ES2962888T3 - Método para la producción de agua empobrecida en iones y planta de producción - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método y a una instalación para producir líquido empobrecido, en particular agua potable desprovista de iones, a partir de un líquido primario, como por ejemplo agua de mar. El método comprende las etapas de suministrar el líquido primario a un cristalizador, enfriar el líquido primario en el cristalizador de modo que el líquido primario en el cristalizador se enfríe hasta el rango de una temperatura de transición de fase del líquido primario o inferior, y al menos parcialmente hacer la transición del líquido primario a la fase sólida para producir hielo primario en el cristalizador, y comprimir el hielo primario para separar un líquido portador enriquecido (14) del líquido empobrecido. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Método para la producción de agua empobrecida en iones y planta de producción

Descripción

Campo de invención

La invención se refiere a un método para producir agua empobrecida en iones y una planta de producción para proporcionar agua empobrecida en iones. Las características esenciales de la invención pueden encontrarse en las reivindicaciones independientes 1 y 4. Otras realizaciones preferidas se describen en las reivindicaciones dependientes 2-3, 5-17.

Antecedentes de la invención

La población mundial actual supera ya los 7.000 millones de personas. Se prevé que esta cifra aumente a 10.100 millones en los próximos 90 años. Parece posible que en 2025 dos tercios de la población mundial no tengan acceso directo al agua potable. Zonas como el norte de África, el suroeste de Asia y la costa suroeste de Sudamérica son áreas con comparativamente menos oportunidades de crear un acceso directo. Normalmente, los países que sufren escasez de agua no tienen una población acomodada, excepto en los países exportadores de petróleo, aunque suelen tener un elevado superávit solar.

Las mejoras podrían lograrse transportando agua de un país a otro. Sin embargo, esto es costoso y suele limitarse normalmente al continente respectivo. En este contexto ya se ha introducido la moneda “Agua virtual” para impedir el comercio de bienes que requieren mucha agua para su producción con países que tienen agua en medida más que suficiente. Todo esto demuestra lo importante que es o será el acceso al agua potable.

Las plantas desalinizadoras de agua de mar son una posibilidad de abastecimiento de agua potable. Éstas dependen en gran medida del proceso de desalinización empleado. Hoy predominan la ósmosis inversa o la evaporación. Ambas tecnologías tienen en común que requieren un gran número de productos químicos diferentes para su funcionamiento, por lo que no son muy adecuadas para un uso aislado, por ejemplo en islas. También requieren mucha energía eléctrica, por lo que combinarlas con fuentes de energía renovables elevaría aún más los costes.

Las plantas desalinizadoras de agua de mar existentes que emplean fuentes de energía alternativas para reducir las emisiones de C02 se basan en combinaciones de desalinización térmica con centrales nucleares. En este proceso se emplean vapor y energía “residuales”.

En las instalaciones de ósmosis inversa ya se emplean auténticas fuentes de energía renovables. Aquí se consiguen tarifas de agua de 3,14 €/m3 a 9 €/m3.

La desalinización térmica con fuentes de energía renovables podría emplear la energía solar directamente para evaporar el agua, pero hasta ahora sólo hay actividad investigadora al respecto. En este caso se prevén costes de 3,50 €/m3 a 8 €/m3

Un problema adicional cuando se opera con energías renovables es la fluctuación de la potencia disponible. Por ello, las centrales deben ser capaces de compensar estas fluctuaciones. Esto conlleva un nuevo aumento de los costes operativos.

El proceso de cristalización por congelación es conocido por el ser humano desde hace mucho tiempo, ya que también puede producirse de forma natural, por ejemplo en los glaciares de la Antártida. Científicos californianos quisieron aprovechar esto y propusieron transportar hielo marino a la costa californiana para producir agua potable.

Por ejemplo, la especificación de patente británica GB409499A muestra el movimiento de bloques de hielo a través de dos tornillos sinfín y su posterior prensado a través de una salida de descarga con estrechamiento (F.Luedke, "An ice making apparatus."1934). La especificación de patente estadounidense US2241726A muestra un método en el que se ilustra la cristalización del agua en un tubo equipado con un tornillo sinfín con una función de prensado posterior. Durante el proceso de prensado, el hielo se calienta ligeramente para que los volúmenes de agua intersticial encerrados salgan del hielo más fácilmente. El agua intersticial se drena a continuación.

La técnica se ha adaptado de forma modificada, pero no directamente transferible, para el prensado de alimentos, por ejemplo uvas, o para la producción de helados.

Los desarrollos relacionados con la desalinización del agua, por otra parte, suelen requerir un tratamiento posterior para la producción de hielo o agua potable.

Así, por ejemplo, existe un método en el que el hielo se produce en una columna y se lava con un líquido que es inmiscible con el agua (A. Brodt, "METHODS OF DESALINATION AND RINSING; AND THEREFOR", 2015). En lugar de emplear semejante líquido de lavado, también puede emplearse aire frío o producto fundido.

Las invenciones anteriores emplean el lavado mediante un líquido como postratamiento. Sin embargo, el lavado con agua potable del cristalizado tiene la desventaja de que el producto se desperdicia de esta manera.

Para este proceso, por ejemplo, el documento WO2013/060712 A1 recomienda en cambio la purificación mediante filtración. Yu recomienda triturar el hielo con un molino de martillos seguido de centrifugación, que también recomienda Wang (T. Yu, C. Weibin, M. Jun, G. Wei, J. Zhanbin, G. Xiaochong, and L. Chunliang, "Continuous ice centrifugal desalination method,” 2013;C.-W. Wang, “LIQUID DESALINATION DEVICE,”2015).

Esto significa que, a pesar de los abundantes estudios ya disponibles, se sigue investigando en este campo y se busca una realización económica. A pesar de las ventajas, hasta el momento no ha sido posible una implementación económica debido a las dificultades, particularmente en el proceso de enfriamiento y congelación. Los métodos descritos hasta ahora son muy diferentes del método presentado en la presente solicitud de patente.

Ya se ha demostrado a escala de laboratorio que es posible producir agua potable congelando agua de mar. Sin embargo, aún no ha sido posible aplicarlo a gran escala industrial, lo que permitiría abastecer de agua potable a muchas personas y ello a costes competitivos. Esto se debe principalmente a los requisitos de alto rendimiento termodinámico, bajos costes de inversión y reducidas necesidades de mantenimiento. Otros documentos relevantes son US 2241 726 A, US 3232 218 A, CN 205873943 y JP 2000258005.

Debido a la demanda cada vez mayor de disponibilidad de agua potable, existe un interés constante en plantas y métodos nuevos, más eficientes, más productivos y/o más baratos de operar para la producción de agua empobrecida en iones.

La invención aquí descrita asume este estado de cosas y se refiere más bien a un proceso de producción simple, efectivo, controlable y continuo que ahorra energía.

Descripción general de la invención

En este contexto, la presente invención se ha fijado la tarea de proporcionar un método de este tipo para la producción de líquido empobrecido en iones - en particular agua potable - que consuma menos recursos, en particular que requiera menos energía (sobre todo eléctrica) para su funcionamiento y, en particular, que requiera también menos recursos, como el agua potable, para su funcionamiento. Por tanto, el proceso es rentable, pero al mismo tiempo fiable y duradero.

