ES2957565T3 - Elemento, aparato y método para filtración mecánica - Google Patents

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Abstract

La presente divulgación es un elemento de filtro mecánico (2) para formar un paquete de filtro estático (11) para realizar la filtración mecánica de un líquido. El elemento filtrante mecánico (1) tiene una o más celdas filtrantes (19). La presente divulgación también se refiere a un aparato de filtrado mecánico (1) que tiene una cámara de filtrado (10) que contiene una pluralidad de elementos de filtrado mecánicos (2) para formar el paquete de filtrado estático (11) para realizar la filtración mecánica de un líquido. El aparato de filtro mecánico (1) está configurado para generar un flujo del líquido a través de los elementos de filtro mecánico (2) durante la filtración para formar el paquete de filtro estático (11). Además, la presente divulgación se refiere a un método para filtrar mecánicamente un líquido. En una cámara de filtrado (10) están dispuestos varios elementos filtrantes mecánicos (2), cada uno de los cuales comprende una o más celdas filtrantes (19). Durante la filtración, el líquido fluye a través de la cámara de filtro (10) para establecer un paquete de filtro estático (11) de dichos elementos de filtro mecánico (2) para filtrar mecánicamente el líquido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Elemento, aparato y método para filtración mecánica
CAMPO TECNICO
La presente divulgación se refiere a un elemento filtrante mecánico, a un aparato filtrante mecánico y a método(s) de filtración mecánica. Más particularmente, pero no exclusivamente, la presente divulgación se refiere a elementos filtrantes mecánicos, aparatos filtrantes mecánicos y métodos de filtración mecánica para filtrar agua en piscinas, baños de natación, piscinas de recreo, jacuzzis, spas y parques de recreo.
ANTECEDENTES
La filtración mecánica de un líquido se realiza para eliminar partículas del líquido, por ejemplo mantenidas en suspensión en el líquido. Se entenderá que la filtración mecánica es distinta de la filtración biológica (también conocida como "biofiltración").
En las figuras 1 y 2 se muestra un aparato filtrante mecánico conocido 101 para filtrar agua en una piscina. El agua de la piscina se trata para inhibir la actividad biológica, por ejemplo añadiendo cloro o sal. El aparato filtrante mecánico 101 está adaptado para realizar la filtración mecánica del agua atrapando físicamente las partículas. Se proporciona un medio filtrante 102 en una cámara de filtro 110 formada en una carcasa de filtro 106. El medio filtrante 102 típicamente consiste en arena, vidrio de sílice o perlas de vidrio que forman un lecho filtrante estático 111 en el fondo de la cámara de filtro 110. Se forman constricciones entre los medios filtrantes 102 que forman el lecho filtrante estático 111. Durante la filtración, se bombea líquido a través del lecho filtrante estático 111 y los contaminantes en el líquido, tales como partículas, quedan físicamente atrapados entre el medio filtrante 102. El tamaño de las partículas filtradas del líquido depende del tamaño del medio filtrante 102. El lecho filtrante estático 111 puede estar formado por capas de diferentes grados de medio filtrante 102 para filtrar progresivamente partículas más pequeñas a medida que el agua pasa a través del lecho filtrante estático 111.
Como se muestra en la figura 1, durante la filtración el agua se introduce en la cámara de filtro 110 a través de un primer conducto 107 y sale a través de un segundo conducto 108. El primer conducto 107 tiene una primera abertura 112; y uno o más segundos conductos 108 tienen una segunda abertura 113. Se proporciona una malla o rejilla sobre la segunda abertura 113 para evitar que el medio filtrante 102 entre en el segundo conducto 108. El agua fluye a través del lecho filtrante estático 111 y las partículas suspendidas quedan atrapadas en el lecho filtrante estático 111, filtrando así el agua. El lecho filtrante estático 111 se limpia periódicamente invirtiendo la dirección del flujo para desprender las partículas atrapadas. La inversión del flujo a través del lecho filtrante estático 111 se denomina retrolavado. Como se muestra en la figura 2, durante el retrolavado el agua se introduce en la cámara de filtro 110 a través del segundo conducto 108 y sale a través del primer conducto 107. El primer conducto 107 está conectado a un conducto de drenaje (no mostrado) durante el retrolavado para retirar el material filtrado de la cámara de filtro 110. Durante la operación de retrolavado, el lecho filtrante estático 111 permanece sustancialmente intacto. Si se aplica una presión de fluido excesiva durante el retrolavado, el lecho filtrante estático 111 puede romperse (lo que se conoce como girar el lecho filtrante) haciendo que el medio filtrante 102 sea expulsado a través del primer conducto 107. A continuación se debe restablecer el lecho filtrante estático 111 para que funcione eficazmente.
Existen diversas limitaciones conocidas con el aparato filtrante mecánico 101 existente. En particular, la filtración se realiza a alta presión para forzar el agua a través del lecho filtrante estático 111. Se requiere una bomba de recirculación de alto flujo y alta presión para bombear agua a través del lecho filtrante estático 111. Además, la bomba debe tener capacidad suficiente para compensar la caída del rendimiento antes del retrolavado debido a la obstrucción del lecho filtrante estático 111. Puede ocurrir un trazado de pistas entre las áreas obstruidas dentro del lecho filtrante estático 111, lo que lleva a un aumento potencial asociado de problemas bacterianos debido a la falta de uniformidad en el proceso de filtración. En particular, pueden desarrollarse bacterias y microbios en aquellas regiones del lecho filtrante estático 111 donde no hay flujo pasante de agua. Además, el lecho filtrante estático 111 puede resultar difícil de limpiar, requiriendo altos caudales de retrolavado. Como resultado, los costes de mantenimiento son altos, con el requisito de una cantidad importante de agua de reemplazo y el requisito adicional de productos químicos de reemplazo, tales como cloro, calcio, etc. La necesidad de proporcionar una bomba de gran tamaño para compensar la reducción del flujo antes de la limpieza genera mayores costes energéticos. Además, la filtración que se puede lograr se limita a partículas que tienen un tamaño superior a 7-10 micrones. Existe la necesidad de un alto reemplazo de agua durante la limpieza, lo que típicamente requiere la adición de productos químicos para lograr los niveles químicos apropiados en la piscina. Además, la limpieza debe realizarse con frecuencia debido a una capacidad de partículas relativamente baja del lecho filtrante estático 111, lo que conduce a una rápida pérdida de flujo.
Si el aparato filtrante mecánico 101 usa arena como medio filtrante 102, la arena puede degradarse con el tiempo haciendo que sea cada vez más difícil de limpiar durante una operación de retrolavado. Esto puede reducir aún más la eficiencia del aparato filtrante mecánico 101. Para abordar este problema, la arena en el aparato filtrante mecánico 101 debería reemplazarse periódicamente, por ejemplo una vez cada dos años. Este puede ser un proceso difícil y sucio con un coste significativo.
El documento US 6.685.826 divulga un sistema de filtración para estanques de peces para filtrar y tratar los desechos generados o recogidos en el agua de un estanque de peces. El sistema de filtración para estanques de peces comprende medios filtrantes en forma de biotubos que pueden soportar una alta densidad volumétrica de bacterias heterótrofas de origen natural.
El documento GB 1498360 divulga un aparato filtrante percolador biológico que comprende medios para empaquetamiento en contacto con líquidos. En funcionamiento, el efluente o líquido ensuciado o contaminado a tratar se distribuye inicialmente sobre los elementos y, posteriormente, se percola o gotea hacia abajo, debido a la gravedad.
El documento GB 2093728 divulga un elemento de empaquetamiento para un filtro biológico. El elemento de empaquetamiento tiene un borde exterior y un borde interior inclinados de modo que el líquido a purificar pueda gotear a lo largo de las superficies superior e inferior. El líquido o gas a purificar está dispuesto para fluir a lo largo de las caras de goteo del elemento de empaquetamiento en contacto con otro medio, por ejemplo aire oxidante. El documento US 4.002.705 divulga un aparato de contacto gas-líquido que comprende tres capas de elementos de empaquetamiento separados entre sí por rejillas. El aparato de contacto gas-líquido pone en contacto un gas y un líquido entre sí. Se riega un efluente líquido sobre una superficie superior del lecho empaquetado y se suministra aire hacia arriba a través del lecho.
El documento GB 1275116 divulga un filtro biológico que comprende una torre o lecho filtrante a través del cual los contaminantes pueden percolar por gravedad a través de un empaquetamiento. Los elementos de empaquetamiento permiten que los desechos líquidos que se están tratando fluyan sobre el crecimiento biológico en una película delgada para permitir el intercambio más eficiente de oxígeno del aire al líquido.
El documento DE 19819676A1 divulga un elemento filtrante cerámico formado a partir de un material cerámico. El elemento filtrante cerámico comprende una pluralidad de canales pasantes formados durante un proceso de extrusión. El cuerpo del elemento filtrante cerámico tiene una estructura de poros abiertos que funciona como filtro. El fluido pasa a través de las paredes del elemento filtrante cerámico y la filtración se realiza atrapando materiales dentro de los poros del elemento filtrante cerámico. El filtrado se elimina a través de los canales pasantes. La limpieza del elemento filtrante cerámico se realiza bajo la acción de calor y/o productos químicos agresivos.
El documento US 6.423.537B1 divulga una fibra cerámica multicanal constituida por un único medio poroso que actúa como soporte y como medio filtrante. Los canales que cruzan la fibra salen a cada lado de la fibra. Los canales no se comunican con el lado del permeado, excepto a través de su porosidad.
El documento US 2004/0225085A1 divulga un método para eliminar contaminantes de una corriente de proceso que incluye el uso de materiales reticulados para filtrar la corriente de proceso.
Es en este contexto que se ha concebido la presente invención. Al menos en determinadas realizaciones, la presente invención busca superar o mejorar al menos algunas de las deficiencias asociadas con los aparatos filtrantes mecánicos conocidos.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
De acuerdo con un aspecto de la presente invención, se proporciona un elemento filtrante mecánico para formar un paquete filtrante estático para realizar la filtración mecánica de un líquido, comprendiendo el elemento filtrante mecánico una pluralidad de celdas filtrantes, teniendo cada una de las celdas filtrantes un área de sección transversal menor o igual a 3 mm2 y un volumen interno menor de 30 mm3; en donde el elemento filtrante mecánico comprende una pared cilíndrica y un marco interno, la pared cilíndrica define un área de filtro, estando formado el marco interno dentro de dicha pared cilíndrica para subdividir el área de filtro para formar dichas celdas filtrantes, estando formado el marco interno integralmente con la pared cilíndrica durante el moldeo del elemento filtrante mecánico y formando una pared de separación entre las celdas filtrantes; siendo la pared cilíndrica y el marco interno no porosos. Durante el uso, una pluralidad de elementos filtrantes mecánicos forman un paquete filtrante estático a través del cual pasa el líquido a filtrar. Las celdas filtrantes formadas dentro del paquete filtrante estático pueden crear regiones localizadas de flujo de líquido reducido. La energía disponible para suspender partículas dentro del líquido se reduce en estas regiones. Al menos algunas de las partículas del líquido pueden desprenderse de la suspensión dentro de las celdas filtrantes. Las partículas en el líquido pueden sedimentarse dentro de las celdas filtrantes de los elementos filtrantes mecánicos que forman el paquete filtrante estático y/o en un exterior de los elementos filtrantes mecánicos que forman el paquete filtrante estático. Cualquier partícula contaminante en el líquido queda atrapada por los elementos filtrantes mecánicos, filtrando así mecánicamente el líquido. A modo de ejemplo, la eliminación de partículas contaminantes se puede usar en el tratamiento del agua de piscinas de recreo comerciales y privadas, típicamente piscinas, piscinas de spa, piscinas de recreo y entretenimiento.
Los elementos filtrantes mecánicos pueden formar un paquete filtrante estático. Al menos en determinadas realizaciones, el paquete filtrante estático puede tener una mayor capacidad de retención (es decir, una mayor capacidad para retener material filtrado) que los filtros de la técnica anterior. Por ejemplo, un paquete filtrante estático de dichos elementos filtrantes mecánicos puede tener una mayor capacidad de retención que un lecho filtrante equivalente que comprende arena como medio filtrante. Se puede reducir la frecuencia con la que se realiza la limpieza del paquete filtrante estático. El consumo de líquido (y cualquier producto químico proporcionado en el mismo, por ejemplo para esterilizar el líquido) puede reducirse en comparación con los medios filtrantes de la técnica anterior.
Las celdas filtrantes formadas en cada elemento filtrante mecánico pueden ser más grandes que las partículas que se van a filtrar del líquido. El elemento filtrante mecánico descrito en el presente documento es operativo para promover la sedimentación de las partículas. Al menos en determinadas realizaciones esto puede reducir la obstrucción o el bloqueo de las celdas filtrantes. Al menos en determinadas realizaciones, el paquete filtrante estático puede filtrar partículas de hasta un tamaño de un micrón. Las celdas filtrantes en el elemento filtrante mecánico permiten una baja altura de presión en el aparato filtrante. Al menos en determinadas realizaciones, el elemento filtrante mecánico permite una presión de funcionamiento más baja que puede permitir el uso de una bomba más pequeña. La altura de presión reducida también puede permitir una carcasa de filtro que tenga una construcción más ligera. Una reducción de la pérdida de flujo a través del paquete filtrante estático también puede facilitar el funcionamiento de equipos relacionados, tales como calentadores, unidades de dosificación, etc.
Se apreciará que las partículas pueden quedar físicamente atrapadas en las constricciones formadas entre los elementos filtrantes mecánicos. Sin embargo, se cree que la sedimentación es el mecanismo principal por el cual los elementos filtrantes mecánicos filtran las partículas del líquido. El flujo de líquido a través del paquete filtrante estático puede verse menos afectado por la acumulación de partículas dentro de dichas celdas filtrantes que en los filtros de la técnica anterior en los que la filtración se realiza predominantemente atrapando partículas entre los medios filtrantes. En determinadas realizaciones, el flujo de líquido a través del paquete filtrante estático puede no verse sustancialmente afectado por la recogida de partículas dentro de dichas celdas filtrantes. El flujo de líquido a través del paquete filtrante estático puede ser sustancialmente constante (es decir, en estado estable) durante la filtración. La presión de funcionamiento del líquido requerida para mantener el caudal a través del paquete filtrante estático puede ser menor que la de los filtros de la técnica anterior. Al reducir la presión de funcionamiento, se puede reducir el consumo de energía del aparato filtrante.
El elemento filtrante mecánico puede formarse mediante un proceso de extrusión, por ejemplo, extruyendo un polímero a través de una boquilla de extrusión. En determinadas realizaciones, el elemento filtrante mecánico puede tener la forma de una extrusión de plástico circular. El elemento filtrante mecánico puede tener una pluralidad de nervaduras exteriores. Las celdas filtrantes pueden tener forma de huecos. Los elementos filtrantes mecánicos están configurados para atrapar partículas dentro de las celdas filtrantes. Los elementos filtrantes mecánicos proporcionan una superficie de filtración uniforme en todo el paquete filtrante estático. El proceso de filtración opera permitiendo que el líquido fluya alrededor del medio y dentro de las celdas filtrantes. El material particulado (que también puede denominarse masa particulada) en el líquido pierde energía dentro de las celdas filtrantes y queda atrapado. Debido a la uniformidad del paquete filtrante estático, existe una consistencia de filtración en todo el paquete filtrante estático, lo que puede ayudar a evitar áreas de estancamiento. El alto rendimiento, el sistema de baja presión y la alta capacidad de atrapamiento debido al área abierta de los elementos filtrantes mecánicos ayudan a reducir la degradación de la eficiencia. La limpieza es sencilla y se puede usar un retrolavado para desplazar las partículas atrapadas. Al menos en determinadas realizaciones, el elemento filtrante mecánico es inerte a todos los productos de limpieza de piscinas de recreo actuales y potencialmente puede durar toda la vida útil de la unidad de filtro instalada.
Al menos en determinadas realizaciones, el elemento filtrante mecánico puede proporcionar al menos algunas de las siguientes ventajas: larga vida; peso ligero (lo que puede reducir los costes de transporte y manipulación); una baja huella de carbono (coste de producción, coste de transporte, coste de reemplazo, etc.); consumo de energía reducido ya que se pueden usar bombas más pequeñas debido a los requisitos de presión más bajos; un alto rendimiento y/o un alto caudal; alta capacidad de carga de partículas; eliminación de partículas de hasta 1 micrón de tamaño; reducción de la caída del rendimiento entre ciclos de limpieza; una uniformidad de filtración que puede ayudar a evitar la formación de puntos muertos y/u obstrucciones; limpieza fácil que puede no requerir intervención manual; peso ligero; e instalación de por vida sin necesidad de reemplazo.
