6, en el que dichas mediciones de conductividad comprenden mediciones de la concentración de analitos individuales de interés y la concentración total de todos los analitos de interés.