Otro aspecto de la presente invención es proporcionar una planta de producción para la producción de líquido empobrecido en iones - en particular agua potable. La planta de producción también funciona con un uso menos intensivo de recursos, es decir, requiere menos energía (eléctrica) para operarla y, en particular, también consume menos recursos, como por ejemplo agua potable. Esto hace que la planta de producción sea rentable, pero también fiable y duradera.

La presente invención también describe un método que permite eliminar iones disueltos de un líquido como el agua, si es necesario sin aditivos químicos y sin filtración adicional. Una aplicación preferida para ello es la desalinización del agua de mar.

A continuación se exponen brevemente las ideas básicas de la invención para facilitar su comprensión, antes de tratar con más detalle cada uno de los aspectos.

El método proporciona agua en fase gélida y permite producir hielo total o predominantemente libre de iones a partir de agua rica en iones. Las etapas del proceso empleadas para esto aún no se han implementado en ningún otro método simple y continuo.

Un aspecto de la invención consiste en separar el hielo libre de iones del agua enriquecida en iones. Otro aspecto de la invención es hacer posible, mediante el uso de grupos frigoríficos por compresión - que, por ejemplo, pueden funcionar con energía solar -, que la mayor parte de la energía empleada sea recuperable.

Por ejemplo, el agua, especialmente el agua de mar, puede enfriarse con un medio frío. Al enfriarse, el agua puede cristalizarse. Así se obtienen por encima del punto eutéctico, por un lado, cristales de hielo puro y, por otro, una solución concentrada.

Los inventores han descubierto que la solución suele acumularse en canales verticales o capas de fluido adheridas en la superficie del cristal de hielo o en intersticios entre partículas hasta volúmenes completamente atrapados. Por lo tanto, separar el hielo de la solución circundante para obtener agua potable no es sencillo. Además, los inventores han descubierto que se puede conseguir una reducción de los volúmenes atrapados mediante una turbulencia superficial efectiva (por ejemplo, mediante agitación).

En comparación con los sistemas de ósmosis inversa, la planta y el método aquí presentados no requieren ventajosamente la adición de productos químicos. Además, los sistemas de ósmosis inversa no permiten interrupciones en el funcionamiento porque las membranas se obstruyen con precipitaciones de cal durante las interrupciones. Por lo tanto, pueden observarse otras ventajas del método según la invención, en particular en el funcionamiento solar (es decir, suministro de energía eléctrica mediante sistema fotovoltaico) con la típica interrupción nocturna.

El proceso de cristalización por congelación se basa en el efecto físico de la expulsión de iones de los cristales en crecimiento durante la formación de hielo mediante el descenso de la temperatura del líquido primario al menos hasta alcanzar el punto de congelación, es decir, mediante extracción de energía térmica. En los cristales puros, el líquido enriquecido concentrado puede ser recogido en canales o poros intercristalinos. El volumen de estos canales aumenta con la concentración de iones. Con el líquido enriquecido atrapado entre los cristales de hielo, la masa puede adquirir la consistencia de una pasta o papilla.

Cambiando los parámetros del proceso como la temperatura o la turbulencia de la solución, o modificando la transferencia de calor, se pueden conseguir diferentes tasas de crecimiento. Unas tasas de crecimiento más elevadas dan lugar a ramificaciones más complejas en el cristal de hielo y a canales más estrechos con mayor resistencia al flujo y menor expulsión de iones. Esto ocurre cuando la solución que rodea al hielo tiene una mayor concentración de iones y un punto de congelación más bajo que el resto de la solución. En estos puntos del "frente de hielo" se produce un mayor crecimiento del cristal, lo que puede desencadenar inclusiones líquidas. El ajuste de la turbulencia o la mezcla del fluido primario pueden mejorar esto reduciendo el gradiente de concentración cerca del "frente de hielo". El frente de hielo es la zona en la que tiene lugar la formación de hielo en un momento dado. El frente de hielo, por ejemplo, puede ser plano si el hielo se forma en una superficie fría. El frente de hielo puede ser esférico si el hielo se forma sobre una partícula o un "cuerpo extraño" en el agua y a partir de ahí el agua circundante se une a la formación de hielo.

El objeto de la invención se resuelve mediante el objeto de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes se definen otros desarrollos ventajosos de la invención.

Se presenta un método para la producción de líquido empobrecido, en particular para la producción de agua potable empobrecida en iones. El líquido empobrecido se produce a partir de un líquido primario, que comprende las etapas introducción del líquido primario en un cristalizador, enfriamiento del líquido primario en el cristalizador de modo que el líquido primario en el cristalizador alcance el rango de una temperatura de transición de fase del líquido primario o inferior, y transición al menos parcialmente del líquido primario a la fase sólida para producir hielo primario en el cristalizador, así como prensado del hielo primario para separar un líquido portador enriquecido del líquido empobrecido.

Al enfriar el líquido primario hasta o por debajo de la temperatura de transición de fase líquida a sólida, cristaliza un hielo primario.

En una realización ventajosa, la congelación del agua se combina con un prensado mediante un proceso de extrusión en una etapa común y se conecta a un sofisticado sistema de recuperación de energía.

Una de las ventajas de la invención es la pequeña cantidad de energía requerida, que teóricamente es solo alrededor de 1/7 en comparación con el proceso de evaporación. (Véase Ahs =333,1 kJ/kg y Ahv 2.419 kJ/kg). Otras ventajas se refieren a la exposición significativamente menor a la corrosión y/o precipitación por cal o microorganismos en o sobre la planta. Aunque la filtración de las partículas en suspensión también es ventajosa en este método, el pretratamiento biológico y químico puede omitirse de manera ventajosa, ya que las partículas o moléculas pueden ser expulsadas de la red cristalina, al menos en su mayor parte, durante el proceso de cristalización. A continuación se pueden eliminar con el "agua intersticial" o el líquido enriquecido.

Si se comparan los distintos métodos aquí propuestos con los conocidos, se logran una simplificación significativa de la planta y una reducción de los costes de funcionamiento.

Por ejemplo es más fácil implementar una planta automatizada, especialmente sin personal de vigilancia, empleando el método o la planta aquí presentados. Esto es importante para el uso en el sector privado para la producción de agua potable propia. Además, debido a la menor corrosión a causa de las menores temperaturas, la vida útil de los componentes es mayor, lo que conduce a una distribución de la inversión a lo largo de un periodo de tiempo más prolongado y, por tanto, a una reducción de los costes del agua.

Para el experto en la materia es evidente que, si bien la invención es particularmente ventajosa para la producción de agua potable, en principio también puede emplearse con otras máquinas y para la producción de otros líquidos empobrecidos o enriquecidos. Esto no debe excluirse.

En otra realización del método, el prensado se lleva a cabo de forma continua durante la producción de hielo primario.

El líquido portador enriquecido será drenado del cristalizador durante el prensado por medio de canales de drenaje.