Los elementos filtrantes mecánicos descritos en el presente documento se pueden instalar retrospectivamente en cámaras de filtro existentes, por ejemplo para reemplazar otros medios filtrantes, tales como arena. El elemento filtrante mecánico puede tener una flotabilidad negativa para su instalación retrospectivamente en un aparato filtrante configurado para establecer un flujo descendente a través del medio filtrante (por ejemplo, que comprende un filtro de lecho de arena). El elemento filtrante mecánico puede tener una flotabilidad positiva para su instalación retrospectivamente en un aparato filtrante configurado para establecer un flujo ascendente a través del medio filtrante. Como alternativa, los elementos filtrantes mecánicos se pueden usar en un aparato filtrante dedicado. El aparato filtrante puede comprender una cámara de filtro para recibir los elementos filtrantes mecánicos para formar un paquete filtrante estático. Los elementos filtrantes mecánicos se pueden introducir en la cámara de filtroin situantes de la instalación. Como alternativa, la cámara de filtro puede precargarse con los elementos filtrantes mecánicos, por ejemplo durante la fabricación del aparato filtrante. Por tanto, el aparato filtrante puede enviarse desde una instalación de fabricación con dichos elementos filtrantes mecánicos dispuestos en dicha cámara de filtro. Se puede proporcionar una plataforma superior y/o una plataforma inferior en la cámara de filtro de modo que el paquete filtrante estático se forme coincidente con la región de la cámara de filtro que tiene el área de sección transversal más grande. Si la cámara de filtro es esférica, por ejemplo una cámara de filtro presurizada, la plataforma superior y/o una plataforma inferior pueden reducir el volumen de elementos filtrantes mecánicos dispuestos en la cámara de filtro para formar el paquete filtrante estático.
Las celdas filtrantes tienen una estructura de celda abierta. Cada celda filtrante está abierta al líquido a filtrar. De este modo, el líquido fluye hacia cada celda filtrante. La estructura abierta facilita la limpieza de los elementos filtrantes mecánicos desprendiendo partículas atrapadas, por ejemplo durante una operación de retrolavado o limpieza. Las celdas filtrantes tienen al menos una primera abertura de celda. Cada celda filtrante puede tener un primer extremo y un segundo extremo. La primera abertura de celda puede estar dispuesta en el primer extremo de la celda filtrante. una segunda abertura de celda puede estar dispuesta en el segundo extremo de la celda filtrante. En disposiciones que tienen primera y segunda aberturas de celda, cada celda filtrante tiene la forma de un conducto que está abierto en cada extremo. En disposiciones alternativas, cada celda filtrante puede estar abierta sólo en un extremo.
Como se describe en el presente documento, una pluralidad de dichos elementos filtrantes mecánicos están dispuestos para formar un paquete filtrante estático. La disposición en la que cada celda filtrante tiene la forma de un conducto abierto puede establecer una red de trayectorias de fluido a través del paquete filtrante estático. Al formar múltiples trayectorias de fluido, el flujo de líquido se puede mantener incluso cuando se acumulan partículas dentro del paquete filtrante estático. Como resultado, la presión a la que se bombea el líquido a través del paquete filtrante estático puede reducirse en comparación con los filtros de la técnica anterior que comprenden un lecho filtrante de arena o vidrio. Se apreciará también que la red de trayectorias de fluido establece una variedad de parámetros de flujo diferentes dentro del paquete filtrante estático, por ejemplo, diferentes regiones dentro del paquete filtrante estático pueden tener diferentes caudales y/o direcciones de flujo. Los parámetros de flujo en diferentes regiones dentro del paquete filtrante estático pueden resultar particularmente eficaces para iniciar la filtración para un caudal determinado. Por tanto, la filtración puede iniciarse en diferentes sitios dentro del paquete filtrante estático, según lo determinado por los parámetros de flujo localizados. Los parámetros de flujo dentro del paquete filtrante estático pueden cambiar a medida que las partículas se acumulan en regiones localizadas y esto, a su vez, puede promover la filtración en otras regiones del paquete filtrante estático. Las diferentes orientaciones de los elementos filtrantes mecánicos que componen el paquete filtrante estático también pueden afectar a las características de flujo dentro del paquete filtrante estático. La diversidad de parámetros de flujo dentro del paquete filtrante estático puede ayudar a ampliar el intervalo operativo efectivo del paquete filtrante estático, por ejemplo en un intervalo más amplio de caudales. Cuando una partícula queda atrapada en/sobre un elemento filtrante mecánico, pueden acumularse partículas más pequeñas sobre esa partícula para formar una agrupación. Se apreciará, por lo tanto, que la eficacia del aparato filtrante puede mejorar a medida que las partículas se acumulan en el paquete filtrante estático.
El elemento filtrante mecánico puede tener una flotabilidad sustancialmente neutra o una flotabilidad negativa en el líquido. La densidad del material que forma el elemento filtrante mecánico puede ser mayor o igual a 1 g/cm3; o en el intervalo de 1 g/cm3 a 1,59 g/cm3 inclusive. La densidad del material que forma el elemento filtrante mecánico puede ser mayor o igual a (>) 1,2 g/cm3 (correspondiente a una gravedad específica que es mayor o igual a (>) 1,2 con respecto al agua). Un material que tenga una densidad mayor, por ejemplo mayor o igual a (>) 1,2 g/cm3, puede ser apropiado para realizar la filtración mecánica de una piscina de agua salada. El elemento filtrante mecánico puede moldearse a partir de un material plástico. Más particularmente, el elemento filtrante mecánico puede moldearse a partir de un polímero, tal como polietileno de alta densidad. Se puede introducir una carga en el polímero para lograr la densidad deseada. Una carga adecuada puede comprender o consistir en talco (silicato laminar de magnesio hidratado que tiene la fórmula química Mg<3>Si<4>O-io(OH)<2>). Una composición adecuada para el elemento filtrante mecánico comprende, en volumen, aproximadamente el 70 % de polietileno de alta densidad y aproximadamente el 30 % de talco.
Como alternativa, el elemento filtrante mecánico puede tener una flotabilidad sustancialmente neutra o una flotabilidad positiva en el líquido. La densidad del material que forma el elemento filtrante mecánico puede ser menor o igual a 1 g/cm3; o en el intervalo de 0,5 g/cm3 a 1 g/cm3 inclusive. La densidad del material que forma el elemento filtrante mecánico puede ser menor o igual a (>) 0/8 g/cm3 (correspondiente a una gravedad específica que es mayor o igual a (>) 0,8 con respecto al agua).
El elemento filtrante mecánico puede tener una masa por unidad de volumen menor o igual a 1000 kg/m3, 500 kg/m3, 300 kg/m3, 250 kg/m3 o 200 kg/m3. La masa por unidad de volumen podría ser tan baja como 100 kg/m3. El elemento filtrante mecánico puede tener una masa por unidad de volumen en el intervalo de 150 kg/m3 a 200 kg/m3. En determinadas realizaciones, el elemento filtrante mecánico puede tener una masa por unidad de volumen de aproximadamente 180 kg/m3. La masa del elemento filtrante mecánico es significativamente menor que la de un medio filtrante convencional, tal como arena o vidrio. La masa reducida de los elementos filtrantes mecánicos es importante porque puede permitir que un aparato filtrante se precargue con dichos elementos filtrantes mecánicos, por ejemplo durante la fabricación o montaje del aparato filtrante. El aparato filtrante puede suministrarse precargado con elementos filtrantes mecánicos. Esto difiere de las disposiciones de la técnica anterior en las que el medio filtrante puede ser introducido en el aparato filtrante por un proveedor final oin situ,por ejemplo usando medios filtrantes de origen local. Al suministrar el aparato filtrante precargado, el funcionamiento del aparato filtrante no depende de la calidad o composición del medio filtrante introducido por un tercero. En determinadas realizaciones, el aparato filtrante puede tener una cámara de filtro sellada que contiene dichos elementos filtrantes mecánicos.
El elemento filtrante mecánico puede tener un volumen cerrado (sólido) (es decir, el volumen del material que forma el elemento filtrante mecánico); y un volumen abierto (que comprende o consiste en el volumen de las celdas filtrantes). El elemento filtrante mecánico puede tener un volumen cerrado de aproximadamente el 18%; y un volumen abierto de aproximadamente el 82 %.
El elemento filtrante mecánico puede tener una dimensión transversal en uno de los siguientes intervalos inclusivos: de 5 mm a 20 mm; de 5 mm a 17 mm; de 6 mm a 15 mm; de 9 mm a 13 mm; y de 10 mm a 12 mm. En determinadas realizaciones, la dimensión transversal puede estar en el intervalo inclusivo de 10 mm a 11,5 mm. Se entenderá que la dimensión transversal se mide a lo largo de un eje transversal que se extiende perpendicular al eje longitudinal del elemento filtrante mecánico. En disposiciones en las que el elemento filtrante mecánico tiene una sección transversal circular, la dimensión transversal es un diámetro del elemento filtrante mecánico.
Cada celda filtrante puede tener una longitud mayor o igual a 3 mm, 4 mm, 5 mm, 6 mm, 7 mm u 8 mm. Las una o más celdas filtrantes pueden tener una longitud menor o igual a 8 mm, 10 mm, 12 mm, 14 mm o 16 mm. La longitud de cada celda filtrante puede ser de aproximadamente 7 mm, 8 mm, 9 mm, 10 mm, 11 mm o 12 mm. Cada celda filtrante puede tener una longitud en el intervalo de 3 mm a 12,6 mm, inclusive. La longitud de las celdas filtrantes puede corresponder a una longitud del elemento filtrante mecánico a lo largo de su eje longitudinal.
La relación entre la longitud del elemento filtrante mecánico y la dimensión transversal del elemento filtrante mecánico se define como relación de aspecto. La relación de aspecto del elemento filtrante mecánico puede afectar a la eficiencia con la que se puede reducir la turbidez de un líquido (por ejemplo, medida como Unidades Nefelométricas de Turbidez (NTU)). El elemento filtrante mecánico puede tener una relación de aspecto en uno de los siguientes intervalos inclusivos: de 0,25 a 1,25; de 0,4 a 1,1; y de 0,6 a 1. El elemento filtrante mecánico puede tener una relación de aspecto de aproximadamente 0,9. Si el elemento filtrante mecánico comprende una o más aletas externas, la dimensión transversal usada para determinar la relación de aspecto puede incluir dichas una o más aletas externas.
Las celdas filtrantes tienen, cada una, un área de sección transversal menor o igual a 3 mm2. El área de sección transversal de cada celda filtrante se mide en un plano de referencia dispuesto perpendicular a un eje longitudinal del elemento filtrante mecánico. Cada celda filtrante puede tener un área de sección transversal mayor o igual a 1 mm2. Las celdas filtrantes pueden tener al menos sustancialmente la misma área de sección transversal. Las celdas filtrantes pueden tener un área de sección transversal en el intervalo de 2,8 mm2 a 2,9 mm2.
Los elementos filtrantes mecánicos pueden controlar la dinámica de fluidos dentro del paquete filtrante estático para promover la sedimentación de partículas desde el líquido. Este mecanismo de filtración puede permitir que se filtren del líquido partículas más pequeñas que cada celda filtrante. En determinadas realizaciones, los elementos filtrantes mecánicos pueden filtrar partículas que tienen un área de sección transversal que es más pequeña que el área de sección transversal de cada celda filtrante en un factor de al menos 1 x 104, 1 x 105 o 1 x 106.
La celda filtrante puede tener un volumen interno superior a 20 mm3. La celda filtrante tiene un volumen interno inferior a 30 mm3.
El elemento filtrante mecánico puede comprender al menos una primera celda filtrante y al menos una segunda celda filtrante; en donde la al menos una primera celda filtrante está configurada para filtrar mecánicamente partículas que tienen un tamaño más pequeño que las partículas filtradas mecánicamente por dicha al menos una segunda celda filtrante. La al menos una primera celda filtrante puede tener un área de sección transversal más pequeña que la segunda celda filtrante.
La configuración de las celdas filtrantes puede promover la captura de material particulado mediante floculación y retener partículas de diversos tamaños en su interior. Esto puede ser una función de uno o más parámetros, incluyendo el área de superficie hueca, la forma y la longitud del hueco. Por lo tanto, el elemento filtrante mecánico puede configurarse para centrarse en una gama particular de partículas, por ejemplo para adaptarse a una aplicación o industria particular. Las celdas filtrantes crean una zona de retención "silenciosa" dentro del medio. El flujo reducido puede ayudar a retener el material particulado atrapado dentro de las celdas filtrantes.
El elemento filtrante mecánico puede comprender un agente antibacteriano y/o un agente antimicrobiano. Esto evitaría la acumulación de una biopelícula sobre el elemento filtrante mecánico y ayudaría a crear un entorno estéril apropiado para la filtración puramente mecánica. Esto podría prevenir o reducir la acumulación de organismos patógenos, tales comoCryptosporidium,que es un problema conocido en los filtros de las piscinas. Los agentes adecuados incluyen óxido de titanio, óxido de titanio (IV), iones de plata y óxido de plata.
El elemento filtrante mecánico puede formarse a partir de un material que comprenda dicho agente antibacteriano y/o dicho agente antimicrobiano. Como alternativa, el agente antibacteriano y/o dicho agente antimicrobiano se pueden aplicar al elemento filtrante mecánico, por ejemplo como un recubrimiento.
El elemento filtrante mecánico puede comprender una o más aletas externas. El elemento filtrante mecánico puede comprender una pluralidad de dichas aletas externas.
Se pueden formar una serie de huecos entre dichas aletas externas. Durante el uso, las partículas en el líquido pueden sedimentar en los huecos entre dichas aletas externas. Las aletas externas facilitan el flujo de líquido a través del paquete filtrante estático al mantener espacios entre las piezas individuales del medio. De este modo se puede reducir una pérdida de eficiencia entre ciclos de limpieza. Las aletas externas también pueden reducir la energía de las partículas contenidas en el agua contaminada a medida que pasa a través del medio. Las aletas externas de los elementos filtrantes mecánicos ayudan a promover la pérdida de energía de las partículas mediante colisiones e interacción con las aletas, reduciendo así la energía cinética de las partículas contaminantes. Las partículas pueden sedimentar dentro de los huecos formados entre dichas aletas externas y/o sobre un exterior de los elementos filtrantes mecánicos. A medida que se reduce la energía de las partículas, comienzan a coagularse (floculación) en partículas más grandes que a continuación se capturan dentro de los huecos formados entre las aletas externas del medio. Las aletas permiten el libre flujo alrededor de los espacios huecos y esto puede ayudar a eliminar cualquier tendencia a sacar por lavado el material capturado durante la filtración.
Las aletas externas pueden ayudar a mantener un espacio entre los elementos filtrantes mecánicos dentro del paquete filtrante estático. Las aletas externas pueden estar espaciadas uniformemente alrededor de la periferia del elemento filtrante mecánico. El elemento filtrante mecánico puede comprender entre nueve (9) y treinta y seis (36) de dichas aletas externas. El elemento filtrante mecánico puede comprender entre doce (12) y veinticuatro (24) de dichas aletas externas. El elemento filtrante mecánico puede comprender dieciocho (18) de dichas aletas externas. En una realización, el elemento filtrante mecánico puede comprender dieciocho (18) aletas que tienen igual longitud e igual espacio alrededor de la periferia. En determinadas realizaciones, el elemento filtrante mecánico puede comprender aletas externas que tienen diferentes longitudes. Por ejemplo, el elemento filtrante mecánico puede comprender primera y segunda aletas externas que tienen primera y segunda alturas diferentes. Las primera y segunda aletas externas pueden alternarse alrededor de la periferia del elemento filtrante mecánico.
En determinadas realizaciones, el elemento filtrante mecánico puede comprender aletas internas, que por ejemplo se extienden hacia dentro desde un miembro cilíndrico.
La altura radial de cada aleta externa se puede definir en relación con la dimensión transversal del elemento filtrante mecánico. La relación entre una altura radial de cada aleta y una dimensión transversal del elemento filtrante mecánico puede estar en el intervalo de 0,02 a 0,1; o de 0,04 a 0,08. La relación entre una altura radial de cada aleta y una dimensión transversal del elemento filtrante mecánico puede ser aproximadamente 0,06. La dimensión de la aleta puede ser, por ejemplo, 0,7 mm de altura y 0,3 mm de espesor. Las aletas pueden recorrer toda la longitud del elemento filtrante mecánico. Las aletas pueden crear espacio entre medios adyacentes en el paquete filtrante estático y pueden proporcionar una superficie para la disipación de energía y la coagulación/floculación de partículas.
Basándose en datos experimentales, se cree que también puede haber una relación entre el área de las aletas expuesta al flujo pasante (debido a la densidad de los elementos filtrantes mecánicos) y la eficiencia con la que se reduce la turbidez (por ejemplo, medida como Unidades Nefelométricas de Turbidez (nTu )). Esto puede establecer una relación entre la relación de aspecto de cada elemento filtrante mecánico (es decir, la relación entre la longitud del elemento filtrante mecánico y el diámetro exterior del elemento filtrante mecánico, incluida la altura de dichas una o más aletas externas) y la altura de la o las aletas externas. La combinación del área de aleta expuesta creada por diferentes longitudes y densidades de empaquetamiento puede afectar a la eficiencia de reducción de NTU. La relación entre la relación de aspecto de cada elemento filtrante mecánico y la altura de las una o más aletas externas puede estar dentro de uno de los siguientes intervalos: de 0,04 a 0,2; de 0,08 a 0,16; y de 0,1 a 0,13. En determinadas realizaciones, esta relación puede ser aproximadamente 0,11.