El líquido portador puede comprender componentes disueltos y/o dispersos del líquido primario, que por medio de este método se empobrecen en el líquido empobrecido. Algunos ejemplos son hierro, manganeso, cloro, sulfato, nitrato, bacterias, carbonato, dióxido de carbono disuelto y otras moléculas, iones o partículas. En otras palabras, el método proporciona el líquido portador que elimina las moléculas, iones o partículas de hielo o líquido primario, disolviéndolos en el líquido portador o eliminándolos con él. En un ejemplo sencillo, el líquido empobrecido corresponde al agua desalada. En otras palabras, el líquido empobrecido es un líquido que ha sido total o sustancialmente purificado de moléculas, iones o partículas.

Una instalación para proporcionar líquido empobrecido, en particular agua potable empobrecida en iones, a partir de un líquido primario, incluye un cristalizador con una cámara del cristalizador y un dispositivo de enfriamiento para convertir el líquido primario en fase sólida y, de este modo, proporcionar hielo primario a partir del líquido primario en la cámara del cristalizador, un dispositivo de prensado para prensar el hielo primario y, de este modo, separar el líquido empobrecido del líquido portador enriquecido. En otras palabras, por ejemplo, en una enumeración no exhaustiva, se denomina una instalación de empobrecimiento o instalación desalinizadora o, más concretamente, una instalación desalinizadora de agua de mar, comúnmente planta.

La planta puede estar equipada con un agente frigorífico para extraer energía térmica del líquido primario.

La cámara del cristalizador de la planta también se puede diseñar como una construcción de doble pared. Por ejemplo, puede disponerse el agente frigorífico en una envoltura exterior alrededor del líquido primario dispuesto en una envoltura interior y extraer energía térmica del líquido primario. Para mejorar la extracción de calor, el agente frigorífico puede hacerse circular, por ejemplo mediante una bomba de recirculación o un sistema de recirculación.

El dispositivo de prensado de la planta está dispuesto de tal manera que el prensado del hielo primario tiene lugar en la cámara del cristalizador. En otras palabras, el dispositivo de prensado está dispuesto en la cámara del cristalizador.

El dispositivo de prensado está diseñado de tal manera que el prensado funda el hielo lo menos posible, pero que el agua intersticial atrapada en el hielo o el líquido enriquecido sean expulsados del hielo por medio del prensado.

El dispositivo de prensado puede comprender además un dispositivo de transporte forzado para desplazar o cambiar de posición el hielo primario dentro de la cámara del cristalizador. El dispositivo de transporte forzado puede incluir, en particular, en un listado no exhaustivo, un tornillo transportador, un extrusor, un tornillo sinfín de relleno, un tornillo sinfín de transporte o rodillos o una cinta transportadora.

En un aspecto, el dispositivo de transporte forzado puede descargar el hielo primario de la cámara del cristalizador, de modo que el proceso de prensado tiene lugar fuera de la cámara del cristalizador. En este ejemplo, el dispositivo de prensado, incluyendo el dispositivo de transporte forzado, no se limita a la cámara del cristalizador. Esto no debe descartarse y puede ser ventajoso para las plantas de producción a gran escala. En cambio, para las plantas compactas aisladas, la cámara combinada del cristalizador y de prensado, en la cual los procesos de formación de hielo y de prensado tienen lugar en el mismo recipiente, parece ventajosa.

Para evitar las dificultades antes mencionadas de separación del hielo y el agua y obtener agua potable de calidad, el hielo puede procesarse mediante prensado o un proceso de prensado definido del hielo. El proceso de prensado se basa en cinéticas de tiempo y curvas de presión establecidas experimentalmente y según conocimientos previos, como se describirá con más detalle más adelante. Al mismo tiempo, mejora el proceso de separación permitiendo crear un drenaje para deshidratar el hielo mediante canales de deshidratación inteligentemente dispuestos. La presión durante el prensado no es el único factor decisivo para el comportamiento de deshidratación y, por lo tanto, para la desionización. Más bien es ventajoso dejar que el prensado tenga lugar de manera uniforme para dar al agua intersticial suficiente oportunidad de salir del compuesto de agua intersticial y hielo. También es beneficioso aprovechar la deformabilidad plástica del hielo bajo presión. Esto permite que las cavidades o intersticios se puedan cerrar aún mejor.

En comparación con la filtración o la centrifugación, el prensado se puede realizar con una configuración del equipo sencilla. En particular no se necesitan equipos de funcionamiento rápido que pueden dar lugar a mayores requisitos de seguridad y a un mayor desgaste. Esto ahorra costes, por un lado, y, por otro, reduce el número de componentes propensos a averías. Además suprime las guías de material innecesarias en la planta, que son particularmente indeseables con sólidos y que, con el hielo como medio a transportar, conducirían a la entrada de calor y la pérdida de producto.

Una ventaja particular del método es que el líquido primario no filtrado, en particular, puede procesarse directamente. La posible obstrucción del sistema o la limpieza recurrente que se produce con cualquier tipo de filtración, se suprime en el método aquí propuesto o se simplifica considerablemente, dado que se puede usar un tamiz con un tamaño de malla considerablemente mayor, en caso de que no se quisiera prescindir completamente de un tamiz. Por lo tanto no se produce obstrucción o crecimiento excesivo de los poros en las membranas, en particular porque se puede prescindir de las membranas o de otros medios auxiliares de filtración de poros estrechos.

El dispositivo de transporte forzado puede fabricarse, en una realización ventajosa, soldado o torneado de material sólido.

En una realización ventajosa, el dispositivo de transporte forzado comprende acero inoxidable o aluminio o plástico de alta resistencia o está fabricado de aluminio o plástico de alta calidad, al menos sustancialmente o en su totalidad.

En otra realización, el dispositivo de prensado puede incluir un generador de vacío para generar un vacío en la cámara del cristalizador. Si se somete la cámara del cristalizador a un gradiente de presión que genera un gradiente de presión, es decir, en particular una fuerza de succión, en la dirección de la salida, el hielo primario puede ser transportado en la dirección de la salida. De manera ventajosa, el dispositivo de prensado puede comprender una capa de barrera flexible, que puede estar dispuesta, por ejemplo, frente a la salida. En una realización, la capa de barrera flexible puede ser una película inhibida por difusión que se inserta en la cámara del cristalizador y separa la cámara del cristalizador en dos subcámaras o que se coloca sobre un área abierta de la cámara del cristalizador para cerrarla. Cuando la cámara del cristalizador se somete a una presión negativa, la capa de barrera flexible presiona el hielo primario o la mezcla de hielo primario en la dirección del gradiente de presión, es decir, preferentemente en la dirección de la salida.

Así puede ser útil aplicar presión positiva y presión negativa (en comparación con la presión atmosférica) en diferentes puntos del sistema al mismo tiempo.

En otra realización, el dispositivo de prensado puede incluir al menos un rodillo de prensado o dos rodillos de prensado contrarrotativos dispuestos adyacentemente para el prensado del hielo primario. Los rodillos de prensado giratorios comprimen el hielo a medida que giran, separando el líquido enriquecido (en caso necesario en forma de pasta de hielo o hielo) del líquido empobrecido.

El rodillo de prensado puede ser un rodillo de prensado elástico, por ejemplo un rodillo de prensado inflado de forma cilíndrica.