La retención de partículas sobre la superficie del elemento filtrante mecánico puede afectar a la filtración de líquidos. Cuando una partícula sedimenta en una celda filtrante o sobre una superficie del elemento filtrante mecánico, pueden quedar atrapadas partículas adicionales sobre la partícula original. Esto puede dar como resultado la formación de agrupaciones de partículas en el elemento filtrante mecánico y puede denominarse "apelmazamiento". La recogida de partículas en el elemento filtrante mecánico puede acelerar la sedimentación de partículas adicionales, lo que puede dar como resultado una eficiencia de filtración mejorada. Además, al menos en determinadas realizaciones, este proceso puede permitir que el elemento filtrante mecánico filtre partículas de un tamaño más pequeño. Las partículas que sedimentan inicialmente en las celdas filtrantes o en el elemento filtrante mecánico pueden ser relativamente grandes. Sin embargo, es posible que partículas más pequeñas sedimenten sobre estas partículas durante un período de tiempo. El elemento filtrante mecánico puede tener un acabado superficial liso. Sin embargo, esto puede reducir la retención de partículas sobre la superficie del elemento filtrante mecánico. El elemento filtrante mecánico puede fabricarse para que tenga una superficie rugosa o texturizada. Se pueden emplear diferentes técnicas de fabricación para proporcionar el acabado superficial requerido. Por ejemplo, si el elemento filtrante mecánico se moldea, por ejemplo empleando moldeo por extrusión, se puede introducir un gas en el polímero durante la extrusión para crear un acabado superficial texturizado. El gas puede comprender, por ejemplo, nitrógeno, dióxido de carbono u oxígeno. Como alternativa, o además, se puede añadir una carga al polímero para crear un acabado superficial texturizado. Una carga adecuada es el talco.
El elemento filtrante mecánico puede estar preacondicionado para modificar sus propiedades hidrodinámicas. Dentro de un paquete filtrante estático, algunos o todos los elementos filtrantes mecánicos pueden estar preacondicionados. Por ejemplo, se puede aplicar un recubrimiento al exterior del elemento filtrante mecánico para promover la adhesión de partículas a su superficie. De hecho, el recubrimiento puede crear un acabado "pegajoso" en el exterior del elemento filtrante mecánico. El recubrimiento podría aplicarse, por ejemplo, en forma de gel. Los elementos filtrantes mecánicos preacondicionados pueden ayudar a iniciar la sedimentación de partículas.
Un paquete filtrante estático comprende una pluralidad de los elementos filtrantes mecánicos descritos en el presente documento. Durante el uso, el líquido sin filtrar se bombea a través del paquete filtrante estático. Como se describe en el presente documento, las partículas en el líquido sedimentan dentro de las celdas filtrantes y/o sobre una superficie exterior de los elementos filtrantes mecánicos. A medida que las partículas sedimentan dentro del paquete filtrante estático, ellas mismas pueden promover la sedimentación de material adicional. Se cree que, a medida que el material sedimenta en las celdas filtrantes, el flujo localizado puede verse aún más obstaculizado, promoviendo así la sedimentación de partículas adicionales.
El aparato filtrante mecánico puede comprender una pluralidad de los elementos filtrantes mecánicos descritos en el presente documento.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un aparato filtrante mecánico para eliminar partículas de un líquido, comprendiendo el aparato filtrante mecánico:
una cámara de filtro que contiene una pluralidad de elementos filtrantes mecánicos para formar un paquete filtrante estático para filtrar mecánicamente el líquido;
comprendiendo cada uno de los elementos filtrantes mecánicos una pluralidad de celdas filtrantes, teniendo cada una de las celdas filtrantes un área de sección transversal menor o igual a 3 mm2 y un volumen interno menor de 30 mm3;
en donde los elementos filtrantes mecánicos comprenden, cada uno, una pared cilíndrica y un marco interno, definiendo la pared cilíndrica un área de filtro, estando formado el marco interno dentro de dicha pared cilíndrica para subdividir el área de filtro para formar dichas celdas filtrantes, estando formado el marco interno integralmente con la pared cilíndrica durante el moldeo del elemento filtrante mecánico y formando una pared de separación entre las celdas filtrantes; siendo la pared cilíndrica y el marco interno no porosos.
El aparato filtrante mecánico puede estar conectado a una bomba para suministrar agua sin filtrar a la cámara de filtro. La bomba puede comprender una bomba de velocidad fija o puede comprender una bomba de velocidad variable. El aparato filtrante mecánico puede comprender un controlador para controlar el funcionamiento de la bomba. El controlador puede comprender uno o más procesadores electrónicos.
Cada celda filtrante tiene una estructura de celda abierta. Cada celda filtrante puede tener al menos una primera abertura de celda. Cada celda filtrante puede tener un primer extremo y un segundo extremo. Cada primera abertura de celda puede estar dispuesta en el primer extremo de la celda filtrante. Puede disponerse una segunda abertura de celda en el segundo extremo de cada celda filtrante. En disposiciones que tienen primera y segunda aberturas de celda, cada celda filtrante tiene la forma de un conducto que está abierto en cada extremo. En disposiciones alternativas, las celdas filtrantes pueden estar abiertas sólo en un extremo.
El aparato filtrante mecánico puede ser operable para generar un flujo del líquido a través de la cámara de filtro para establecer el paquete filtrante estático y filtrar mecánicamente el líquido.
Los elementos filtrantes mecánicos pueden tener una flotabilidad sustancialmente neutra o una flotabilidad negativa en el líquido. Durante la filtración, el aparato filtrante mecánico puede configurarse para generar un flujo descendente del líquido a través de los elementos filtrantes mecánicos.
Los elementos filtrantes mecánicos pueden tener una flotabilidad sustancialmente neutra o una flotabilidad positiva en el líquido. Durante la filtración, el aparato filtrante mecánico puede configurarse para generar un flujo ascendente de agua a través de los elementos filtrantes mecánicos.
Durante la filtración, el aparato filtrante mecánico puede configurarse para generar un flujo de agua lateral o vertical a través de los elementos filtrantes mecánicos. Por ejemplo, se puede establecer un flujo lateral o vertical a través de una cámara de filtro que contiene los elementos filtrantes mecánicos. Como alternativa, se puede establecer un flujo circulante de líquido dentro de la cámara de filtro. El líquido puede, por ejemplo, seguir una trayectoria circular, espiral o helicoidal dentro de la cámara de filtro.
La cámara de filtro puede contener una pluralidad de elementos filtrantes mecánicos similares para formar el paquete filtrante estático. Como alternativa, la cámara de filtro puede comprender dos o más elementos filtrantes mecánicos diferentes, por ejemplo para filtrar diferentes tamaños de partículas. La cámara de filtro podría contener elementos filtrantes mecánicos que tienen diferentes tamaños de celdas filtrantes. A modo de ejemplo, la cámara de filtro podría comprender primer y segundo elementos filtrantes mecánicos. El primer elemento filtrante mecánico podría comprender primeras celdas filtrantes, cada una de las cuales tiene una primera área de sección transversal; y el segundo elemento filtrante mecánico podría comprender segundas celdas filtrantes, cada una de las cuales tiene una segunda área de sección transversal; en donde las áreas de sección transversal de las primera y segunda celdas filtrantes son diferentes entre sí. El área de sección transversal de cada celda filtrante se define en un plano de referencia perpendicular a un eje longitudinal del elemento filtrante mecánico. Como alternativa, o además, la longitud de las primera y segunda celdas filtrantes (medidas a lo largo de un eje longitudinal del elemento filtrante mecánico) podrían ser diferentes entre sí. El primer elemento filtrante mecánico podría comprender primeras celdas filtrantes, cada una de las cuales tiene una primera longitud; y el segundo elemento filtrante mecánico podría comprender segundas celdas filtrantes, cada una de las cuales tiene una segunda longitud; en donde las longitudes de las primera y segunda celdas filtrantes son diferentes entre sí.
Como alternativa, o además, una dimensión transversal de los primer y segundo elementos filtrantes mecánicos (medida a lo largo de un eje transversal que se extiende perpendicular al eje longitudinal del elemento filtrante mecánico) podrían ser diferentes entre sí. El primer elemento filtrante mecánico podría tener una primera dimensión transversal; y el segundo elemento filtrante mecánico podría tener una segunda dimensión transversal; en donde las primera y segunda dimensiones transversales son diferentes entre sí. La dimensión transversal puede ser un diámetro de los primer y segundo elementos filtrantes mecánicos.
Como alternativa, o además, los primer y segundo elementos filtrantes mecánicos pueden tener primera y segunda densidades, siendo las primera y segunda densidades diferentes entre sí. Los primer y segundo elementos filtrantes mecánicos pueden estar predispuestos para formar primera y segunda capas dentro del paquete filtrante estático. Las dimensiones de las celdas filtrantes en los primer y segundo elementos filtrantes mecánicos pueden ser diferentes entre sí.
El aparato filtrante mecánico puede configurarse periódicamente para limpiar los elementos filtrantes mecánicos. El aparato filtrante mecánico puede comprender medios de válvula para invertir la dirección de flujo del líquido a través de la cámara de filtro para realizar una operación de retrolavado. Como alternativa, o además, el aparato filtrante mecánico puede comprender medios para modificar el caudal del líquido a través de la cámara de filtro para limpiar los elementos filtrantes mecánicos. Por ejemplo, el aparato filtrante mecánico puede comprender una bomba de velocidad variable y un controlador. El controlador puede configurarse para controlar la bomba de velocidad variable periódicamente para aumentar el caudal del líquido a través de la cámara de filtro para limpiar los elementos filtrantes mecánicos. Se ha determinado que aumentar periódicamente el caudal del líquido a través de la cámara de filtro (en relación con el caudal durante la filtración), por ejemplo en al menos un 25 %, 50 %, 100 %, es eficaz para desprender el material filtrado de los elementos filtrantes mecánicos. El agua en la cámara de filtro se puede purgar a desechos durante la operación de limpieza. El controlador puede configurarse para controlar medios de válvula, por ejemplo una válvula de solenoide, para conectar una salida de la cámara de filtro a los desechos.
El controlador puede configurarse para realizar la operación de limpieza de acuerdo con un cronograma predeterminado, por ejemplo cuando el aparato filtrante mecánico ha estado funcionando durante un período de tiempo predeterminado. Como alternativa, el controlador puede configurarse para realizar la operación de limpieza cuando se ha filtrado un volumen predeterminado de líquido.
El aparato filtrante mecánico puede comprender medios para introducir aire en la cámara de filtro para romper o alterar el paquete filtrante estático durante el retrolavado. Los medios de introducción de aire pueden comprender un conducto de suministro de aire para suministrar aire a una o más salidas en la cámara de filtro. Las una o más salidas pueden estar dispuestas en, o proximales a, la base de la cámara de filtro. La cámara de filtro puede estar al menos sustancialmente sellada y los medios de introducción de aire pueden configurarse para aspirar aire hacia el conducto de suministro de aire a medida que se drena el agua de la cámara de filtro. El aparato filtrante mecánico puede comprender una válvula para controlar el flujo de fluido a través del conducto de suministro de aire.
El caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático se expresa en unidades de m3/m2/h (es decir, el volumen de agua (m3) para una superficie del filtro (m2) por hora (h)). Al menos en determinadas realizaciones, el aparato filtrante mecánico puede configurarse para proporcionar un caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático en el intervalo de 20 m3/m2/h a 60 m3/m2/h; o de 25m3/m2/h a 55m3/m2/h; o de 30m3/m2/h a 50m3/m2/h. El aparato filtrante mecánico puede configurarse para proporcionar un caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático de aproximadamente 30 m3/m2/h para un caudal bajo y aproximadamente 50 m3/m2/h para un caudal alto. A modo de ejemplo, si la cámara de filtro está formada en un recipiente cilíndrico (o esférico) que tiene un diámetro de 0,6 m, el caudal bajo puede corresponder a aproximadamente 8.400 litros por hora (l/h); y el caudal elevado puede corresponder a aproximadamente 14.000 litros por hora (l/h).
Al menos en determinadas realizaciones, los elementos filtrantes mecánicos descritos en el presente documento pueden proporcionar una filtración eficaz de un líquido cuando se forman en un paquete filtrante estático relativamente poco profundo. Por ejemplo, la profundidad del paquete filtrante estático puede estar en el intervalo de 10 cm a 50 cm; de 10 cm a 40 cm; de 15 cm a 40 cm; de 15 cm a 30 cm; o de 15 cm a 25 cm. En determinadas realizaciones, el paquete filtrante estático puede tener una profundidad de aproximadamente 20 cm.
El aparato filtrante mecánico puede configurarse periódicamente para limpiar los elementos filtrantes mecánicos. El aparato filtrante mecánico puede comprender medios de válvula para invertir la dirección de flujo del líquido a través de la cámara de filtro para realizar una operación de retrolavado. Como alternativa, o además, el aparato filtrante mecánico puede comprender medios para modificar el caudal del líquido a través de la cámara de filtro para limpiar los elementos filtrantes mecánicos. Por ejemplo, el aparato filtrante mecánico puede comprender una bomba de velocidad variable y un controlador. El controlador puede configurarse para controlar la bomba de velocidad variable periódicamente para aumentar el caudal del líquido a través de la cámara de filtro para limpiar los elementos filtrantes mecánicos. Se ha determinado que aumentar periódicamente el caudal del líquido a través de la cámara de filtro (en relación con el caudal durante la filtración), por ejemplo en al menos un 25 %, 50 %, 100 %, es eficaz para desprender el material filtrado de los elementos filtrantes mecánicos. Con referencia a los caudales proporcionados anteriormente para una cámara de filtro que tiene un diámetro de 0,6 m a modo de ejemplo, la filtración se puede realizar a un caudal bajo, por ejemplo aproximadamente 8.400 litros por hora (l/h); y la operación de limpieza se puede realizar cambiando a un caudal alto, por ejemplo aproximadamente 14.000 litros por hora (l/h). El agua en la cámara de filtro se puede purgar a desechos durante la operación de limpieza. El controlador puede configurarse para controlar medios de válvula, por ejemplo una válvula de solenoide, para conectar una salida de la cámara de filtro a los desechos. Los medios de válvula pueden comprender una pieza en Y operable selectivamente para conectar la cámara de filtro a una tubería de retorno (para suministrar el agua filtrada) o a un conducto de desechos (para purgar la cámara de filtro).
El controlador puede configurarse para realizar la operación de limpieza de acuerdo con un cronograma predeterminado, por ejemplo cuando el aparato filtrante mecánico ha estado funcionando durante un período de tiempo predeterminado. Como alternativa, el controlador puede configurarse para realizar la operación de limpieza cuando se ha filtrado un volumen predeterminado de líquido.
De acuerdo con un aspecto adicional de la presente invención, se proporciona un método para filtrar mecánicamente un líquido, comprendiendo el método:
disponer una pluralidad de elementos filtrantes mecánicos en una cámara de filtro, comprendiendo cada uno de los elementos filtrantes mecánicos una pluralidad de celdas filtrantes, teniendo cada una de las celdas filtrantes un área de sección transversal menor o igual a 3 mm2 y un volumen interno menor de 30 mm3;
en donde los elementos filtrantes mecánicos comprenden, cada uno, una pared cilíndrica y un marco interno, definiendo la pared cilíndrica un área de filtro, estando formado el marco interno dentro de dicha pared cilíndrica para subdividir el área de filtro para formar dichas celdas filtrantes, estando formado el marco interno integralmente con la pared cilíndrica durante el moldeo del elemento filtrante mecánico y formando una pared de separación entre las celdas filtrantes; siendo la pared cilíndrica y el marco interno no porosos; y
durante la filtración, hacer pasar el líquido a través de la cámara de filtro para establecer un paquete filtrante estático de dichos elementos filtrantes mecánicos para filtrar mecánicamente el líquido.
Las celdas filtrantes tienen al menos una primera abertura de celda.
Los elementos filtrantes mecánicos pueden tener una flotabilidad sustancialmente neutra o una flotabilidad positiva. El método puede comprender generar un flujo ascendente del líquido a través del paquete filtrante estático durante la filtración.
Los elementos filtrantes mecánicos pueden tener una flotabilidad sustancialmente neutra o una flotabilidad negativa. El método puede comprender generar un flujo descendente del líquido a través del paquete filtrante estático durante la filtración.
El método puede comprender limpiar periódicamente los elementos filtrantes mecánicos en la cámara de filtro. El proceso de limpieza se puede realizar de acuerdo con un cronograma predeterminado, por ejemplo después de que se haya realizado la filtración durante un período de tiempo predeterminado. Como alternativa, el proceso de limpieza se puede realizar cuando se ha filtrado un volumen predeterminado de líquido.
El método puede comprender romper periódicamente el paquete filtrante estático agitando los elementos filtrantes mecánicos para desprender partículas filtradas de dichas celdas filtrantes. El método para romper el paquete filtrante estático puede comprender invertir la dirección de flujo del líquido en la cámara de filtro para agitar los elementos filtrantes mecánicos. Como alternativa, o además, el método puede comprender introducir un gas, tal como aire, en la cámara de filtro para agitar los elementos filtrantes mecánicos. El aire puede ser aspirado hacia la cámara de filtro a través de un conducto de suministro de aire. La cámara de filtro puede estar al menos sustancialmente sellada y el aire puede ser aspirado hacia el conducto de suministro de aire a medida que se drena agua de la cámara de filtro. El método puede comprender abrir una válvula para controlar el flujo de fluido a través del conducto de suministro de aire. Como alternativa, o además, el método puede comprender operar un agitador mecánico para agitar los elementos filtrantes mecánicos. Como alternativa o además, la cámara de filtro se puede agitar, por ejemplo girando o haciendo vibrar una carcasa de filtro.
El método puede comprender aumentar periódicamente el caudal de líquido a través del paquete filtrante para limpiar el paquete filtrante estático. Al menos en determinadas realizaciones, el paquete filtrante se puede limpiar sin invertir la dirección de flujo y/o cambiar la trayectoria de flujo del líquido a través de la cámara de filtro. Más bien, se puede aumentar el caudal del líquido para purgar partículas filtradas del paquete filtrante estático. El método puede comprender aumentar el caudal del líquido a través de la cámara de filtro (en relación con el caudal durante la filtración) en al menos un 25%, 50%, 75% o 100%. Durante una operación de limpieza, el método puede comprender desviar el líquido de la cámara de filtro hacia los desechos. Como alternativa, el método puede comprender abrir una salida separada de la cámara de filtro durante la operación de limpieza.
El término flujo ascendente se usa en el presente documento para describir un flujo que es predominantemente en dirección ascendente. Por el contrario, el término flujo descendente se usa para describir un flujo que se produce predominantemente en dirección descendente.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
A continuación se describirán una o más realizaciones de la presente invención, a modo de ejemplo solamente, con referencia a las figuras adjuntas, en las que:
La figura 1 muestra una representación esquemática de un aparato filtrante para piscinas conocido que comprende un filtro de arena;
La figura 2 muestra una representación esquemática del filtro de piscina mostrado en la figura 1 durante una operación de retrolavado;
La figura 3 muestra una representación esquemática de un sistema de filtración para piscinas que incorpora un aparato filtrante para piscinas de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 4 muestra una representación esquemática del aparato filtrante para piscinas de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 5 muestra una representación esquemática del filtro para piscinas mostrado en la figura 7 durante una operación de retrolavado;
La figura 6 muestra una vista en perspectiva de un elemento filtrante mecánico de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 7 muestra un alzado desde el extremo del elemento filtrante mecánico mostrado en la figura 6;
La figura 8A es un alzado desde el extremo del elemento filtrante mecánico que incluye dimensiones;
La figura 8B es un alzado lateral del elemento filtrante mecánico que incluye dimensiones;
La figura 9 ilustra el mecanismo mediante el cual el elemento filtrante mecánico mostrado en la figura 6 filtra mecánicamente partículas del agua;
Las figuras 10 y 11 son imágenes que muestran la sedimentación de partículas sobre los elementos filtrantes mecánicos y dentro de las celdas filtrantes;
La figura 12 es un primer gráfico que representa las Unidades Nefelométricas de Turbidez (NTU) de una muestra de agua filtrada usando el aparato filtrante para piscinas de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 13 es un segundo gráfico que representa la eficiencia de reducción de turbidez de una muestra de agua filtrada usando el aparato filtrante para piscinas de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 14 es un tercer gráfico que representa las Unidades Nefelométricas de Turbidez (NTU) de una muestra de agua filtrada a través de diferentes profundidades de paquetes filtrantes estáticos formados a partir de elementos filtrantes mecánicos de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 15 es un cuarto gráfico que representa la eficiencia de reducción de turbidez de una muestra de agua filtrada a través de diferentes profundidades de paquetes filtrantes estáticos formados a partir de elementos filtrantes mecánicos de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 16 es un quinto gráfico que muestra la turbidez medida y la eficiencia de reducción de turbidez calculada durante un procedimiento de prueba para el aparato filtrante mecánico de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 17 es un sexto gráfico que muestra la presión diferencial medida durante un procedimiento de prueba para el aparato filtrante mecánico de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 18 es un séptimo gráfico que muestra la eficiencia de filtración según el tamaño de partícula para el aparato filtrante mecánico de acuerdo con una realización de la presente invención;
La figura 19 es un octavo gráfico que muestra una comparación de la presión en la cámara de filtro del aparato filtrante mecánico de acuerdo con una realización de la presente invención en comparación con un aparato filtrante mecánico conocido;
La figura 20 es un noveno gráfico que muestra una comparación del consumo de potencia de una bomba para el aparato filtrante mecánico de acuerdo con una realización de la presente invención en comparación con un aparato filtrante mecánico conocido;
La figura 21 muestra una representación esquemática de un aparato filtrante para piscinas de acuerdo con otra realización de la presente invención;
La figura 22 muestra una representación esquemática del filtro para piscinas mostrado en la figura 21 durante una operación de retrolavado;
La figura 23 muestra una representación esquemática de un aparato filtrante para piscinas de acuerdo con otra realización de la presente invención;
La figura 24 muestra una representación esquemática de un aparato filtrante para piscinas de acuerdo con otra realización de la presente invención;
La figura 25 muestra una representación esquemática del filtro para piscinas mostrado en la figura 24 durante una operación de retrolavado;
Las figuras 26A-Q son vistas en sección transversal de elementos filtrantes mecánicos no de acuerdo con la presente invención; y
Las figuras 27A-F son vistas en sección transversal de elementos filtrantes mecánicos no de acuerdo con la presente invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
A continuación se describirá un aparato filtrante mecánico 1 y elementos filtrantes mecánicos 2 de acuerdo con aspectos de la presente invención con referencia a las figuras 3 a 11. El aparato filtrante mecánico 1 es operable en un modo de filtración y en un modo de retrolavado. Cuando el aparato filtrante mecánico 1 está funcionando en dicho modo de filtración, los elementos filtrantes mecánicos 2 filtran mecánicamente el líquido atrapando partículas suspendidas en el mismo. Las partículas atrapadas se pueden desprender posteriormente para limpiar los elementos filtrantes mecánicos 2 cuando el aparato filtrante mecánico 1 funciona en dicho modo de retrolavado. Las partículas filtradas se pueden eliminar del aparato filtrante mecánico 1 durante el modo de retrolavado o durante un ciclo de desechos (purga) separado.
Como se muestra en la figura 3, el aparato filtrante mecánico 1 en la presente realización está configurado para filtrar mecánicamente el agua en una piscina 3. El agua de la piscina 3 se trata para suprimir la actividad biológica, por ejemplo añadiendo sal, cloro u ozono gaseoso, y el aparato filtrante mecánico 1 y los elementos filtrantes mecánicos 2 están configurados exclusivamente para realizar filtración mecánica. Por tanto, el aparato filtrante mecánico 1 y los elementos filtrantes mecánicos 2 no realizan filtración biológica. El aparato filtrante mecánico 1 está incorporado en un sistema de filtración 4 para piscinas que incorpora una bomba 5. Como se describe en el presente documento, los elementos filtrantes mecánicos 2 tienen una configuración de celda abierta para filtrar mecánicamente el agua para eliminar partículas. Al menos en determinadas realizaciones, los elementos filtrantes mecánicos 2 pueden filtrar partículas tan pequeñas como de 1 a 4 micrones.
Con referencia a la figura 4, el aparato filtrante mecánico 1 comprende una carcasa de filtro 6, un primer conducto 7, un segundo conducto 8 y una válvula de control 9. La válvula de control 9 puede, por ejemplo, comprender una válvula multipuerto operable para abrir y cerrar el primer conducto 7 y/o el segundo conducto 8. La carcasa de filtro 6 define una cámara de filtro 10 que contiene una pluralidad de dichos elementos filtrantes mecánicos 2 que forman un paquete filtrante estático (indicado generalmente por el número de referencia 11). Durante la filtración, los elementos filtrantes mecánicos 2 en el paquete filtrante estático 11 permanecen al menos sustancialmente estáticos para permitir que el agua se filtre mecánicamente. Los elementos filtrantes mecánicos 2 en la presente realización tienen una gravedad específica que es aproximadamente uno (equivalente a una densidad de aproximadamente 1 g/cm3).
Por tanto, los elementos filtrantes mecánicos 2 tienen una flotabilidad sustancialmente neutra en el agua. La ubicación del paquete filtrante estático 11 dentro de la cámara de filtro 10 está determinada por la dirección de flujo a través de la cámara de filtro 10. El primer conducto 7 comprende una primera abertura 12 dispuesta en una porción superior de la cámara de filtro 10; y el segundo conducto 8 comprende una segunda abertura 13 dispuesta en una porción inferior de la cámara de filtro 10. Se proporciona una malla o rejilla en las primera y segunda aberturas 12, 13 para evitar que los elementos filtrantes mecánicos 2 entren en los primer y segundo conductos 7, 8 respectivamente. La bomba 5 bombea agua desde la piscina 3 al aparato filtrante mecánico 1. En la presente realización, la carcasa de filtro 6 es un recipiente a presión y la cámara de filtro 10 está sellada. La cámara de filtro 10 tiene una sección transversal circular. En la presente realización, la cámara de filtro 10 tiene un diámetro de aproximadamente 0,6 m (con un área de sección transversal máxima de aproximadamente 0,28 m2). Se entenderá que los elementos filtrantes mecánicos 2 descritos en el presente documento se pueden usar en una gama de aparatos filtrantes y no están limitados a un tamaño particular de cámara de filtro 10. La cámara de filtro 10 está sellada para permitir que la filtración se realice a presiones superiores a la presión atmosférica. El aparato filtrante mecánico 1 puede funcionar independientemente de la altura de la cámara de filtro 10 respecto al agua en la piscina 3.
El aparato filtrante mecánico 1 está conectado a la piscina 3 mediante un conducto de suministro 14 y un conducto de retorno 15. El conducto de suministro 14 está configurado para suministrar agua sin filtrar desde la piscina 3; y el conducto de retorno 15 está configurado para devolver agua filtrada a la piscina 3. La bomba 5 está dispuesta en el conducto de suministro 14 para bombear agua desde la piscina 3 a la cámara de filtro 10. En disposiciones alternativas, la bomba 5 podría estar ubicada en el conducto de retorno 15. El agua contiene partículas que se mantienen en suspensión. Los elementos filtrantes mecánicos 2 descritos en el presente documento están configurados para filtrar mecánicamente partículas, por ejemplo partículas de 1-10 micrones. El conducto de suministro 14 y el conducto de retorno 15 están conectados a la válvula de control 9. Un conducto de drenaje de desechos 16 también está conectado a la válvula de control 9 para permitir que la cámara de filtro 10 sea purgada durante el retrolavado. La válvula de control 9 es operable para cambiar las conexiones entre el primer conducto 7, el segundo conducto 8, el conducto de suministro 14, el conducto de retorno 15 y el conducto de drenaje de desechos 16. De este modo, la válvula de control 9 puede controlar el modo de funcionamiento del aparato filtrante mecánico 1.
La dirección de flujo a través de los primer y segundo conductos 7, 8 (y por lo tanto a través de la cámara de filtro 10) es reversible dependiendo del modo de funcionamiento del aparato filtrante mecánico 1. El aparato filtrante mecánico 1 está configurado de modo que, cuando funciona en dicho modo de filtración, la válvula de control 9 conecta el conducto de suministro 14 al primer conducto 7; y el conducto de retorno 15 al segundo conducto 8. Como se ilustra en la figura 4, se establece un flujo descendente de agua a través de la cámara de filtro 10 durante la filtración. El flujo descendente desplaza los elementos filtrantes mecánicos 2 hacia abajo de modo que el paquete filtrante estático 11 se forma en el fondo de la cámara de filtro 10. El aparato filtrante mecánico 1 está configurado de modo que, cuando funciona en dicho modo de retrolavado, la válvula de control 9 conecta el conducto de suministro 14 al segundo conducto 8; y conecta el primer conducto 7 al conducto de drenaje de desechos 16. Como se ilustra en la figura 5, se establece un flujo ascendente de agua a través de la cámara de filtro 10 durante el retrolavado. El flujo ascendente altera el paquete filtrante estático 11 y desprende las partículas atrapadas de los elementos filtrantes mecánicos 2. Para permitir el movimiento adecuado de los elementos filtrantes mecánicos 2, la cámara de filtro 10 típicamente se llena al 50-70 %, o al 30-60 % en volumen con dichos elementos filtrantes mecánicos 2. Sin embargo, la cámara de filtro 10 puede comprender un porcentaje mayor o menor en volumen de los elementos filtrantes mecánicos 2.
Los elementos filtrantes mecánicos 2 se describirán ahora con referencia a las figuras 6, 7 y 8. Los elementos filtrantes mecánicos 2 en la presente realización están moldeados por extrusión a partir de un polímero. Se entenderá que los elementos filtrantes mecánicos 2 se pueden fabricar usando otras técnicas, tales como moldeo por inyección o estampado. Como se muestra en la figura 6, los elementos filtrantes mecánicos 2 tienen una sección transversal sustancialmente constante a lo largo de su longitud. En la presente realización, los elementos filtrantes mecánicos 2 tienen una densidad de aproximadamente 1 g/cm3 y flotan sustancialmente de forma neutra en agua. En disposiciones alternativas, los elementos filtrantes mecánicos 2 pueden tener flotabilidad positiva en agua (es decir, una densidad <1 g/cm3) o flotabilidad negativa en agua (es decir, una densidad >1 g/cm3). El polímero usado para formar los elementos filtrantes mecánicos 2 se puede seleccionar dependiendo del nivel de flotabilidad requerido. Por ejemplo, se puede usar polietileno de alta densidad para formar elementos filtrantes mecánicos 2 de flotabilidad positiva; y se puede usar acrilonitrilo-butadieno-estireno (ABS) para formar elementos filtrantes mecánicos 2 de flotabilidad negativa. Se apreciará que se pueden añadir cargas y otros materiales al polímero para alterar la densidad de los elementos filtrantes mecánicos 2. Por ejemplo, se puede añadir una carga que comprende talco a polietileno de alta densidad para formar un elemento filtrante mecánico 2 que tiene flotabilidad negativa. Los elementos filtrantes mecánicos 2 en el aparato filtrante mecánico 1 tienen sustancialmente la misma configuración en la presente realización. La composición de uno de dichos elementos filtrantes mecánicos 2 se describirá ahora a modo de ejemplo.
Con referencia a las figuras 6 y 7, el elemento filtrante mecánico 2 comprende una pared cilíndrica 17 que está abierta en cada extremo. La pared cilíndrica 17 tiene un eje longitudinal central X y un perfil sustancialmente circular.
La pared cilindrica 17 define un área de filtro 18 (representada por una línea circular discontinua en la figura7)que comprende una pluralidad de celdas filtrantes 19. Las celdas filtrantes 19 son celdas abiertas para atrapar partículas para realizar la filtración. Las celdas filtrantes 19 son alargadas y en la presente realización forman conductos que se extienden a lo largo del elemento filtrante mecánico 2. Como se muestra en la figura 6, cada una de las celdas filtrantes 19 tiene un primer extremo 20 y un segundo extremo 21. Se forma una primera abertura 22 de celda filtrante en dicho primer extremo 20 y se forma una segunda abertura 23 de celda filtrante en dicho segundo extremo 21. Por tanto, los primer y segundo extremos de la celda filtrante 19 están ambos abiertos. Como variante, las celdas filtrantes 19 podrían estar abiertas en el primer extremo 20 y cerradas en el segundo extremo 21. En una variante adicional, los primer y segundo extremos 20, 21 del conducto podrían estar ambos abiertos, pero podría disponerse una pared de cierre intermedia entre los primer y segundo extremos 20, 21 para formar dos celdas filtrantes separadas. El término "elemento filtrante de celda abierta" se usa en el presente documento para definir el elemento filtrante mecánico 2. En la presente realización, el área de filtro 18 comprende celdas filtrantes interiores 19IN y celdas filtrantes exteriores 19OUT. Las celdas filtrantes exteriores 19OUT están dispuestas radialmente fuera de las celdas filtrantes interiores 19IN.
Un marco interno 24 está formado dentro de dicha pared cilíndrica 17 para subdividir el área de filtro 18 para formar dichas celdas filtrantes 19. El marco interno 24 se forma integralmente con la pared cilíndrica 17 durante el moldeo del elemento filtrante mecánico 2. El marco interno 24 forma una pared de separación entre las celdas filtrantes 19. La pared cilíndrica 17 y el marco interno 24 son no porosos. Por lo tanto, se apreciará que los lados de las celdas filtrantes 19 son impermeables, inhibiendo así el flujo de fluido entre celdas filtrantes 19 adyacentes. El marco interno está configurado para aumentar la rigidez del elemento filtrante mecánico 2 para reducir la deformación bajo carga.