Preferentemente, se dispone un elemento de contrapresión delante de la salida, mediante el cual el dispositivo de transporte forzado está preparado y dispuesto para presionar el hielo primario contra el elemento de contrapresión a fin de separar así el líquido enriquecido del hielo empobrecido. El elemento de contrapresión también puede integrarse directamente en la salida, es decir, puede diseñarse en una sola pieza con la salida. Por ejemplo, el elemento de contrapresión con salida puede ser un cono truncado abierto por ambos extremos, véase la figura 2f. En el curso de la descripción se pondrá de manifiesto que muchos elementos que, junto con una aplicación de presión externa (por ejemplo, generada por el transportador de tornillo sinfín) son adecuados para aplicar una presión al hielo y separar así el líquido enriquecido del líquido empobrecido o de los cristales de hielo, son adecuados y técnicamente viables como elementos de contrapresión.

Una realización preferida aquí del elemento de contrapresión es que el elemento de contrapresión tiene una sección transversal que se estrecha en al menos una dirección de extensión.

El propio elemento de contrapresión puede comprender aberturas hacia la salida o hacia la descarga del líquido enriquecido.

La cámara del cristalizador puede incluir una salida. La salida puede tener ventajosamente un diámetro menor que el hielo primario proporcionado en la cámara del cristalizador por medio del método o la planta y/o en el que el hielo primario se mueve o desplaza en la dirección de la salida por medio del dispositivo de transporte forzado.

En otra realización preferida, el dispositivo de transporte forzado comprende una parte interior hueca. Particularmente preferible, la parte interior está diseñada como una espiral hueca.

La superficie del dispositivo de transporte forzado puede comprender un acabado superficial, es decir, un revestimiento o tratamiento de la superficie para mejorar el desplazamiento o movimiento del hielo primario.

Además, la superficie del dispositivo de transporte forzado puede comprender perforaciones para mejorar la descarga del líquido portador enriquecido.

El dispositivo de enfriamiento comprende, por ejemplo, un grupo frigorífico por compresión. Esto puede aumentar aún más la eficiencia de la planta en su conjunto.

Para ajustar el flujo de entrada de líquido primario en la cámara del cristalizador, la planta puede estar equipada ventajosamente con un regulador de afluencia. El regulador de afluencia regula preferentemente en función de la cantidad de líquido empobrecido producido. En una realización, el regulador de afluencia puede ser un flotador.

La cámara del cristalizador puede comprender preferentemente una abertura de drenaje para la descarga del líquido portador enriquecido de la cámara del cristalizador. La salida del líquido portador enriquecido puede determinarse, por ejemplo, mediante una medición de la conductividad.

El cristalizador puede comprender además al menos un turbulador. Mediante el turbulador se puede mejorar la transferencia de calor. Por ejemplo, el turbulador puede estar situado en la cámara del cristalizador para estar en contacto con el fluido primario. El turbulador puede disponerse alternativa o cumulativamente en el dispositivo de enfriamiento para agitar el líquido refrigerante. También puede emplearse más de un turbulador en la planta, por ejemplo un primer y un segundo turbulador, o más.

A continuación se explicará la invención con más detalle mediante ejemplos de realizaciones y con referencia a las figuras, estando los elementos idénticos y similares provistos parcialmente de los mismos signos de referencia y pudiendo combinarse las características de las distintas realizaciones entre sí.

Breve descripción de las figuras

Fig. 1 Ejemplo de realización de una unidad de desionización de una planta

Fig. 2a Vista exterior de una planta pequeña

Fig. 2b Vista en sección de la planta pequeña

Fig. 2c Ejemplo de un transportador forzado

Fig. 2d Modelo en sección de un transportador forzado

Fig. 2e Ejemplo de un elemento de contrapresión

Fig. 2f Modelo en sección de un elemento de contrapresión

Fig. 2g Modelo en sección de un cristalizador

Fig. 3a Diseño conceptual de una planta

Fig. 3b Diseño conceptual adicional de una planta

Fig. 4 Ejemplo de una superficie del cristalizador

Fig. 5 Configuración de prueba esquemática de una planta desalinizadora de agua potable

Fig. 6 Vista en sección de un ejemplo de planta desalinizadora de agua potable

Fig. 7a Dispositivo de prensado con rodillos

Fig. 7b Como Fig. 7a como vista en sección

Fig. 7c Dispositivo de prensado con rodillos perforados

Fig. 7d Como Fig. 7c como vista en sección

Fig. 8 Dispositivo de prensado con elemento transportador de cinta

Descripción detallada de la invención

La Fig. 1 muestra una realización de una unidad de desionización de una planta 10. El hielo 12 se produce típicamente a partir de un líquido 14 en un receptáculo de hielo o cristalizador 30, es decir, por ejemplo, en un contenedor, un reactor tubular o, en general, una unidad adecuada para enfriar el producto, en particular mediante una pared 32 disipadora de calor. Mediante un tornillo sinfín 40 que discurre a lo largo de la pared 32, o una escobilla, un rascador o alternativamente mediante el diseño adecuado de una guía de flujo, el producto se retira y se transporta hasta la descarga. El agente frigorífico 36 se inyecta en la doble camisa 34 de la pared 32 o en el tornillo sinfín generador de presión 40, por ejemplo, que extrae el calor del líquido primario del interior 38 del receptáculo de hielo 30, por ejemplo agua de mar, mediante evaporación. No obstante, también pueden emplearse otros métodos de generación de frío o transferencia de calor, por ejemplo, el funcionamiento mediante una salmuera o un agente frigorífico convencional, conocido por los expertos en la materia. El líquido que se evapora en la unidad sólo debe considerarse como realización de la invención.

El tornillo sinfín giratorio 40 está diseñado como un transportador forzado. En otras palabras, el hielo 12 es arrastrado automáticamente por el tornillo sinfín giratorio 40 y transportado hasta la descarga 42. En la descarga 42 hay dispuesto un elemento de contrapresión 44 en forma de cono perforado 44 que hace que el hielo 12 sea prensado y deshidratado al mismo tiempo. La perforación o el cono perforado 44 también debe considerarse sólo como una realización. Por ejemplo también se pueden utilizar ranuras, redes, metales sinterizados y otras realizaciones que apoyen la idea básica de separar el sólido 12 y el fluido 14. Si es necesario, el agua salada exprimida 14 puede volver a introducirse en el proceso hasta alcanzar la concentración deseada. A continuación, el hielo 12 puede convertirse en líquido mediante fusión y, por ejemplo, transferirse a un recipiente para almacenamiento (de agua potable). Si es posible, la energía de enfriamiento debe recuperarse durante la fusión, por ejemplo mediante un intercambiador de calor.

Para variar el rendimiento de una planta de este tipo puede modificarse en el diseño el diámetro o la longitud del contenedor o del receptáculo de hielo 30 y, por tanto, esencialmente la superficie de transferencia de calor. Además, un cambio en la velocidad de rotación del tornillo sinfín 40 conduce a un cambio en la turbulencia, por ejemplo, un aumento en la velocidad del tornillo sinfín típicamente conduce a una intensificación de la turbulencia y por lo tanto a una mejor transferencia de calor en el interior del recipiente 30. Otra magnitud ajustable es la temperatura de enfriamiento. Un (sobre)enfriamiento más fuerte de la pared 32 conduce a una mayor diferencia de temperatura entre la pared 32 y el fluido y por lo tanto a una extracción de calor más fuerte. Con un enfriamiento más fuerte se puede incrementar la producción de hielo. Este parámetro puede utilizarse como variable de control del rendimiento. De hecho, en una realización, la planta 10 se alimentará con energía solar procedente de semiconductores fotovoltaicos.