En la presente realización, el marco interno 24 comprende primera y segunda paredes diametrales 25-1, 25-2; un marco rectangular 26; y una pluralidad de miembros radiales 27. Las primera y segunda paredes diametrales 25-1, 25-2 están dispuestas perpendiculares entre sí y dividen el área de filtro 18 en cuatro (4) cuadrantes Q1-4. El marco rectangular 26 comprende cuatro paredes laterales 28 dispuestas perpendiculares entre sí y que tienen igual longitud para formar un cuadrado. El marco rectangular 26 está centrado en dicho eje longitudinal central X de modo que las primera y segunda paredes diametrales 25-1, 25-2 bisecan las paredes laterales 28. Las primera y segunda paredes diametrales 25-1, 25-2 y el marco rectangular 26 forman dichas celdas filtrantes interiores 19IN. En la presente realización, hay cuatro (4) de dichas celdas filtrantes interiores 19IN, que tienen, cada una, un perfil de sección transversal sustancialmente cuadrado. El marco interno 24 comprende cuatro paredes radiales 29 que se extienden radialmente hacia fuera desde las esquinas del marco rectangular 26 hasta la pared cilíndrica 17. Las celdas filtrantes exteriores 19OUT están formadas por la pared cilíndrica 17, las paredes radiales 29 y las paredes laterales 28. En la presente realización, hay ocho (8) celdas filtrantes exteriores 19OUT, que tienen, cada una, sustancialmente el mismo perfil de sección transversal. Como se muestra en la figura 7, las paredes laterales 28 y las paredes radiales 29 dividen cada cuadrante Q1-4 en tres celdas filtrantes 19. Por tanto, el elemento filtrante mecánico 2 en la presente realización consiste en doce (12) celdas filtrantes 19. El elemento filtrante mecánico 2 también comprende una pluralidad de aletas 30 que se proyectan radialmente hacia fuera desde una superficie exterior de la pared cilíndrica 17. En la presente realización, el elemento filtrante mecánico 2 comprende dieciocho de dichas aletas 30 distribuidas uniformemente alrededor de la circunferencia del elemento filtrante mecánico 2. El espacio entre las aletas 30 es mayor que la anchura de cada aleta 30 para reducir la probabilidad de que los elementos filtrantes mecánicos 2 se traben entre sí.
Las dimensiones (indicadas en milímetros) del elemento filtrante mecánico 2 de acuerdo con la presente realización se muestran en las figuras 8A y 8B. Las áreas de sección transversal de las celdas filtrantes 19 están definidas en un plano de referencia dispuesto perpendicular al eje longitudinal X del elemento filtrante mecánico 2. El elemento filtrante mecánico 2 tiene una longitud de aproximadamente 7 mm a lo largo del eje longitudinal X. La pared cilíndrica 17 tiene un diámetro interno de aproximadamente 7,88 mm. Por consiguiente, el área de filtro 18 es de aproximadamente 47,54 mm2. Las paredes que forman el marco interno 24 tienen, cada una, un espesor de 0,4 mm. Las celdas filtrantes interiores 19IN tienen dimensiones internas de 1,7 mm x 1,7 mm. Un área de sección transversal de cada celda filtrante interior 19IN es de aproximadamente 2,89 mm2 y el volumen interno es de aproximadamente 20,23 mm3. Las celdas filtrantes exteriores 19OUT tienen dimensiones internas de 2,28 mm x 1,59 mm. Un área de sección transversal de cada celda filtrante exterior 19OUT es de aproximadamente 2,85 mm2 y el volumen interno es de aproximadamente 19,95 mm3. Las aletas 30 tienen una longitud radial de aproximadamente 0,72 mm y un espesor de 0,3 mm en la presente realización. Las aletas 30 se extienden a lo largo de la longitud del elemento filtrante mecánico 2. El diámetro del elemento filtrante mecánico 2 medido desde las puntas de aletas 30 diametralmente opuestas es de 10 mm. Los elementos filtrantes mecánicos 2 tienen una relación masa-volumen en el intervalo de 150 a 200 kg/m3 en la presente realización. La configuración de los elementos filtrantes mecánicos 2 es tal que constituyen aproximadamente el 15 % del paquete filtrante estático 11 en volumen y el aproximadamente 85 % restante es agua.
El funcionamiento del aparato filtrante mecánico 1 de acuerdo con la presente realización se describirá ahora con referencia a las figuras 4 y 5. Los elementos filtrantes mecánicos 2 están adaptados para realizar filtración mecánica para eliminar partículas del agua suministrada desde la piscina 3. Los elementos filtrantes mecánicos 2 están dispuestos en la cámara de filtro 10 y forman colectivamente el paquete filtrante estático 11. Cuando el aparato filtrante mecánico 1 está funcionando en dicho modo de filtración, la válvula de control 9 está configurada para conectar el conducto de suministro 14 al primer conducto 7; y para conectar el segundo conducto 8 al conducto de retorno 15. El agua se introduce en la cámara de filtro 10 a través de la primera abertura 12 dispuesta en la parte superior de la cámara de filtro 10 y sale a través de la segunda abertura 13 dispuesta en la parte inferior de la cámara de filtro 10. El desplazamiento vertical entre las primera y segunda aberturas 12, 13 establece un flujo descendente de agua a través de la cámara de filtro 10, como se ilustra mediante las flechas en la figura 4. Como los elementos filtrantes mecánicos 2 tienen flotabilidad neutra, son transportados por el flujo descendente hacia el fondo de la cámara de filtro 10 donde se forma el paquete filtrante estático 11. Los elementos filtrantes mecánicos 2 son sustancialmente estacionarios dentro del paquete filtrante estático 11 durante la filtración debido al flujo continuo de agua a través de la cámara de filtro 10. Una vez formado, el paquete filtrante estático 11 es operativo para filtrar mecánicamente el agua atrapando partículas. Específicamente, el agua fluye entre los elementos filtrantes mecánicos 2 en el paquete filtrante estático 11 y fluye hacia las celdas filtrantes 19 a través de las primera y segunda aberturas de las celdas filtrantes 22, 23. La energía de las partículas suspendidas en el agua se disipa a medida que viajan a través del paquete filtrante estático 11, por ejemplo cuando entran en contacto con los elementos filtrantes mecánicos 2 y las aletas 30. El agua dentro de las celdas filtrantes 19 tiende a tener una velocidad más baja que las trayectorias de flujo entre los elementos filtrantes mecánicos 2, lo que puede reducir aún más la energía disponible para suspender partículas en el agua. De hecho, el agua puede estar estancada dentro de al menos algunas de las celdas filtrantes 19. Las partículas se coagulan (floculación) y son arrastradas (o empujadas) hacia los huecos formados en las celdas filtrantes 19. El mecanismo por el cual las partículas quedan atrapadas en las celdas filtrantes 19 se ilustra en la figura 9. La configuración de los elementos filtrantes mecánicos 2, incluida la relación entre el área de sección transversal y la longitud de las celdas filtrantes 19, crea una zona de agua estancada resistente al flujo a través del cuerpo del paquete filtrante estático 11 para evitar la pérdida de material particulado retenido. Las partículas quedan atrapadas mecánicamente por los elementos filtrantes mecánicos 2 que forman el paquete filtrante estático 11. De este modo, el agua se filtra mecánicamente mediante los elementos filtrantes mecánicos 2 en el paquete filtrante estático 11 y el agua filtrada se devuelve a la piscina 3 por medio del segundo conducto 8 y el conducto de retorno 15.
De este modo se forma una zona de retención "silenciosa" en las celdas filtrantes 19 cuando los elementos filtrantes mecánicos 2 se forman en dicho paquete filtrante estático 11. Las partículas suspendidas en el líquido pueden sedimentar en las celdas filtrantes 19 y/o sobre un exterior de los elementos filtrantes mecánicos 2. Durante la filtración, no hay suficiente flujo a través de las celdas filtrantes 19 para alterar la materia particulada atrapada. Una variedad de factores influyen en la dinámica de fluidos dentro de las celdas filtrantes 19, por ejemplo uno o más de los siguientes: superficie de las celdas filtrantes 19, forma de la sección transversal de las celdas filtrantes 19 y longitud de las celdas filtrantes 19. Modificando uno o más de estos factores, los elementos filtrantes mecánicos 2 pueden configurarse para filtrar partículas que tienen diferentes tamaños.
Las figuras 10 y 11 son primera y segunda imágenes 31, 32 que muestran la sedimentación de material particulado en el paquete filtrante estático 11. Las primera y segunda imágenes 31, 32 son fotografías tomadas en un aparato de prueba que comprende una carcasa transparente. Las primera y segunda imágenes 31, 32 se toman durante las etapas tempranas de una prueba de capacidad de retención para el paquete filtrante estático 11. Como se muestra en la figura 10, el material particulado se deposita sobre una superficie exterior de los elementos filtrantes mecánicos 2 entre las aletas 30; y también dentro de las celdas filtrantes 19. En la figura 11 se muestra una vista ampliada de los elementos filtrantes mecánicos 2.
A continuación se describirá el rendimiento del aparato filtrante mecánico 1 para filtrar mecánicamente partículas a partir de una muestra de agua con referencia a las figuras 12 y 13. En la figura 12 se muestra un primer gráfico 200 que representa las Unidades Nefelométricas de Turbidez (NTU) medidas después de la introducción de un contaminante en una muestra de agua para una serie de operaciones de filtración y limpieza. La prueba se realizó para un primer caudal de 8.400 litros por hora (l/h) (proporcionando un caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático de aproximadamente 30 m3/m2/h); y un segundo caudal de 14.000 litros por hora (l/h) (proporcionando un caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático 11 de aproximadamente 50 m3/m2/h). Un primer gráfico 205 muestra una medición de NTU mínima al primer caudal; y un segundo gráfico 210 muestra una medición de NTU promedio al primer caudal. Un tercer gráfico 215 muestra una medición de NTU mínima al segundo caudal; y un cuarto gráfico 220 muestra una medición de NTU promedio al segundo caudal.
En la figura 13 se muestra un segundo gráfico 300 que representa la eficiencia de reducción de turbidez (TRU) (%) después de la introducción de un contaminante en una muestra de agua para una serie de operaciones de filtración y limpieza. La prueba se realizó para un primer caudal de 8.400 litros por hora (l/h) (proporcionando un caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático 11 de aproximadamente 30 m3/m2/h); y un segundo caudal de 14.000 litros por hora (l/h) (proporcionando un caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático 11 de aproximadamente 50 m3/m2/h). Un primer gráfico 305 muestra una TRU mínima al primer caudal; y un segundo gráfico 310 muestra una TRU promedio al primer caudal. Un tercer gráfico 315 muestra una TRU mínima al segundo caudal; y un cuarto gráfico 320 muestra una medición de TRU promedio al segundo caudal. Un requisito mínimo de TRU del 50 % se representa mediante un quinto gráfico 325 en la figura 13.
Se cree que la profundidad del paquete filtrante estático 11 (denominada en el presente documento profundidad del paquete) puede afectar al funcionamiento del aparato filtrante mecánico 1. Se entenderá que el término "profundidad" en este contexto se refiere a la dimensión del paquete filtrante estático 11 en la dirección de flujo de líquido a través del paquete filtrante estático 11. En la figura 14 se muestra un tercer gráfico 400 que representa las Unidades Nefelométricas de Turbidez (NTU) medidas para diferentes profundidades de paquete. La prueba se realizó para un caudal de 8.400 litros por hora (l/h) (proporcionando un caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático 11 de aproximadamente 30 m3/m2/h). Un primer gráfico 405 muestra la medición de NTU para una profundidad de paquete de 100 mm; un segundo gráfico 410 muestra una medición de NTU para una profundidad de paquete de 150 mm; un tercer gráfico 415 muestra una medición de NTU para una profundidad de paquete de 200 mm; y un cuarto gráfico 420 muestra una medición de NTU para una profundidad de paquete de 400 mm. En la figura 15 se muestra un cuarto gráfico 500 que representa la eficiencia de reducción de turbidez (TRU) (%) después de la introducción de un contaminante en una muestra de agua para una serie de operaciones de filtración y limpieza. La prueba se realizó para un caudal de 8.400 litros por hora (l/h) (proporcionando un caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático 11 de aproximadamente 30 m3/m2/h). Un primer gráfico 505 muestra una TRU para una profundidad de paquete de 100 mm; un segundo gráfico 510 muestra una TRU para una profundidad de paquete de 150 mm; un tercer gráfico 515 muestra una TRU para una profundidad de paquete de 200 mm; y un cuarto gráfico 520 muestra una TRU para una profundidad de paquete de 400 mm.
La figura 16 es un quinto gráfico 600 que muestra la turbidez medida (NTU) y la eficiencia (%) durante una filtración de prueba para el aparato filtrante mecánico 1 de acuerdo con una realización de la presente invención. La prueba comprende hacer pasar un líquido de prueba a través del paquete filtrante estático 11 veinte (20) veces y medir la turbidez del líquido de prueba al final de cada segundo ciclo. Durante la prueba, el caudal del líquido de prueba a través del aparato filtrante mecánico 1 permaneció sustancialmente constante en aproximadamente 6 litros por minuto. A continuación se calculó la reducción de la turbidez basándose en la turbidez medida. Un primer gráfico 605 muestra la turbidez durante la prueba; y un segundo gráfico 610 muestra la eficiencia calculada.
La figura 17 es un sexto gráfico 700 que muestra el diferencial de presión (nPa) durante una prueba de capacidad de retención para el aparato filtrante mecánico 1 de acuerdo con una realización de la presente invención. La prueba implicó introducir restos de prueba en un líquido de prueba al comienzo de cada ciclo. Se esperaba que la introducción repetida de restos de prueba en el líquido de prueba provocara que la presión diferencial aumentara a medida que se bloquea el paquete filtrante estático 11. Sin embargo, como se muestra en un primer gráfico 705, durante esta prueba la presión diferencial permaneció sustancialmente sin cambios cuando se introdujeron restos de prueba en el líquido de prueba. Se cree que la presión diferencial sustancialmente sin cambios es el resultado de que la capacidad de retención de los elementos filtrantes mecánicos 2 no se alcanzó durante la prueba.
La figura 18 es un séptimo gráfico 800 que muestra la eficiencia de filtración del tamaño de partículas durante una prueba de capacidad y eficiencia de retención para un aparato filtrante mecánico 1 de acuerdo con una realización de la presente invención. Durante la prueba, se introdujo constantemente un contaminante en un líquido de prueba. Un primer gráfico 805 representa la eficiencia de filtración promedio del aparato filtrante mecánico 1 para eliminar partículas de un tamaño determinado (μm).
Se llevaron a cabo pruebas adicionales para proporcionar una comparación directa de la eficacia y eficiencia del aparato filtrante mecánico 1 que incorpora un paquete filtrante estático 11 que consiste en una pluralidad de dichos elementos filtrantes mecánicos 2 de acuerdo con una realización de la presente invención; y un aparato filtrante mecánico equivalente conocido 101 que incorpora un lecho filtrante estático 111 que consiste en arena como medio filtrante 102 del tipo ilustrado en las figuras 1 y 2. Para los fines de estas pruebas, se usaron bombas de velocidad variable 5 para bombear agua a través del respectivo aparato filtrante mecánico 1, 101.
La figura 19 es un octavo gráfico 900 que muestra la presión medida (bar) en las cámaras de filtro 10, 110 del aparato filtrante mecánico 101 conocido y el aparato filtrante mecánico 1 de acuerdo con una realización de la presente invención. Un primer gráfico 905 muestra la presión en la cámara de filtro 110 del aparato filtrante mecánico 101 conocido; y un segundo gráfico 910 muestra la presión en la cámara de filtro 10 del aparato filtrante mecánico 1 de acuerdo con una realización de la presente invención. El aumento de presión en la cámara de filtro 110 del aparato filtrante mecánico 101 conocido es representativo de una carga pesada de restos que hace que la arena que forma el lecho filtrante estático 111 se bloquee.
La figura 20 es un noveno gráfico 1000 que muestra el consumo de potencia medido (vatios) de una bomba 5 que funciona para bombear agua respectivamente a través del aparato filtrante mecánico 101 conocido y el aparato filtrante mecánico 1 de acuerdo con una realización de la presente invención. Un primer gráfico 1005 muestra el consumo de potencia del aparato filtrante mecánico 101 conocido; y un segundo gráfico 1010 muestra el consumo de potencia del aparato filtrante mecánico 1 de acuerdo con una realización de la presente invención. El aumento en el consumo de potencia por el aparato filtrante 101 conocido se puede atribuir al aumento gradual en la velocidad de funcionamiento de la bomba requerido para mantener un caudal constante a través del lecho filtrante estático 111 a medida que los restos quedan atrapados dentro de la arena.
Al menos determinadas realizaciones de los elementos filtrantes mecánicos 2 descritos en el presente documento tienen una mayor capacidad de retención que los medios filtrantes conocidos, tales como la arena. Esta mayor capacidad de retención permite que el aparato filtrante mecánico 1 continúe realizando la filtración durante un período de tiempo más largo antes de que se requiera limpieza, por ejemplo realizando un retrolavado. Como se muestra en la figura 19, los elementos filtrantes mecánicos 2 continúan filtrando con un cambio menor en la presión de funcionamiento en la cámara de filtro 10. De manera similar, el caudal a través de la cámara de filtro 10 está menos sujeto a cambios a medida que se filtran los restos. Al menos en determinadas realizaciones, el aparato filtrante mecánico 1 que incorpora los elementos filtrantes mecánicos 2 puede usar menos potencia que el aparato filtrante mecánico 101 conocido que usa arena para formar el lecho filtrante estático 111.