La incidencia fluctuante de la radiación solar conduce entonces a una potencia de salida fluctuante de la bomba de calor, que se emplea para recuperar el calor y el frío. Con una irradiación solar más alta se produce más hielo que con una irradiación más baja. Por debajo de un límite inferior, la planta puede desconectarse si la producción es demasiado baja.

Como ejemplo puede decirse que el hielo producido 12 o el agua dulce forman un depósito de almacenamiento para la energía solar. En una realización preferida no se requiere un acumulador eléctrico. Esto puede considerarse una ventaja teniendo en cuenta los costes actuales de un sistema de almacenamiento de baterías, en términos de mantener bajos los costes de producción del líquido empobrecido, es decir, en particular del agua potable. Sin embargo, es muy posible que con una mayor disminución de los costes o mejoras en los sistemas de almacenamiento de baterías, resulte más económico emplear estos sistemas, por ejemplo para permitir el funcionamiento nocturno o el funcionamiento prolongado, por lo que no debe descartarse esta posibilidad.

En una realización especial, la energía de enfriamiento también se puede almacenar en salmuera altamente concentrada, que luego se congela, por ejemplo, en un rango de menos 15°C. Mediante la alimentación de esta salmuera en la planta de fabricación de hielo, el enfriamiento también se puede lograr sin radiación solar, por ejemplo, para ampliar el tiempo de funcionamiento de la planta a lo largo del día. No obstante también pueden combinarse ventajosamente con la planta otras formas de almacenamiento para extender el tiempo de funcionamiento diario de la planta.

En la planta 10 pueden implementarse las siguientes realizaciones adicionales ventajosas, entre otras:

El recipiente del cristalizador 30 puede ser de doble pared 34 para que el agente frigorífico 36 se mantenga separado del agua de mar 12, 14. Esto puede lograrse, por ejemplo, conectando dos tuberías, pero también aplicando una espiral hueca o de alguna otra forma.

El agente frigorífico 36 puede evaporarse directamente o bien enfriar otro refrigerante en un evaporador separado, que luego se emplea como agente frigorífico.

El transporte forzado de la mezcla de agua y hielo se realiza preferentemente en forma de tornillo sinfín, que puede estar soldado, pero también torneado a partir de material macizo. Por regla general puede ser de metal (acero inoxidable), pero también de aluminio de alta resistencia o de plástico u otro material. El principio no depende de la forma del tornillo sinfín. También pueden emplearse otras formas de transportadores forzados.

El prensado del hielo puede realizarse, por ejemplo, mediante un estrechamiento a la salida del cristalizador. El elemento de contrapresión puede fabricarse, por ejemplo, como una matriz o un cono. Alternativamente, el tornillo sinfín puede diseñarse para proporcionar un prensado axial, radial o multivariado, suprimiéndose la necesidad de una matriz o cono. Otras mejoras del tornillo sinfín pueden servir para la trituración de la mezcla de hielo o para facilitar su transporte. El prensado también podría tener lugar de forma temporizada, en la que la abertura de salida se estrecha y expande periódicamente o en un ritmo temporal diferente.

El proceso de prensado también puede llevarse a cabo mediante presión negativa o vacío. Aquí, por ejemplo, una película inhibida por difusión aplicada sobre un área grande puede ser atraída por una presión negativa y prensada sobre la mezcla de agua y hielo en un rango de hasta aproximadamente 10 t/m2, lo que permite variantes de diseño especialmente económicas.

La película inhibida por difusión o, de forma más general, un elemento de prensado flexible, también se puede emplear sin presión negativa para prensar el hielo. Por ejemplo, la película puede sujetarse con un soporte de sujeción y fijarse al hielo para prensarlo, de modo que la fuerza de sujeción ejerza una fuerza de prensado sobre el hielo. La película también puede interactuar con el dispositivo de prensado de rodillo o al menos con un rodillo y los otros dispositivos de prensado mencionados.

El eje del tornillo sinfín también puede diseñarse como una espiral hueca con el fin de permitir la integración del calor.

Para evitar que el hielo se escape, la superficie del sinfín puede estar especialmente tratada para aumentar su rugosidad y, por tanto, su efecto de arrastre. Además, los sinfines pueden tener potenciadores de drenaje, por ejemplo, estar perforados, para que el agua intersticial del hielo pueda escurrir en dirección contraria en su camino hacia la descarga.

El calor a extraer se genera mediante un grupo frigorífico por compresión. En términos de eficiencia energética, ésta puede tener un coeficiente de rendimiento COP especialmente elevado si, por ejemplo, se alimenta de fuentes de energía renovables como la fotovoltaica o la eólica.

Puede estar previsto un suministro automático de agua que se consigue mediante un flotador o se controla por una unidad automatizada.

La salida del concentrado, es decir, del líquido enriquecido, puede impedirse mediante una conexión separada y puede determinarse mediante la medición de la conductividad.

Una mejora de la transferencia de calor tanto en el interior del cristalizador como en la zona del refrigerante se puede conseguir mediante otras instalaciones aumentando la turbulencia o la superficie de transferencia de calor.

Aquí, el empobrecimiento se refiere a contaminantes disueltos y dispersos de cualquier tipo. Algunos ejemplos son el empobrecimiento de sales disueltas en el agua de mar para la producción de agua potable y la depuración de iones presentes en el suelo, por ejemplo a causa de fertilización o disolución de piedra caliza, para la producción de agua cervecera o agua industrial. Se ha podido demostrar que también se puede empobrecer hierro, manganeso, cloro, sulfato, nitrato, bacterias, carbonato, C02 disuelto y varias otras moléculas, iones o partículas.

A continuación, se presentan realizaciones para el funcionamiento con ahorro de energía.

Ya se ha explicado que, sin recuperación de calor, la evaporación de un m3 de agua de mar requiere aproximadamente 600 kWh, mientras que la congelación de la misma cantidad de agua de mar requiere una energía térmica de aproximadamente 80 kWh. Por eso el método aquí propuesto es, en principio, más eficiente energéticamente que la evaporación en una sola etapa.

En el método propuesto, la energía puede recuperarse ventajosamente mediante la recuperación de calor. Esto se explica a continuación.

El agua de mar caliente (por ejemplo, 20°C [293 K] se bombea a la planta a través de un intercambiador de calor de contracorriente. Una bomba de calor la congela, por ejemplo, a menos 4°C [269 K] y la separa en salmuera y hielo sin sal en la planta. Con el calor residual de la bomba de calor se descongela el hielo y se calienta a unos 2°C [275 K]. La salmuera fría también se calienta a 2°C [275 K]. Tanto el agua dulce como la salmuera se hacen pasar a través de intercambiadores de calor de contracorriente separados y enfrían el agua de mar entrante hasta aproximadamente 4°C [277 K]. En este caso práctico, los fluidos que se evacúan se calientan a 18 °C [291 K].

Esto significa que la bomba de calor sólo tiene que proporcionar una capacidad de enfriamiento que haga que el fluido primario se enfríe 8 Kelvin.

Las bombas de calor alcanzan mayores coeficientes de rendimiento (COP) cuanto menor es la oscilación térmica.

En el sector doméstico se alcanzan coeficientes de rendimiento (COP) de aproximadamente 4 con aumentos de temperatura de 8°C a 40°C, es decir, 32 K. Por tanto, en la planta según la invención es posible alcanzar coeficientes de rendimiento (COP) de hasta 16 y más con una oscilación térmica de 8 K.

Esto significa que solo se necesita 1/16 de 80 KWh como energía eléctrica, es decir, aproximadamente 5 KWh por m3 de agua dulce.

Aunque sólo se alcance un COP de 10, la planta 10 es muy eficiente desde el punto de vista energético.

La figura 2 muestra un modelo de construcción de una planta. La figura 2a muestra una vista exterior y la figura 2b una sección transversal a través de la planta 10 con el contenedor 30. Una característica particular de esta realización es que el hielo 12 puede crecer en el interior o en la pared 32 del contenedor 30, que también alberga la unidad de tornillo sinfín 40. El hielo 12 se retira allí y es transportado al extremo que se muestra en las figuras 2a, 2b como extremo “superior". El transportador forzado empuja el hielo 12 hacia la tolva 44 cónica perforada. El prensado del hielo 12 conduce a su vez a una separación del hielo 12 y el líquido enriquecido 14. El hielo 12 puede entonces recogerse y volver a fundirse para obtener agua potable. Para impulsar el tornillo 40 dispuesto en el interior del cristalizador 30 está prevista la unidad motriz 46. La versión mostrada está montada sobre un bastidor de soporte y montaje 18 para facilitar el transporte y aumentar la modularidad. El tamaño de la planta 10 se puede escalar fácilmente.

La ventaja de la disposición vertical de la planta o del cristalizador 30 es que el hielo producido flota sobre el líquido o la pasta de hielo y puede seguir tratándose en la parte superior. Por lo tanto, en lugar de un único tornillo sinfín continuo en el cristalizador, también es posible emplear otros medios en el interior del cristalizador 30 que proporcionen hielo, tales como como raspadores que raspan el hielo de la pared, y permitan que el hielo flote automáticamente. El hielo flotante puede entonces ser recogido por un dispositivo transportador 40 y posteriormente prensado, por ejemplo por medio de un elemento de contrapresión 44.

Las figuras 2c y 2d muestran una realización de un transportador forzado respectivamente del tornillo sinfín 40, con una unidad de motriz acoplada por brida 46, por ejemplo un electromotor. El tornillo sinfín 40 está adaptado para retirar la capa de hielo 12 de la superficie interior 32 del contenedor 30 y desplazarla hasta la tolva 44. Por ejemplo, el transportador forzado 40 puede estar fabricado en acero inoxidable. Para acoplar el transportador forzado 40 al motor 46 y para disipar las fuerzas que puedan producirse se ha colocado un acoplamiento de transmisión 48. El acoplamiento de transmisión 48 puede, por ejemplo, incluir un cojinete de rodillos axial y dos radiales, así como un embrague. El motor 46 del ejemplo genera un par máximo de 250 Nm y una velocidad de giro máxima de 60 r.p.m. Con el conocimiento del proceso de prensado descrito en esta solicitud, el experto en la materia estará en condiciones de escalar una planta de tal manera que pueda emplear una unidad motriz de dimensiones adecuadas para el tamaño de planta correspondiente. Los datos anteriormente mencionados sobre par y velocidad de rotación sólo deben entenderse como ejemplos y no en el sentido de un valor preferido.

El tornillo sinfín puede estar fabricado en acero inoxidable para, por un lado, poder transmitir la fuerza de prensado y, por el otro, soportar el entorno iónico o salino. También es ventajoso que el material sea titanio o plástico, siendo posible cualquier material adecuado. La eficiencia de costes también influye.

La figura 2e muestra una vista lateral y la 2f una vista en sección de una tolva 44. La tolva 44 está adaptada y conformada para prensar la pasta de hielo 12, 14. Aproximadamente el 30% de la pasta representa típicamente hielo puro, el 70% líquido enriquecido concentrado 14. La tolva 44 está construida de tal manera que es posible asignar a la mezcla de hielo primario un tiempo de separación predefinido con un cambio de volumen determinable en el volumen de hielo desde la entrada de la tolva 44 hasta la salida, cuando la pasta de hielo primario es transportada por el transportador forzado 40 hacia la tolva 44. Con un buen diseño, por ejemplo, el líquido puede salir de la tolva 44 a través de los orificios laterales y fluir, por ejemplo, en contracorriente hacia el hielo 12. La unidad de contrapresión 44 puede estar fabricada en acero inoxidable o aluminio, por ejemplo. Sin embargo, para el experto en la materia es evidente que puede emplearse para su fabricación cualquier material adecuado para resistir la presión de prensado del tornillo sinfín 40.

La figura 2g muestra una vista en sección de una realización de un cristalizador 30. Un área de enfriamiento 28 se extiende prácticamente por toda la superficie interior 32 del cristalizador. El área de enfriamiento 28 es de doble pared. Entre la pared exterior 26 y la pared interior 32 se encuentra atrapado un volumen de enfriamiento definido 29, en el que se puede bombear un líquido refrigerante o en el que se puede disponer el evaporador de la bomba de calor. En una realización ventajosa, la pared exterior 26 y la pared interior 32 se forman deslizando dos tubos de diferentes diámetros uno dentro del otro y equipándolos con espaciadores para mantener una distancia predefinida entre sí. Por ejemplo, la pared interior 32 puede hacerse más gruesa que la pared exterior 26, en particular más del doble de grueso, para absorber sin deformación las fuerzas que se producen en el interior del cristalizador 30.

Las figuras 3a y 3b muestran otras dos realizaciones conceptuales de un cristalizador 30. El líquido primario se suministra desde abajo en la ilustración correspondiente. El líquido 14 enriquecido, por ejemplo, es transportado hacia abajo y descargado por medio de guías de fluido en el tornillo 40. El refrigerante 36 circula por la doble pared 34. La figura 3b muestra una realización ventajosa con dos intercambiadores de calor 24, por ejemplo intercambiadores de calor de placas. El hielo producido se suministra a un primer intercambiador de calor 24, al que se suministra al mismo tiempo el agente frigorífico 36. El calor del agente frigorífico se extrae en el primer intercambiador de calor 24, fundiendo y calentando el hielo que se va a descargar. Por ejemplo se puede hacer pasar el agente frigorífico 36 por un compresor antes de entrar en el primer intercambiador de calor 24 para aumentar aún más la transferencia de calor. En un segundo intercambiador de calor 24, el líquido primario se enfría previamente y se transfiere el calor al líquido enriquecido 14 que se va a descargar. Mediante el uso de los dos intercambiadores de calor 24 se reducen las diferencias de temperatura y el COP se puede, en un ejemplo, más que duplicar, por ejemplo de 4 a 9,85. Por tanto, se reduce la potencia eléctrica necesaria para el funcionamiento.