El aparato filtrante mecánico 1 en la presente realización se hace funcionar periódicamente en un modo de retrolavado para limpiar el paquete filtrante estático 11. Cuando el aparato filtrante mecánico 1 está funcionando en dicho modo de retrolavado, la válvula de control 9 conecta el conducto de suministro 14 al segundo conducto 8, y conecta el primer conducto 7 al conducto de drenaje de desechos 16. En esta configuración, se suministra agua desde la piscina 3 al segundo conducto 8 y se genera un flujo ascendente de líquido a través de la cámara de filtro 10. Como se muestra en la figura 5, el flujo ascendente desplaza los elementos filtrantes mecánicos 2 y rompe el paquete filtrante estático 11. Como los elementos filtrantes mecánicos 2 tienen una flotabilidad sustancialmente neutra, pueden desplazarse hacia arriba dentro de la cámara de filtro 10 para alterar y romper el paquete filtrante estático 11. El movimiento continuo de los elementos filtrantes mecánicos 2 dentro de la cámara de filtro 10 puede ayudar a desprender partículas atrapadas en las celdas filtrantes 19 durante la filtración. Las partículas se expulsan de la cámara de filtro 10 purgando el agua a través del conducto de drenaje de desechos 16. De este modo se puede limpiar el aparato filtrante mecánico 1. Se apreciará que el modo de retrolavado se puede implementar periódicamente para limpiar los elementos filtrantes mecánicos 2.
Los elementos filtrantes mecánicos 2 se usan para formar un paquete filtrante estático 11 (también denominado lecho filtrante estático) dentro del sistema de filtración 4 para piscinas. Durante el uso, el paquete filtrante estático 11 elimina partículas sólidas mediante la retención dentro de las celdas filtrantes 19. El paquete filtrante estático 11 no es un medio filtrante biológico y no utiliza tecnología de biopelícula. Más bien, los elementos filtrantes mecánicos 2 son un reemplazo directo de cualquier medio filtrante de lecho estático (tal como arena, bolas de vidrio o vidrio de sílice). La configuración de los elementos filtrantes mecánicos 2 es tal que el paquete filtrante estático 11 es capaz de eliminar y retener partículas sólidas que tienen tamaños tan pequeños como 1 micrón.
A continuación se describirá una variante del aparato filtrante mecánico 1 con referencia a las figuras 21 y 22. Se usan números de referencia similares para componentes similares en la descripción de esta disposición. El aparato filtrante mecánico 1 comprende una carcasa de filtro 6, un primer conducto 7, un segundo conducto 8 y una válvula de control 9. El primer conducto 7 y el segundo conducto 8 están dispuestos de modo que la primera abertura 12 esté dispuesta en una porción superior de la cámara de filtro 10 y la segunda abertura 13 esté dispuesta en una porción inferior de la cámara de filtro 10. Sin embargo, la válvula de control 9 se modifica de modo que, durante la filtración, el primer conducto 7 esté conectado al conducto de retorno 15; y el segundo conducto 8 está conectado al conducto de suministro 14. Por tanto, la dirección de flujo a través de la cámara de filtro 10 cuando funciona en el modo de filtración se invierte en comparación con la realización descrita anteriormente. Cuando el aparato filtrante mecánico 1 está funcionando en modo de filtración, el agua de la piscina 3 se introduce en la cámara de filtro 10 a través de la segunda abertura 13 y sale por la primera abertura 12. De este modo se establece un flujo ascendente de agua a través de la cámara de filtro 10 durante la filtración, como se ilustra mediante las flechas en la figura 21. El flujo ascendente desplaza el elemento filtrante mecánico 2 hacia arriba de modo que el paquete filtrante estático 11 se forma en la parte superior de la cámara de filtro 10. Cuando el aparato filtrante mecánico 1 está funcionando en dicho modo de retrolavado, el agua de la piscina 3 se introduce a través de la primera abertura 12 y sale por la segunda abertura 13. De este modo se establece un flujo descendente de agua a través de la cámara de filtro 10, como se ilustra mediante las flechas en la figura 22. El flujo descendente altera el paquete filtrante estático 11 y desprende partículas atrapadas durante la filtración. El agua en la cámara de filtro 10 se expulsa a través del conducto de drenaje de desechos 16 para retrolavar el aparato filtrante mecánico 1. Se apreciará, por lo tanto, que el funcionamiento de esta variante del aparato filtrante mecánico 1 corresponde estrechamente a la realización descrita anteriormente. Sin embargo, en esta variante, el paquete filtrante estático 11 se establece en la parte superior de la cámara de filtro 10 durante la filtración en lugar de en el fondo de la cámara de filtro 10.
El aparato filtrante mecánico 1 se ha descrito en el presente documento con referencia a elementos filtrantes mecánicos 2 que tienen una flotabilidad sustancialmente neutra en el agua. En una implementación alternativa, los elementos filtrantes mecánicos 2 tienen una gravedad específica que es menor que uno (equivalente a una densidad menor que 1 g/cm3) tienen flotabilidad positiva. En esta implementación, la flotabilidad positiva de los elementos filtrantes mecánicos 2 los desvía hacia la superficie del agua en la cámara de filtro 10. De este modo se forma el paquete filtrante estático 11 en la parte superior de la cámara de filtro 10. Los elementos filtrantes mecánicos 2 de flotabilidad positiva tienen aplicación particular en aparatos filtrantes en los que se genera un flujo ascendente de agua a través de la cámara de filtro 10 durante la filtración. Por ejemplo, los elementos filtrantes mecánicos 2 de flotabilidad positiva se pueden incorporar en el aparato filtrante mecánico 1 mostrado en las figuras 10 y 11. El flujo ascendente ayuda a formar el paquete filtrante estático 11 dentro de la cámara de filtro 10 para filtración. Por el contrario, durante el modo de retrolavado, la flotabilidad positiva de los elementos filtrantes mecánicos 2 puede promover el movimiento de los elementos filtrantes mecánicos 2 dentro de la cámara de filtro 10. Los elementos filtrantes mecánicos 2 tienden a flotar y el flujo descendente de agua durante el modo de retrolavado puede ayudar a establecer o promover la circulación de los elementos filtrantes mecánicos 2 dentro de la cámara de filtro 10, en lugar de hacer que se acumulen alrededor de la segunda abertura 13. El movimiento continuo de los elementos filtrantes mecánicos 2 puede ayudar a desprender las partículas atrapadas, promoviendo así el retrolavado.
En una alternativa adicional, los elementos filtrantes mecánicos 2 tienen una gravedad específica que es mayor que uno (equivalente a una densidad mayor que 1 g/cm3) y tienen flotabilidad negativa. En esta implementación, el paquete filtrante estático 11 se forma en el fondo de la cámara de filtro 10. Los elementos filtrantes mecánicos 2 de flotación negativa tienen aplicación particular en aparatos filtrantes en los que se genera un flujo descendente de agua a través de la cámara de filtro 10 durante la filtración. Por ejemplo, los elementos filtrantes mecánicos 2 de flotabilidad negativa se pueden incorporar en el aparato filtrante mecánico 1 mostrado en las figuras 4 y 5. El flujo descendente ayuda a formar el paquete filtrante estático 11 dentro de la cámara de filtro 10 para filtración. Por el contrario, durante el modo de retrolavado, la flotabilidad negativa de los elementos filtrantes mecánicos 2 puede promover el movimiento de los elementos filtrantes mecánicos 2 dentro de la cámara de filtro 10. Los elementos filtrantes mecánicos 2 tenderán a hundirse hasta el fondo del líquido en la cámara de filtro 10. El flujo ascendente de agua durante el modo de retrolavado puede ayudar a establecer o promover la circulación de los elementos filtrantes mecánicos 2 dentro de la cámara de filtro 10, en lugar de hacer que se acumulen alrededor de la segunda abertura 13. El movimiento continuo de los elementos filtrantes mecánicos 2 puede ayudar a desprender las partículas atrapadas, promoviendo así el retrolavado.
A continuación se describirá una realización adicional del aparato filtrante mecánico 1 con referencia a la figura 23. Se usan números de referencia similares para componentes similares en la descripción de esta disposición. El aparato filtrante mecánico 1 comprende una carcasa de filtro 6, un primer conducto 7 y un segundo conducto 8. La carcasa de filtro 6 forma una cámara de filtro 10. En la cámara de filtro 10 están provistos una pluralidad de elementos filtrantes mecánicos 2 para formar un paquete filtrante estático 11. Los elementos filtrantes mecánicos 2 son del tipo descrito en el presente documento de acuerdo con otros aspectos de la presente invención. Se ha determinado que los elementos filtrantes mecánicos 2 son eficaces incluso para un paquete filtrante estático 11 que tiene una profundidad relativamente pequeña. Por ejemplo, la profundidad del paquete filtrante estático 11 puede estar en el intervalo de 10 cm a 40 cm; de 15 cm a 40 cm; de 15 cm a 30 cm; o de 15 cm a 25 cm. En la presente realización, el paquete filtrante estático 11 tiene una profundidad de aproximadamente 20 cm. Se entenderá que diferentes profundidades del paquete filtrante estático 11 pueden ser apropiadas para diferentes aplicaciones, por ejemplo para filtrar partículas de diferentes tamaños.
La profundidad de la carcasa de filtro 6 se reduce en comparación con las otras realizaciones descritas en el presente documento, reduciendo así el volumen de la cámara de filtro 10. La carcasa de filtro 6 en la presente realización es un cilindro que tiene una sección transversal circular. En la presente realización, la carcasa de filtro 6 tiene un diámetro de aproximadamente 0,6 m. La sección transversal se extiende perpendicular a un eje longitudinal de la carcasa de filtro 6 (el eje longitudinal se extiende verticalmente en el plano de la lámina de la figura 23). Aunque el aparato filtrante mecánico 1 puede funcionar a presiones superiores a la presión atmosférica, las presiones operativas son inferiores a las de los filtros de la técnica anterior. Por tanto, la carcasa de filtro 6 puede tener otras secciones transversales no circulares. Por ejemplo, la carcasa de filtro 6 puede tener una sección transversal poligonal.
En la presente realización, una plataforma de soporte 33 está dispuesta en la carcasa de filtro 6 para soportar los elementos filtrantes mecánicos 2 por encima de una base de la cámara de filtro 10. La plataforma de soporte 33 puede tener la forma de una malla o rejilla que soporta los elementos filtrantes mecánicos 2 sin restringir el flujo de líquido a través de la cámara de filtro 10. La plataforma de soporte 33 está situada de modo que el paquete filtrante estático 11 se forme coincidente con la región de la cámara de filtro 10 que tiene el área de sección transversal más grande. La plataforma de soporte 33 puede reducir el caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático en el paquete filtrante estático 11. Se apreciará que se puede instalar una plataforma de soporte 33 en la carcasa de filtro 6 de acuerdo con las otras realizaciones de la presente invención.
El primer conducto 7 y el segundo conducto 8 están dispuestos de modo que la primera abertura 12 esté dispuesta en una porción superior de la cámara de filtro 10 y la segunda abertura 13 esté dispuesta en una porción inferior de la cámara de filtro 10. El primer conducto 7 está conectado a un conducto de suministro (no mostrado); y el segundo conducto 8 está conectado a un conducto de retorno (no mostrado). Un miembro guía de flujo 34 está dispuesto en una porción superior de la cámara de filtro 10 alineado con una primera abertura 12. El miembro guía de flujo 34 es operativo para desviar el líquido que entra en la cámara de filtro 10 radialmente hacia fuera, promoviendo así un flujo de líquido más uniforme a través del paquete filtrante estático 11. Cuando el aparato filtrante mecánico 1 está funcionando en modo de filtración, el agua de la piscina 3 se introduce en la cámara de filtro 10 a través de la primera abertura 12 y sale a través de una segunda abertura 13. De este modo se establece un flujo descendente de agua a través de la cámara de filtro 10 durante la filtración, como se ilustra mediante las flechas en la figura 23. El flujo descendente desplaza los elementos filtrantes mecánicos 2 hacia abajo contra la plataforma de soporte 33. La filtración del agua mediante los elementos filtrantes mecánicos 2 no cambia con respecto al mecanismo descrito en el presente documento con respecto a las realizaciones anteriores.
La limpieza de los elementos filtrantes mecánicos 2 se puede realizar invirtiendo la dirección de flujo dentro de la cámara de filtro 10. Como se describe en el presente documento, el agua de la cámara de filtro 10 se puede purgar a un conducto de drenaje (no mostrado).
El aparato filtrante mecánico 1 y el método descritos con referencia a las figuras 4 y 5; figuras 21 y 22; figura 23 invierten la dirección de flujo a través de la cámara de filtro 10 para desprender material filtrado de los elementos filtrantes mecánicos 2. Sin embargo, se ha reconocido que al menos parte del material filtrado puede purgarse de la cámara de filtro 10 sin cambiar sustancialmente la dirección de flujo y/o la trayectoria de flujo a través del paquete filtrante estático 11. Más bien, el caudal del líquido a través de la cámara de filtro 10 se puede cambiar para alterar el modo de funcionamiento del aparato filtrante mecánico 1. En particular, se puede realizar una operación de limpieza aumentando el caudal del líquido a través de la cámara de filtro 10. El caudal del líquido se puede aumentar, por ejemplo, en al menos un 25%, 50%, 75% o 100% para realizar la limpieza. El aumento del caudal puede desprender material filtrado del paquete filtrante estático 11. Se puede conectar una bomba de caudal variable al aparato filtrante mecánico 1 para ajustar el caudal del líquido a través de la cámara de filtro 10. De este modo, el material filtrado puede ser expulsado de forma controlable de la cámara de filtro 10 sin realizar un retrolavado. Se puede proporcionar un controlador, que comprende por ejemplo uno o más procesadores electrónicos, para controlar el funcionamiento de la bomba. Se puede realizar una operación de limpieza periódicamente, por ejemplo una vez cada una (1), dos (2), tres (3) o cuatro (4) semanas, según corresponda, para eliminar las partículas filtradas de la cámara de filtro 10. Se apreciará que el líquido de la cámara de filtro 10 puede redirigirse, por ejemplo a desechos, durante la operación de limpieza. El aparato filtrante mecánico 1 puede comprender medios de válvula, tales como una válvula de tres vías, para redirigir el flujo de líquido. Los medios de válvula pueden accionarse manual o automáticamente, por ejemplo mediante un accionador electromecánico. Como alternativa, se puede abrir una salida separada en la cámara de filtro 10 durante la operación de limpieza. Se puede proporcionar una válvula manual o automatizada para controlar la apertura y el cierre de la salida. En esta disposición, el paquete filtrante estático 11 permanecería sustancialmente intacto durante la operación de limpieza. En esta disposición, opcionalmente, se puede aumentar el volumen de la cámara de filtro 10 llena con elementos filtrantes mecánicos 2. La cámara de filtro 10 puede estar llena en mayor o igual que (>) 70 % en volumen de dichos elementos filtrantes mecánicos 2, por ejemplo en el intervalo del 70-90 %.
A continuación se describirá una realización adicional del aparato filtrante mecánico 1 con referencia a las figuras 24 y 25. Esta realización del aparato filtrante mecánico 1 es un desarrollo de la realización descrita con referencia a las figuras 21 y 22. Se usan números de referencia similares para componentes similares en la descripción de esta disposición.
Como se muestra en la figura 24, el aparato filtrante mecánico 1 comprende una carcasa de filtro 6, un primer conducto 7, un segundo conducto 8 y una válvula de control 9. La carcasa de filtro 6 define una cámara de filtro 10 que contiene una pluralidad de dichos elementos filtrantes mecánicos 2 que forman el paquete filtrante estático 11. En la presente realización, la cámara de filtro 10 está al menos sustancialmente sellada. El aparato filtrante mecánico 1 está configurado de modo que el agua sin filtrar de la piscina 3 se bombea a la cámara de filtro 10 a través del segundo conducto 8 y sale a través del primer conducto 7. El flujo general ascendente de agua a través de la cámara de filtro 10 se ilustra en la figura 24 mediante una serie de flechas. Los elementos filtrantes mecánicos 2 en la presente realización tienen flotabilidad sustancialmente neutra o flotabilidad positiva en el agua.
Como se describe en el presente documento, el aparato filtrante mecánico 1 puede comprender medios de agitación para agitar los elementos filtrantes mecánicos 2. El aparato filtrante mecánico 1 de acuerdo con la presente realización comprende medios para introducir aire en la cámara de filtro 10 para romper o alterar los elementos filtrantes mecánicos 2 que forman el paquete filtrante estático 11. El medio de introducción de aire (indicado generalmente por el número de referencia 37) comprende un conducto de suministro de aire 38, un colector de suministro 39 y una válvula unidireccional 40. El conducto de suministro de aire 38 tiene una toma a través de la cual se puede aspirar aire hacia la cámara de filtro 10. La válvula unidireccional 40 está dispuesta en el conducto de suministro de aire 38 proximal a la entrada. El colector de suministro 39 comprende una cámara central 41 y una pluralidad de conductos de distribución 42. La cámara central 41 está en comunicación fluida con el conducto de suministro de aire 38 a través del segundo conducto 8. Los conductos de distribución 42 se extienden radialmente hacia fuera desde la cámara central 41 y están dispuestos en, o proximales a, la base de la cámara de filtro 10. Los conductos de distribución 42 tiene, cada uno, una pluralidad de aberturas de entrada de aire 43 para introducir aire en la cámara de filtro 10. El conducto de suministro de aire 38 en la presente realización está conectado al segundo conducto 8 por medio de la válvula de control 9. La válvula unidireccional 40 está configurada para permitir que entre aire en el conducto de suministro de aire 38 y para evitar que el agua salga a través del conducto de suministro de aire 38. La válvula unidireccional 40 puede comprender, por ejemplo, un miembro de cierre solicitado por resorte. En una realización alternativa, la válvula unidireccional 40 se puede reemplazar con una válvula de dos vías que se puede abrir y cerrar selectivamente.