La figura 4 muestra un montaje experimental con el que se examinó la influencia de un cambio de superficie en el cristalizador 30 en el frente de hielo. De la pared 32 sobresalen protuberancias en forma de saliente 33. En el mismo tiempo, el hielo forma una mayor cantidad de hielo en la superficie ampliada.

También se investigó el efecto de los cristales semilla en la formación de hielo. Para ello se añadieron al líquido primario cristales semilla en forma de hielo de agua dulce, por ejemplo, en forma de cubitos de hielo, bolas de hielo, hielo triturado o cubitos de hielo machacados para investigar la estructura, la masa y el tamaño del germen de la formación de hielo, así como la temperatura de adición. También se investigó la adición de partículas como gérmenes de cristalización, dado que se espera que el agua de mar contenga de forma natural una gran variedad de partículas.

Los aceites comestibles o sintéticos también podrían abrir la posibilidad del enfriamiento directo añadiendo gotas sobreenfriadas de estos aceites al líquido primario para enfriarlo y formar hielo. Lo esencial es que durante o después de la formación de hielo, el aceite correspondiente se pueda separar del hielo producido y del líquido enriquecido.

También es posible modificar el paso del dispositivo de transporte forzado 40. Por ejemplo se puede emplear un paso inferior en el extremo de expulsión del tornillo sinfín 40, de modo que el hielo transportado en las espiras del tornillo sinfín ya esté aprisionado por la distancia decreciente entre dos pasos y sea prensado finalmente, para seguir empobreciendo el hielo.

La planta 10 puede estar equipada con sensores o controladores de presión y/o temperatura y también disponer de una sonda de medición de la conductividad. Esto puede emplearse para regular la distribución del frío en el cristalizador 30, aunque también para el generador de calor y, en particular, la bomba de calor.

La figura 5 muestra un montaje experimental esquemático para la producción de agua potable a partir de agua salada o agua de mar. El líquido primario se introduce en un cristalizador 30 dispuesto verticalmente y se separa en líquido enriquecido y líquido empobrecido. El hielo empobrecido 12 se descarga a través de un conducto de descarga 52 en un recipiente de recogida de agua potable 54 (véase también la figura 6).

Una bomba de calor 60, en este caso un conjunto compresor o un inversor, proporciona, a través de un grupo frigorífico 64, un agente frigorífico 36 que se introduce en el cristalizador de doble pared 30 a través de conductos de conexión. En este ejemplo, la bomba de calor 60 funciona alimentada con energía eléctrica procedente de una fuente de energía 62, preferentemente de una fuente de energía renovable como la energía fotovoltaica o eólica.

La figura 6 muestra otra vista en sección de un montaje experimental para la producción de líquido empobrecido o hielo 12. En el cristalizador 30 el hielo primario es transportado por el agua o la pasta de hielo mediante el transportador forzado 30 en la dirección del elemento de contrapresión 44. En este proceso, el eje 41 del transportador forzado 30 es accionado por la unidad motriz 46 a través de un acoplamiento de transmisión 48.

Presionando contra la superficie interior del elemento de contrapresión de forma cónica 44, se expulsa más líquido enriquecido del hielo primario. A continuación, el hielo de agua dulce acabado se descarga a través de un conducto de descarga 52 en un recipiente de recogida 54, es decir, en particular, un recipiente de recogida de agua potable 54. Las figuras 7a a 7d muestran otras dos formas de realización de un dispositivo de prensado 40. Con referencia a la figura 7a, se vierte una pasta de hielo o una mezcla de hielo/agua sobre dos rodillos de prensado contrarrotativos 43. Por ejemplo puede obtenerse la pasta de hielo mediante una de las realizaciones anteriores de un cristalizador y, mediante un dispositivo de transporte forzado como un tornillo sinfín o una cinta, recogerse el hielo primario de la pasta de hielo o del líquido primario y alimentar los rodillos 49.

Los rodillos 43 recogen el hielo y, a medida que se prensa el hielo, se separa del hielo más líquido enriquecido 14. Este líquido enriquecido 14 escapa lateralmente del hielo 12 y puede escurrirse sobre los rodillos 43 y ser recogido. La figura 7b muestra la misma estructura que la figura 7a, pero en vista seccional.

Con referencia a la figura 7c, se muestra una estructura similar a la de las figuras 7a y 7b con dos rodillos de prensado 43 contrarrotativos. Sin embargo, los rodillos de prensado 43 comprenden además perforaciones 50 en su superficie circunferencial. El líquido enriquecido 14 por lo tanto, también puede acceder al interior 43a del rodillo de prensado y escurrirse a lo largo del eje de extensión del rodillo de prensado. Mediante las perforaciones u orificios 50 se puede separar más líquido enriquecido del hielo 12 en caso necesario. La figura 7d muestra la estructura como en la figura 7c, pero en vista seccional.

Por último, la figura 8 muestra otra realización de un dispositivo de prensado 40. La mezcla de hielo y agua 12, 14 o líquido primario que ya ha sido tratado previamente en un cristalizador 30, se transporta por medio de una o varias cintas 45. Dos cintas 45, 45' que discurren en direcciones opuestas definen un estrangulamiento o estrechamiento de la hendidura que es menor que el diámetro de las piezas de hielo. El hielo 12 transportado en la mezcla de hielo y agua o en el líquido primario, o alternativamente el hielo 12 preclasificado, puede ser transportado hasta este estrechamiento y ser prensado por las cintas 45 o los dos rodillos contrarrotativos 43 dispuestos uno frente al otro que accionan las cintas 45. Como se ha expuesto con respecto a otras realizaciones, las cintas 45 pueden comprender perforaciones 50 para mejorar el flujo de salida del líquido enriquecido.

Para el experto en la materia es evidente que las realizaciones descritas anteriormente deben entenderse como ejemplares y que la invención no se limita a ellas, sino que puede variarse de muchas maneras sin salir del ámbito de protección de las reivindicaciones. Además, es evidente que las características, ya sean divulgadas en la descripción, en las reivindicaciones, en las figuras o de otro modo, también definen individualmente elementos esenciales de la invención, aunque se describan junto con otras características. En todas las figuras, los mismos signos de referencia representan los mismos objetos, de modo que las descripciones de objetos que eventualmente se mencionan solo en una descripción o en cualquier caso no con respecto a todas las figuras, también pueden transferirse a aquellas figuras con respecto a las cuales el objeto no se describe explícitamente en la descripción.

Lista de signos de referencia:

10 Planta

12 Hielo primario o líquido empobrecido

14 Líquido enriquecido

18 Bastidor de montaje y transporte

24 Intercambiador de calor

26 Pared exterior

28 Área de enfriamiento

29 Volumen de enfriamiento

30 Cristalizador

32 Pared o lado interior del cristalizador

33 Saliente de la pared

34 Doble camisa

36 Agente frigorífico

38 Espacio interior

40 Dispositivo de prensado o tomillo sinfín

41 Eje

42 Descarga o salida

43 Rodillo de prensado

43' Rodillo de prensado

44 Elemento de contrapresión

45 Cinta transportadora

45' Cinta transportadora

46 Unidad motriz

48 Acoplamiento de transmisión

50 Perforación u orificios

52 Tolva de salida

54 Recipiente de recogida del agua potable

60 Bomba de calor o inversor

62 Fuente de energía

64 Grupo frigorífico

Claims (17)

REIVINDICACIONES

1. Método para la generación de líquido empobrecido (12), en particular agua potable empobrecida en iones, a partir de un líquido primario, con las etapas:

- alimentación del líquido primario a una cámara del cristalizador y de prensado (30),

- enfriamiento del líquido primario en la cámara del cristalizador y de prensado (30) de modo que el líquido primario en la cámara del cristalizador y de prensado (30) se enfríe hasta el rango de una temperatura de transición de fase del líquido primario o inferior, y transición, al menos parcialmente, del líquido primario a la fase sólida para producir hielo primario en la cámara del cristalizador y de prensado (30);

- prensado del hielo primario mediante un dispositivo de prensado (40, 42, 44, 46, 48) para separar un líquido portador enriquecido (14) del líquido empobrecido,

en el que el dispositivo de prensado (40, 42, 44, 46, 48) está dispuesto de tal manera que el prensado del hielo primario tiene lugar junto con la formación de hielo en la cámara del cristalizador y de prensado (30),

en el que el líquido portador enriquecido está enriquecido con fracciones disueltas y/o dispersas del líquido primario y en el que el líquido empobrecido está empobrecido de las fracciones disueltas y/o dispersas del líquido primario, en el que el líquido portador enriquecido (14) se drena de la cámara del cristalizador y de prensado (30) durante el prensado por medio de canales de drenaje (50).

2. Método según la reivindicación 1,

en el que el prensado se lleva a cabo de forma continua durante la producción primaria de hielo.

3. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en el que los componentes disueltos y/o dispersos incluyen, por ejemplo, hierro, manganeso, cloro, sulfato, nitrato, bacterias, carbonato, dióxido de carbono disuelto y otras moléculas, iones o partículas.

4. Planta (10) para proporcionar líquido empobrecido (12), en particular agua potable empobrecida en iones, a partir de un líquido primario, incluyendo:

- una cámara del cristalizador y de prensado (30) con un dispositivo de enfriamiento (60) para convertir el líquido primario en la fase sólida y, de este modo, proporcionar hielo primario a partir del líquido primario en la cámara del cristalizador y de prensado (30),

- un dispositivo de prensado (40, 42, 44, 46, 48) para prensar el hielo primario y separar así el líquido empobrecido (12) de un líquido portador enriquecido (14),

en la que el dispositivo de prensado (40, 42, 44, 46, 48) está dispuesto de tal manera que el prensado del hielo primario tiene lugar junto con la formación de hielo en la cámara del cristalizador y de prensado (30), y

en la que el líquido portador enriquecido está enriquecido con fracciones disueltas y/o dispersas del líquido primario, y en la que el líquido empobrecido está empobrecido de las fracciones disueltas y/o dispersas del líquido primario y el líquido portador enriquecido (14) se drena de la cámara del cristalizador y de prensado (30) durante el prensado por medio de canales de drenaje (50).

5. Planta (10) según la reivindicación 4,

además con un agente frigorífico (36) para extraer energía térmica del líquido primario y/o

en la que la cámara del cristalizador y de prensado (30) está realizada en construcción de doble pared (34).

6. Planta (10) según una de las reivindicaciones 4 o 5,

en la que el dispositivo de prensado comprende un dispositivo de transporte forzado (40) para desplazar o cambiar la posición del hielo primario, en la que el dispositivo de transporte forzado en particular es una rosca transportadora helicoidal, un extrusor, un tornillo sinfín de relleno o un transportador sinfín.

7. Planta (10) según la reivindicación 6,

en la que el dispositivo de transporte forzado (40) está soldado o torneado a partir de material macizo, y/o

en la que el dispositivo de transporte forzado (40) incluye acero inoxidable o aluminio de alta resistencia o plástico.

8. Planta (10) según una de las reivindicaciones 4 a 7,

en la que el dispositivo de prensado (40, 42, 44, 46, 48) incluye un generador de vacío para generar un vacío en la cámara del cristalizador y de prensado (30), y/o

en la que el dispositivo de prensado es preferentemente una capa de barrera flexible.

9. Planta (10) según una de las reivindicaciones 4 a 8,

en la que el dispositivo de prensado (40, 42, 44, 46, 48) comprende al menos un rodillo de prensado giratorio o dos rodillos de prensado contrarrotativos dispuestos adyacentemente para prensar el hielo primario.

10. Planta (10) según una de las reivindicaciones 4 a 9,

en la que la cámara del cristalizador y de prensado (30) comprende una salida (42), y

en la que la salida muestra un diámetro menor que el hielo primario proporcionado en la cámara del cristalizador y de prensado (30), y/o

en la que el hielo primario se mueve o desplaza hacia la salida (42) por medio del dispositivo de transporte forzado (40).

11. Planta (10) según la reivindicación 10,

además con un elemento de contrapresión (44) dispuesto delante de la salida (42),

en la que el dispositivo de transporte forzado (40) está diseñado y dispuesto para presionar el hielo primario contra el elemento de contrapresión para así separar el líquido enriquecido (14) del líquido empobrecido o del hielo primario o pasta de hielo (12).

12. Planta (10) según la reivindicación 11,

en la que el elemento de contrapresión (44) comprende una sección transversal que se estrecha en al menos una dirección de extensión, y/o

en la que el elemento de contrapresión comprende aberturas (50) para la salida del líquido enriquecido (14).

13. Planta (10) según una de las reivindicaciones 6 a 12,

en la que el dispositivo de transporte forzado (40) comprende una parte interior con diseño hueco, en particular como espiral hueca y/o

en la que la superficie del dispositivo de transporte forzado comprende un recubrimiento o tratamiento de la superficie para mejorar el desplazamiento o movimiento del hielo primario y/o

en la que la superficie del dispositivo de transporte forzado comprende perforaciones (50) para mejorar la descarga del líquido portador enriquecido (14).

14. Planta (10) según una de las reivindicaciones 4 a 13,

en la que el dispositivo de enfriamiento (60) comprende un grupo frigorífico por compresión.

15. Planta (10) según una de las reivindicaciones 4 a 14,

además con un regulador de afluencia para regular la afluencia de líquido primario en la cámara del cristalizador y de prensado (30),

en la que el regulador de afluencia regula preferentemente en dependencia de la cantidad de líquido empobrecido (12) producido, y/o en la que el regulador de afluencia es un flotador.

16. Planta (10) según una de las reivindicaciones 4 a 15,

en la que la cámara del cristalizador y de prensado (30) comprende una abertura de drenaje para descargar el líquido portador enriquecido (14),

en la que la descarga del líquido portador enriquecido se determina en particular mediante una medición de la conductividad.

17. Planta (10) según una de las reivindicaciones 4 a 16,

en la que la cámara del cristalizador y de prensado (30) comprende además al menos un turbulador para mejorar la transferencia de calor,

en la que el turbulador está dispuesto en la cámara del cristalizador y de prensado (30) para entrar en contacto con el líquido primario y/o en la que el turbulador está dispuesto en el dispositivo de enfriamiento (60) para agitar el líquido refrigerante.