La válvula de control 9 está configurada de modo que, durante la filtración, el primer conducto 7 esté conectado a un conducto de retorno 15; y el segundo conducto 8 esté conectado a un conducto de suministro 14. El segundo conducto 8 sirve para suministrar agua sin filtrar desde la piscina; y el primer conducto 7 devuelve agua filtrada a la piscina. Además, la válvula de control 9 está configurada de modo que, durante el retrolavado, el primer conducto 7 esté cerrado; y el segundo conducto 8 esté conectado al conducto de suministro de aire 38. La carcasa 6 comprende un puerto de drenaje 44 dispuesto en la base de la cámara de filtro 10. En la presente realización, el puerto de drenaje 44 está conectado al conducto de drenaje de desechos 16 y se abre durante el retrolavado. La válvula de control 9 puede configurarse para controlar la apertura y el cierre del puerto de drenaje 44. Sin embargo, en la presente realización, se proporciona una válvula de drenaje 45 separada para abrir y cerrar el puerto de drenaje 44. La válvula de drenaje 45 se hace funcionar manualmente en la presente realización. En realizaciones alternativas, la válvula de drenaje 45 podría comprender un accionador, tal como un solenoide, para proporcionar un retrolavado automatizado o parcialmente automatizado. Se proporciona una malla 46 sobre el puerto de drenaje 44 para evitar que los elementos filtrantes mecánicos 2 entren en el conducto de drenaje de desechos 16 cuando la válvula de drenaje 45 está abierta. La malla 46 puede configurarse para controlar el flujo de agua desde la cámara de filtro 10 durante el retrolavado, por ejemplo dependiendo del tamaño y/o número de orificios en la malla 46.
Como se muestra en la figura 24, cuando el aparato filtrante mecánico 1 está realizando la filtración, la bomba 5 bombea el agua desde la piscina 3 a la carcasa de filtro 6. El agua bombeada se introduce en la cámara de filtro 10 a través del segundo conducto 8. El agua sin filtrar entra en la carcasa de filtro 6 a través de los conductos de distribución 42 del colector de suministro 39. El agua fluye hacia arriba a través de la cámara de filtro 10 y sale a través del primer conducto 7. Se entenderá que se establece un flujo ascendente de agua a través de la cámara de filtro 10 durante la filtración. El movimiento ascendente del agua desplaza los elementos filtrantes mecánicos 2 hacia arriba de modo que el paquete filtrante estático 11 se forma en la parte superior de la cámara de filtro 10.
Como se muestra en la figura 25, cuando el aparato filtrante mecánico 1 está realizando un retrolavado, la bomba 5 se detiene para inhibir el suministro de agua desde la piscina 3 a la carcasa de filtro 6. La válvula de control 9 se acciona para cerrar el primer conducto 7 y para conectar el segundo conducto 8 al conducto de suministro de aire 38. A continuación, se abre la válvula de drenaje 45 para permitir que el agua en la carcasa de filtro 6 fluya a través del puerto de drenaje 44 hacia el conducto de drenaje de desechos 16. Dado que la carcasa de filtro 6 está sellada, el flujo de agua que sale de la cámara de filtro 10 reduce la presión dentro de la carcasa de filtro 6 haciendo que la válvula unidireccional 40 se abra permitiendo que el aire sea aspirado hacia el conducto de suministro de aire 38. Al drenar el agua de la cámara de filtro sellada 10, la presión de funcionamiento cae por debajo de la presión atmosférica, aspirando así aire hacia la cámara de filtro 10 a través del conducto de suministro de aire 38. El aire entra en la cámara central 41 y es aspirado a su través hacia los conductos de distribución 42. A continuación, el aire se introduce en la cámara de filtro 10 a través de las aberturas de entrada de aire 43 formadas en los conductos de distribución 42. Las burbujas de aire resultantes viajan hacia arriba a través del agua en la cámara de filtro 10 y alteran los elementos filtrantes mecánicos 2 suspendidos. Los elementos filtrantes mecánicos 2 son agitados por las burbujas de aire y el paquete filtrante estático 11 se rompe. Se apreciará que el agua en la cámara de filtro 10 continúa drenando a través del puerto de drenaje 44, de modo que el nivel del agua continúa bajando, provocando una mayor agitación de los elementos filtrantes mecánicos 2 dentro de la cámara de filtro 10. Se entenderá que, al agitar los elementos filtrantes mecánicos 2, el material y los restos filtrados por los elementos filtrantes mecánicos 2 se desprenden y se devuelven al agua dentro de la cámara de filtro 10. La agitación de los elementos filtrantes mecánicos 2 continúa hasta que el nivel de agua en la cámara de filtro 10 cae por debajo de la posición de las aberturas de entrada de aire 43 formadas en el conducto de distribución 16. La introducción de aire en la cámara de filtro 10 continúa simultáneamente con el drenaje del agua de la cámara de filtro 10. Al drenar el agua a través del conducto de drenaje de desechos 16, el material y los restos se expulsan de la cámara de filtro 10. De este modo, los elementos filtrantes mecánicos 2 pueden limpiarse y quedar listos para realizar una filtración adicional. La presión en la cámara de filtro 10 vuelve a la presión atmosférica y la válvula unidireccional 40 se cierra.
Cuando la cámara de filtro 10 está vacía, se hace funcionar la válvula de control 9 para abrir el segundo conducto 8 y se reinicia la bomba 5. La válvula de control 9 se puede hacer funcionar para abrir el primer conducto 7. La válvula de drenaje 45 se hace funcionar para cerrar el puerto de drenaje 44 parcial o completamente para volver a llenar la cámara de filtro 10 con agua de la piscina 3. La válvula de drenaje 45 puede cerrarse después de abrir el segundo conducto 8 para realizar un lavado adicional de los elementos filtrantes mecánicos 2 y opcionalmente para lavar el segundo conducto 8. En disposiciones alternativas, la válvula de drenaje 45 puede cerrarse antes o simultáneamente con la apertura del segundo conducto 8. Opcionalmente, el retrolavado puede realizarse más de una vez. Por ejemplo, la cámara de filtro 10 puede rellenarse parcial o completamente, cerrarse el segundo conducto 8 y volverse a abrir la válvula de drenaje 45. Se entenderá que la válvula de drenaje 45 puede incorporarse a la válvula de control 9.
Cuando se completa el retrolavado, se hace funcionar la válvula de control 9 para abrir los primer y segundo conductos 7, 8. La bomba 5 se reinicia para bombear agua desde la piscina 3 a la carcasa de filtro 6. La válvula de drenaje 45 se hace funcionar para cerrar el puerto de drenaje 44 y la cámara de filtro 10 se rellena con agua de la piscina 3. Los elementos filtrantes mecánicos 2 reforman el paquete filtrante estático 11 y son operativos para realizar la filtración mecánica del agua.
El medio de introducción de aire 37 descrito con referencia a la presente realización es un sistema pasivo en la medida en que depende del drenaje de agua de la cámara de filtro 10 para aspirar aire a través del conducto de suministro de aire 38. Como alternativa, o además, se puede proporcionar una bomba de aire de forma activa para bombear aire a través del conducto de suministro de aire 38.
El aparato filtrante mecánico 1 mostrado en la figura 24 se puede implementar modificando un aparato filtrante para piscinas convencional, tal como un filtro de lecho de arena. De acuerdo con aspectos adicionales de la presente invención, se proporciona un kit de conversión para convertir un aparato filtrante para piscinas existente; y un método para convertir un aparato filtrante para piscinas existente.
A continuación se describirá la conversión del aparato filtrante conocido 101 mostrado en las figuras 1 y 2. El aparato filtrante 101 se modifica reemplazando el lecho filtrante estático 111 con una pluralidad de elementos filtrantes mecánicos 2 descritos en el presente documento para formar un paquete filtrante estático 11. Se proporciona un medio de introducción de aire 37 que comprende un conducto de suministro de aire 38 para introducir aire en la cámara de filtro 110. En particular, el medio de introducción de aire 37 está conectado de manera fluida a las segundas aberturas 113. Por tanto, las segundas aberturas 113 pueden reconfigurarse como aberturas de entrada de aire 43 para introducir aire en la cámara de filtro 10. La válvula de control se puede modificar para permitir que el segundo conducto 108 se conecte selectivamente al conducto de suministro de aire 38 para realizar el retrolavado. La modificación puede implementarse, por ejemplo, usando un puerto existente en la válvula de control. Como alternativa, la válvula de control puede reemplazarse para proporcionar una conexión al conducto de suministro de aire 38. La modificación también comprende proporcionar una válvula de drenaje 45 para controlar el drenaje de la cámara de filtro 10 a través de una salida de drenaje. La válvula de drenaje 45 se puede hacer funcionar manualmente o puede comprender un accionador electromecánico para proporcionar un funcionamiento automatizado o semiautomatizado. Como se describe en el presente documento, el aparato filtrante 101 conocido comprende una malla o rejilla provista sobre las aberturas de salida 113 para evitar que se escape el medio filtrante 102. La modificación del aparato filtrante 101 puede comprender reemplazar la malla existente con una malla 46 que tiene aberturas más grandes para proporcionar un mayor flujo al conducto de drenaje de desechos 16 mientras se retienen los elementos filtrantes mecánicos 2 en la cámara de filtro 10. El kit de conversión puede comprender medios de introducción de aire 37 del tipo descrito en el presente documento en combinación con una válvula de drenaje 45 para controlar el drenaje de la cámara de filtro 10. El kit de conversión también puede comprender opcionalmente una válvula de control 9 modificada. La válvula de control 9 puede, por ejemplo, comprender una válvula multipuerto operable para abrir y cerrar el primer conducto 7 y/o el segundo conducto 8 y/o la válvula de drenaje 45.
La adición de medios de introducción de aire 37 se ha descrito con referencia al aparato filtrante mecánico 1 configurado para establecer un flujo ascendente de agua a través del paquete filtrante estático 11 durante la filtración. Se apreciará que los medios de introducción de aire 37 también pueden implementarse en un aparato filtrante mecánico 1 en el que se establece un flujo descendente de agua a través del paquete filtrante estático 11, por ejemplo como se describe en el presente documento con referencia a las figuras 4 y 5. El conducto de suministro de aire 38 se conecta nuevamente al segundo conducto 8 de manera que se introduce aire en el fondo de la cámara de filtro 10. La válvula de control 9 puede modificarse para proporcionar las conexiones requeridas. El colector de suministro 39 de los medios de introducción de aire 37 puede conectarse al segundo conducto 8 para controlar la introducción de aire en la cámara de filtro 10.
Al menos algunas de las aberturas de entrada de aire 43 pueden dimensionarse para formar burbujas de aire que pueden entrar en las celdas filtrantes 19 formadas dentro de los elementos filtrantes mecánicos 2 para desprender material atrapado. Algunas de las aberturas de entrada de aire 43 pueden ser más grandes para formar burbujas más grandes para agitar los elementos filtrantes mecánicos 2, por ejemplo para romper el paquete filtrante estático 11. En determinadas realizaciones, las aberturas de entrada de aire 43 pueden tener diferentes tamaños para promover la formación de burbujas que tengan diferentes tamaños.
Se apreciará que se pueden realizar diversos cambios y modificaciones al aparato descrito en el presente documento sin apartarse del alcance de la presente solicitud. Por ejemplo, los elementos filtrantes mecánicos 2 podrían tener propiedades antibacterianas y/o antimicrobianas para inhibir la actividad biológica. Por ejemplo, se podría incorporar un agente antibacteriano en los elementos filtrantes mecánicos 2 o se podría aplicar como recubrimiento. Los agentes antibacterianos adecuados pueden incluir, por ejemplo, iones de plata; iones de plata con óxido de titanio; iones de plata con zinc, iones de plata con óxido de titanio (IV) o biocida. Los nombres comerciales de aditivos antibacterianos incluyen Mircroban, Biomaster, Bactiglass.
Se ha descrito que las celdas filtrantes interior y exterior 19IN, 19OUT tienen sustancialmente las mismas áreas de sección transversal. En una disposición modificada, las celdas filtrantes interior y exterior 19IN, 19OUT pueden tener diferentes áreas de sección transversal. Las celdas filtrantes interiores 19IN pueden tener áreas de sección transversal más pequeñas que las celdas filtrantes exteriores 19OUT. Como alternativa, las celdas filtrantes interiores 19IN pueden tener áreas de sección transversal más grandes que las celdas filtrantes exteriores 19OUT. El área de sección transversal más pequeña puede promover la filtración de partículas más pequeñas, por ejemplo debido a una menor velocidad del agua contenida en ellas que promueve la sedimentación.
En realizaciones alternativas, se podrían proporcionar diferentes tipos de elementos filtrantes mecánicos 2 en la cámara de filtro 10, por ejemplo para filtrar diferentes tamaños de partículas. Por ejemplo, la cámara de filtro 10 podría contener dos o más tipos de elementos filtrantes mecánicos 2 que tengan diferentes tamaños de celdas filtrantes 19. A modo de ejemplo, un primer elemento filtrante mecánico 2 podría comprender una o más celdas filtrantes 19 que tengan una primera área de sección transversal; y un segundo elemento filtrante mecánico 2 podría comprender una o más celdas filtrantes 19 que tengan una segunda área de sección transversal; en donde las áreas de sección transversal de las primera y segunda celdas filtrantes 19 son diferentes. Las proporciones de los elementos filtrantes mecánicos 2 podrían variarse para alterar las características de filtración del aparato filtrante mecánico 1. Por ejemplo, la proporción de los elementos filtrantes mecánicos 2 que tienen un tamaño más pequeño de celdas filtrantes 19 podría aumentarse para aumentar la filtración de partículas pequeñas.
La longitud de la celda filtrante 19 (medida a lo largo del eje longitudinal X) influye en el flujo en ella, lo que puede afectar a la filtración. Por ejemplo, cambiar la longitud efectiva de la celda filtrante 19 puede variar el tamaño de las partículas atrapadas en ella. El elemento filtrante mecánico 2 podría estar configurado para tener celdas filtrantes 19 que tengan diferentes longitudes. Por ejemplo, una primera celda filtrante 19 puede tener una primera longitud y una segunda celda filtrante 19 puede tener una segunda longitud, en donde la primera longitud es mayor que la segunda longitud. El elemento filtrante mecánico 2 podría moldearse por inyección; o podría ser una sección extruida que se corta en un ángulo diferente con respecto al eje longitudinal X en cada extremo. Esta configuración podría funcionar en una gama más amplia de caudales a través de la cámara de filtro 10. Como alternativa, o además, la cámara de filtro 10 podría contener dos o más tipos de elementos filtrantes mecánicos 2 que tengan diferentes longitudes de celdas filtrantes 19. A modo de ejemplo, un primer elemento filtrante mecánico 2 podría comprender una o más celdas filtrantes 19 que tengan una primera longitud; y un segundo elemento filtrante mecánico 2 podría comprender una o más celdas filtrantes 19 que tengan una segunda longitud; en donde las longitudes de las primera y segunda celdas filtrantes 19 son diferentes.
Los métodos/aparatos descritos en el presente documento pueden depender de la flotabilidad relativa de los elementos filtrantes mecánicos 2 (en combinación con la dirección de flujo) para ayudar a formar el paquete filtrante estático 11. Por ejemplo, los elementos filtrantes mecánicos 2 para su uso en un aparato filtrante mecánico 1 configurado para establecer un flujo descendente de líquido a través del paquete filtrante estático 11 pueden tener una flotabilidad negativa. Por el contrario, los elementos filtrantes mecánicos 2 para su uso en un aparato filtrante mecánico 1 configurado para establecer un flujo ascendente de líquido a través del paquete filtrante estático 11 pueden tener una flotabilidad positiva. Se apreciará, sin embargo, que el flujo de líquido a través de la cámara de filtro 10 puede ser suficiente para formar el paquete filtrante estático 11 independientemente de la flotabilidad relativa de los elementos filtrantes mecánicos y/o la dirección de flujo. En disposiciones alternativas, los elementos filtrantes mecánicos 2 pueden restringirse físicamente para formar el paquete filtrante estático 11 durante el funcionamiento en modo de filtración. Los elementos filtrantes mecánicos 2 podrían, por ejemplo, restringirse desplazando un miembro restrictivo en la cámara de filtro 10 durante la filtración. Los elementos filtrantes mecánicos 2 se pueden liberar durante el retrolavado. Restringiendo los elementos filtrantes mecánicos 2, el aparato filtrante mecánico 1 podría configurarse de modo que el flujo a través de los elementos filtrantes mecánicos 2 sea en dirección horizontal.
Se ha descrito que el aparato filtrante mecánico 1 establece un flujo ascendente o descendente de agua en la cámara de filtro 10 durante la filtración para formar el paquete filtrante estático 11. Sin embargo, esto no es esencial para el funcionamiento de la invención. Podría usarse un flujo lateral de agua para establecer el paquete filtrante estático 11. El flujo lateral podría usarse para desplazar los elementos filtrantes mecánicos 2 hacia un conducto de salida durante la filtración para formar el paquete filtrante estático 11. En esta disposición, las primera y segunda aberturas 12, 13 pueden estar desplazadas entre sí en dirección horizontal. Por supuesto, las primera y segunda aberturas 12, 13 pueden estar desplazadas entre sí tanto horizontal como verticalmente.
En una disposición adicional, el aparato filtrante mecánico 1 podría comprender un primer recipiente dispuesto dentro de un segundo recipiente. Los primer y segundo recipientes podrían estar dispuestos, por ejemplo, de forma concéntrica. Los elementos filtrantes mecánicos 2 podrían estar dispuestos en dicho primer recipiente y se podría establecer un flujo dirigido radialmente hacia dentro a través del primer recipiente durante la filtración. Como alternativa, los elementos filtrantes mecánicos 2 podrían estar dispuestos en dicho segundo recipiente y se podría establecer un flujo dirigido radialmente hacia fuera a través del primer recipiente durante la filtración.
Para promover la agitación de los elementos filtrantes mecánicos 2 durante el retrolavado, el aparato filtrante mecánico 1 puede comprender medios de agitación. Los medios de agitación pueden configurarse para romper o alterar los elementos filtrantes mecánicos 2 que forman el paquete filtrante estático 11. Por ejemplo, en la cámara de filtro 10 podría disponerse un miembro agitador mecánico, tal como un brazo giratorio u oscilante. Los medios de agitación podrían configurarse para agitar los elementos filtrantes desplazando la cámara de filtro 10, por ejemplo girando o haciendo vibrar la carcasa de filtro 6. Como alternativa, se puede introducir un suministro presurizado de fluido, ya sea líquido o gas, en la cámara de filtro 10 para agitar los elementos filtrantes mecánicos 2. El aparato filtrante mecánico 1 puede comprender, por ejemplo, una bomba de aire para introducir aire en la cámara de filtro 10 para agitar los elementos filtrantes mecánicos 2 durante el retrolavado.
En otra disposición, la cámara de filtro 10 puede estar ahusada para promover la formación del paquete filtrante estático 11. El área de sección transversal de la cámara de filtro 10 puede disminuir hacia una salida cuando el aparato filtrante mecánico 1 está funcionando en el modo de filtración. El flujo a través de la cámara de filtro 10 puede promover la formación del paquete filtrante estático 11 durante la filtración, al tiempo que facilita la alteración del paquete filtrante estático 11 durante el retrolavado. El ahusamiento puede extenderse, por ejemplo, sobre al menos el 30 %, 50%o 70%de la longitud de la cámara de filtro 10.
El aparato filtrante mecánico 1 se ha descrito con referencia particular a la realización de la filtración del agua de una piscina 3. Sin embargo, el aparato filtrante mecánico 1 podría usarse en otras aplicaciones para realizar la filtración mecánica de agua que ha sido tratada para suprimir la actividad biológica, por ejemplo añadiendo sal, cloro, ozono gaseoso u otros productos químicos. El aparato filtrante mecánico 1 podría usarse, por ejemplo, para realizar la filtración mecánica de piscinas, piscinas de recreo, jacuzzis, piscinas de spa y parques de recreo.
Además, se apreciará que el aparato filtrante mecánico 1 puede usarse para realizar filtración mecánica de líquidos distintos del agua. La densidad de los elementos filtrantes mecánicos 2 se puede modificar para proporcionar la flotabilidad positiva, negativa o neutra requerida en estos líquidos. Las gravedades específicas definidas en el presente documento se pueden aplicar con referencia a la densidad del líquido a filtrar.
Los elementos filtrantes mecánicos 2 no de acuerdo con la invención se describen con referencia a las figuras 26A-Q. Se usan números de referencia similares para componentes similares. Los elementos filtrantes mecánicos 2 se forman mediante moldeo por extrusión de un polímero que puede incluir opcionalmente una carga.
La principal diferencia con el elemento filtrante mecánico 2 es que se omiten las celdas filtrantes 19. En cambio, cada uno de los elementos filtrantes mecánicos 2 comprende una pluralidad de dichas aletas externas 30 que forman huecos para promover la sedimentación de partículas sobre una superficie exterior de los elementos filtrantes mecánicos 2. El uso de elementos filtrantes mecánicos 2 para realizar la filtración mecánica de un líquido no ha cambiado sustancialmente con respecto a las realizaciones descritas en el presente documento.
El elemento filtrante mecánico 2 ilustrado en la figura 26A comprende cuatro (4) aletas externas 30. Las aletas externas 30 se extienden radialmente hacia fuera desde un eje longitudinal X del elemento filtrante mecánico 2. La separación angular es sustancialmente la misma entre cada una de las aletas externas 30. Las aletas externas 30 están dispuestas sustancialmente perpendiculares entre sí.
El elemento filtrante mecánico 2 ilustrado en la figura 26B comprende ocho (8) aletas externas 30. Las aletas externas 30 se extienden radialmente hacia fuera desde un eje longitudinal X del elemento filtrante mecánico 2. El ángulo incluido es sustancialmente el mismo entre cada una de las aletas externas 30. Hay una separación angular de 45° entre las aletas externas 30.
El elemento filtrante mecánico 2 ilustrado en la figura 26C comprende seis (6) aletas externas 30. Las aletas externas 30 se extienden radialmente hacia fuera desde un eje longitudinal X del elemento filtrante mecánico 2. El elemento filtrante mecánico 2 está configurado de modo que se formen primer y segundo ángulos incluidos entre las aletas externas 30. Los primer y segundo ángulos incluidos son diferentes para proporcionar una dinámica de fluido diferente alrededor del elemento filtrante mecánico 2 dentro de un paquete filtrante estático 11. La primera separación angular es de 36° y la segunda separación angular es de 72°. Puede resultar útil otra separación angular entre las aletas externas 30.
El elemento filtrante mecánico 2 ilustrado en la figura 26D comprende diez (10) aletas externas 30. Las aletas externas 30 se extienden radialmente hacia fuera desde un eje longitudinal X del elemento filtrante mecánico 2. El ángulo incluido es sustancialmente el mismo entre cada una de las aletas externas 30. Hay una separación angular de 36° entre las aletas externas 30.
El elemento filtrante mecánico 2 ilustrado en la figura 26E comprende veinte (20) aletas externas 30. Las aletas externas 30 se extienden radialmente hacia fuera desde un eje longitudinal X del elemento filtrante mecánico 2. El ángulo incluido es sustancialmente el mismo entre cada una de las aletas externas 30. Hay una separación angular de 18° entre las aletas externas 30.
El elemento filtrante mecánico 2 ilustrado en la figura 26F comprende cuarenta (40) aletas externas 30. Las aletas externas 30 se extienden radialmente hacia fuera desde un eje longitudinal X del elemento filtrante mecánico 2. El ángulo incluido es sustancialmente el mismo entre cada una de las aletas externas 30. Hay una separación angular de 9° entre las aletas externas 30.
Los elementos filtrantes mecánicos 2 ilustrados en las figuras 26G-L corresponden a los elementos filtrantes mecánicos 2 ilustrados en las figuras 26A-F, respectivamente. Sin embargo, en estas disposiciones, se forma un elemento de soporte 35 en una sección central de los elementos filtrantes mecánicos 2. El elemento de soporte 35 se extiende a lo largo del eje longitudinal X y las aletas externas 30 se extienden radialmente hacia fuera. Durante el uso, el elemento de soporte 35 define una superficie externa sobre la cual pueden sedimentar las partículas. El elemento de soporte 35 en cada una de las disposiciones ilustradas en las figuras 26G-L tiene una sección transversal circular. Se entenderá que el elemento de soporte 35 puede tener diferentes configuraciones. El elemento de soporte 35 puede presentar, por ejemplo, una sección transversal poligonal. Como alternativa, o además, el elemento de soporte 35 puede definir superficies cóncavas o convexas entre las aletas externas 30. El elemento filtrante mecánico 2 ilustrado en la figura 26M comprende un elemento de soporte 35 que tiene una sección transversal hexagonal. Los elementos filtrantes mecánicos 2 ilustrados en las figuras 26N-Q comprenden, cada uno, un elemento de soporte 35 que tiene una sección transversal octogonal. Además, los elementos filtrantes mecánicos 2 ilustrados en las figuras 26O-Q comprenden una o más aletas externas ramificadas 30.
Los elementos filtrantes mecánicos 2 ilustrados en las figuras 26A-Q comprenden aletas externas 30 que se extienden radialmente hacia fuera. Sin embargo, son útiles otras configuraciones de las aletas externas 30. Por ejemplo, al menos algunas de las aletas externas 30 pueden extenderse paralelas entre sí. En las figuras 26A-F se ilustran elementos filtrantes mecánicos 2 no de acuerdo con la presente invención. Se usan números de referencia similares para componentes similares.
Con referencia a la figura 27A, el elemento filtrante mecánico 2 comprende un elemento de soporte 35 que es alargado a lo largo de un eje transversal. Las aletas externas 30 se extienden hacia fuera desde el elemento de soporte 35 y están dispuestas sustancialmente paralelas entre sí. Las aletas externas 30 están dispuestas sustancialmente perpendiculares al elemento de soporte 35. En la figura 27B se ilustra una disposición modificada en la que las aletas externas 30 forman un ángulo agudo con el elemento de soporte 35. En las disposiciones ilustradas en las figuras 27A y 27B, todas las aletas externas 30 tienen la misma longitud. Sin embargo, se entiende que el elemento filtrante mecánico 2 puede comprender aletas externas 30 que tienen diferentes longitudes. A modo de ejemplo, en las figuras 27C y 27D se ilustran disposiciones alternativas del elemento filtrante mecánico 2 que tienen aletas externas 30 que tienen diferentes longitudes.
Los elementos filtrantes mecánicos 2 ilustrados en las figuras 27A-D tienen un centro de masa que coincide sustancialmente con el eje longitudinal X. Sin embargo, se cree que las disposiciones en las que el centro de masa está desplazado respecto al eje longitudinal X de los elementos filtrantes mecánicos 2 también son útiles. Al desplazar el centro de masa, los elementos filtrantes mecánicos 2 pueden estar predispuestos para adoptar una orientación particular en el líquido. A modo de ejemplo, en las figuras 27E y 27F se ilustran disposiciones alternativas del elemento filtrante mecánico 2 que comprende un cuerpo 36. Dependiendo de la gravedad específica del material, el elemento filtrante mecánico 2 puede estar predispuesto para adoptar una orientación en la que las aletas externas 30 estén dispuestas por encima o por debajo del cuerpo 36. También se cree que son útiles otras configuraciones de los elementos filtrantes mecánicos 2.
Se apreciará que se pueden realizar cambios y modificaciones adicionales a los elementos filtrantes mecánicos 2 sin apartarse de la invención como se define en la reivindicación 1.
Se entenderá que se pueden realizar otros tipos de filtración, tales como filtración biológica, además de la filtración mecánica. Se prevé que cualquier filtración biológica de este tipo se realizaría como una etapa de filtración separada, por ejemplo en una cámara de filtración biológica separada.
El aparato filtrante mecánico 1 se puede usar en combinación con un filtro ultravioleta (UV) para aclarar el agua.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Un elemento filtrante mecánico (2) para formar un paquete filtrante estático (11) para realizar la filtración mecánica de un líquido, comprendiendo el elemento filtrante mecánico (2) una pluralidad de celdas filtrantes (19); teniendo cada una de las celdas filtrantes (19) un área de sección transversal menor o igual a 3 mm2 y un volumen interno menor de 30 mm3;
en donde el elemento filtrante mecánico (2) comprende una pared cilíndrica (17) y un marco interno (24), la pared cilíndrica (17) define un área de filtro (18), estando formado el marco interno (24) dentro de dicha pared cilíndrica (17) para subdividir el área de filtro (18) para formar dichas celdas filtrantes (19), estando formado el marco interno (24) integralmente con la pared cilíndrica (17) durante el moldeo del elemento filtrante mecánico (2) y formando una pared de separación entre las celdas filtrantes (19); siendo la pared cilíndrica (17) y el marco interno (24) no porosos.
2. Un elemento filtrante mecánico (2) de acuerdo con la reivindicación 1, en donde cada celda filtrante (19) tiene un área de sección transversal mayor o igual a 1 mm2.
3. Un elemento filtrante mecánico (2) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde cada celda filtrante (19) tiene al menos sustancialmente la misma área de sección transversal, teniendo cada celda filtrante (19) un área de sección transversal en el intervalo de 2,8 mm2 a 2,9 mm2.
4. Un elemento filtrante mecánico (2) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos una primera celda filtrante (19) y al menos una segunda celda filtrante (19); en donde la al menos una primera celda filtrante está configurada para filtrar mecánicamente partículas que tienen un tamaño más pequeño que las partículas filtradas mecánicamente por dicha al menos una segunda celda filtrante.
5. Un elemento filtrante mecánico (2) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el elemento filtrante mecánico (2) tiene una relación de aspecto definida como una relación entre la longitud del elemento filtrante mecánico (2) y una dimensión transversal del elemento filtrante mecánico (2), siendo la relación de aspecto uno de los siguientes intervalos inclusivos: de 0,25 a 1,25; de 0,4 a 1,1; y de 0,6 a 1.
6. Un elemento filtrante mecánico de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la pluralidad de celdas filtrantes comprende celdas filtrantes interiores y celdas filtrantes exteriores, estando dispuestas las celdas filtrantes exteriores radialmente fuera de las celdas filtrantes interiores.
7. Un aparato filtrante mecánico (1) para eliminar partículas de un líquido, comprendiendo el aparato filtrante mecánico (1):
una cámara de filtro (10) que contiene una pluralidad de elementos filtrantes mecánicos (2) para formar un paquete filtrante estático (11) para filtrar mecánicamente el líquido;
comprendiendo cada uno de los elementos filtrantes mecánicos (2) una pluralidad de celdas filtrantes (19), teniendo cada una de las celdas filtrantes (19) un área de sección transversal menor o igual a 3 mm2 y un volumen interno menor de 30 mm3;
en donde los elementos filtrantes mecánicos (2) comprenden, cada uno, una pared cilíndrica (17) y un marco interno (24), definiendo la pared cilíndrica (17) un área de filtro (18), estando formado el marco interno (24) dentro de dicha pared cilíndrica (17) para subdividir el área de filtro (18) para formar dichas celdas filtrantes (19), formándose el marco interno (24) integralmente con la pared cilíndrica (17) durante el moldeo del elemento filtrante mecánico (2) y formando una pared de separación entre las celdas filtrantes (19); siendo la pared cilíndrica (17) y el marco interno (24) no porosos.
8. Un aparato filtrante mecánico (1) de acuerdo con la reivindicación 7, en donde el aparato filtrante mecánico (1) es operable para generar un flujo del líquido a través de la cámara de filtro (10) para establecer el paquete filtrante estático (11) y para filtrar mecánicamente el líquido.
9. Un aparato filtrante mecánico (1) de acuerdo con la reivindicación 7 o la reivindicación 8, en donde el aparato filtrante mecánico (1) está configurado para proporcionar un caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático en el intervalo de 20 m3/m2/h a 60 m3/m2/h.
10. Un método para filtrar mecánicamente un líquido, comprendiendo el método:
disponer una pluralidad de elementos filtrantes mecánicos (2) en una cámara de filtro (10), comprendiendo cada uno de los elementos filtrantes mecánicos (2) una pluralidad de celdas filtrantes (19), teniendo cada una de las celdas filtrantes (19) un área de sección transversal menor o igual a 3 mm2 y un volumen interno menor de 30 mm3;
en donde los elementos filtrantes mecánicos (2) comprenden, cada uno, una pared cilíndrica (17) y un marco interno (24), definiendo la pared cilíndrica (17) un área de filtro (18), estando formado el marco interno (24) dentro de dicha pared cilíndrica (17) para subdividir el área de filtro (18) para formar dichas celdas filtrantes (19), estando formado el marco interno (24) integralmente con la pared cilíndrica (17) durante el moldeo del elemento filtrante mecánico (2) y formando una pared de separación entre las celdas filtrantes (19); siendo la pared cilíndrica (17) y el marco interno (24) no porosos;
durante la filtración, hacer pasar el líquido a través de la cámara de filtro (10) para establecer un paquete filtrante estático (11) de dichos elementos filtrantes mecánicos para filtrar mecánicamente el líquido.
11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende romper periódicamente el paquete filtrante estático (11) agitando los elementos filtrantes mecánicos (2) para desprender partículas filtradas de dichas celdas filtrantes.
12. Un método de acuerdo con la reivindicación 11, en donde romper el paquete filtrante estático (11) comprende introducir aire en la cámara de filtro (10) a través de un conducto de suministro de aire (42) para agitar los elementos filtrantes mecánicos (2), estando la cámara de filtro (10) al menos sustancialmente sellada y siendo aspirado el aire hacia el conducto de suministro de aire (42) a medida que se drena agua desde la cámara de filtro (10).
13. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en donde el caudal por unidad de superficie del paquete filtrante estático está en el intervalo de 20 m3/m2/h a 60 m3/m2/h.
14. Un elemento filtrante mecánico (2) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en donde el elemento filtrante mecánico (2) tiene un acabado superficial liso.
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