MX2007003385A - Procedimiento para obtener agua de una masa de aire atmosferico y maquina para obtener agua condensando la humedad de una masa de aire. - Google Patents

Abstract

Procedimiento para obtener agua de una masa de aire atmosferico que comprende las etapas de: crear un flujo de aire y hacerlo circular a traves del secundario de un elemento intercambiador para su preenfriamiento con inicio o no de cambio de fase del vapor de agua, someter el flujo de aire preenfriado a un enfriamiento capaz de hacer bajar su temperatura, al menos, por debajo del punto de rocio en orden a provocar el cambio de fase del vapor de agua o continuarlo en el caso de haberse iniciado en el preenfriamiento, recoger el agua condensada y/o condensada, recircular el flujo de aire de salida desecado y enfriarlo a traves del primario del intercambiador al objeto de utilizar su frio residual para el preenfriamiento.

Description

PROCEDIMIENTO PARA OBTENER AGUA DE UNA MASA DE AIRE ATMOSFÉRICO Y MÁQUINA PARA OBTENER AGUA CONDENSANDO LA HUMEDAD DE UNA MASA DE AIRE OBJETO DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un procedimiento para obtener agua de una masa de aire atmosférico y máquina para obtener agua condensando la humedad de una masa de aire.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Cualquier masa de aire natural es húmeda, esto es, contiene una cantidad de vapor de agua.

Dicha agua es susceptible de ser recuperada si se consigue su separación del resto de gases y componentes del aire.

El procedimiento de la invención propone esta separación mediante el cambio de fase gaseosa a fase líquida ó sólida, mientras que el resto de gases del aire mantengan precisamente su fase gaseosa.

Por tanto se pretende con esta invención proteger un procedimiento para provocar la condensación del agua y su consiguiente separación de la masa de aire.

Además incluye mejoras específicas para el procedimiento, especialmente si el enfriamiento convencional a base de compresor, evaporadora y condensadora, y la propuesta de la máquina para la implementación del procedimiento.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN El procedimiento de la invención sirve de una manera óptima para obtener agua de una masa de aire húmedo, pudiendo aprovechar con este fin, y particularmente, cualquier masa de atmosférico.

De acuerdo con la invención, el procedimiento comprende las siguientes etapas: -Crear un flujo a partir de la masa de aire y hacerlo circular a través del secundario de, al menos, un elemento intercambiador de calor. Creando el flujo se consigue "acotar" o manjar la masa de aire que se va a desecar. La separación del agua se hará por condensación, circular al flujo de aire en primer lugar por el intercambiador se consigue un preenfriamiento que consigue reducir la energía necesaria requerida para el enfriamiento definitivo que tendrá lugar en una etapa posterior y/o incluso, iniciar la condensación de agua procedente de dicho flujo.

-Someter el flujo de aire preenfriado a un enfriamiento definitivo, capaz de hacer su temperatura, al menos, por debajo del punto de rocío y, en función de la saturación del agua que tanta, preferentemente por encima de los 0°C con el fin de evitar el paso a fase sólida, de recogida menos sencilla. -recoger el agua separada.

-Recircular el flujo saliente de aire frío ya desecado por el primario del intercambiador, aprovechando su frío residual para el preenfriamiento del flujo entrante, aumentando el rendimiento y de paso consiguiendo que el flujo de aire saliente tenga una temperatura mayor y con un diferencial menor con respecto a la temperatura del aire de entrada. De este modo se consigue un menor gasto energético en el enfriamiento definitivo y un menor impacto medioambiental del flujo saliente.

A este procedimiento se le pueden añadir opcionalmente las siguientes mejoras: -Realizar un preenfriamiento opcional, antes de la entrada del flujo de aire a través del secundario del intercambiador. Este preenfriamiento disminuye los requerimientos energéticos de los enfriamientos posteriores . Puede realizarse con máquinas de frío convencionales o, más preferentemente, por medios naturales, como por ejemplo aprovechando mediante intercambiadores la temperatura más baja que la del aire entrante, de un cauce de agua cercano o similar. También se puede aprovechar el frío residual de agua enfriada artificialmente para otros usos, por ejemplo la procedente de una máquina enfriadora de agua de un hospital .

-Igualmente, y para el caso que el enfriamiento definitivo se realice por medio de una máquina de frío convencional a base de compresor-condensadora-evaporadora, el enfriamiento definitivo lo realizará la evaporadora, y se hará circular el flujo de aire ya desecado y saliente del primario del intercambiador aire-aire por la condensadora de la máquina de frío, aprovechando su frío residual para cooperar en la condensación del gas refrigerante de la máquina, aumentando el rendimiento de las energías empleadas en el proceso. En caso de que la temperatura del flujo de aire entrante exterior sea elevada, en ambientes calurosos, el flujo de aire interior, tras su salida del intercambiador aire-aire y antes de su incidencia sobre la condensadora, se mezclará con un aporte de aire exterior para conseguir enfriar el calor generado en ésta, equivalente a la suma del procedente de la evaporadora (tomado el flujo de aire entrante) más el equivalente al consumo del compresor, igualmente portado por el gas refrigerante.

Para implementar el procedimiento, se propone una máquina que comprende una envolvente, con un obvio bastidor, en la cual se dispone una toma de admisión y otra de expulsión de un flujo de aire húmedo generado por el funcionamiento de una o más turbinas o ventiladores internos.

Igualmente, en el interior de la envolvente se dispone un equipo de frió, idealmente convencional a base de compresor, evaporadora y condensadora, aunque también puede tratarse de un intercambiador que aproveche la temperatura más baja existente en otros medios, por ejemplo líquidos (una corriente de agua, un flujo de agua enfriado por una máquina, etc. ) .

El equipo de frío deber ser capaz de hacer bajar la temperatura del flujo entrante de aire de modo continuo por debajo del punto de rocío para provocar la condensación y precipitación del agua, que será recogida por una cuba y colector inferior. El equipo de frío estará convenientemente dimensionado para poder producir este enfriamiento, pero idealmente sin descender la temperatura por debajo de 0°C, lo que produciría la congelación del agua y su más inconveniente recogida.

Para mejorar el rendimiento, la envolvente incluye un intercambiador aire-aire, por una de cuyas vías circula el aire enfriado y deshidratado, mientras que por la otra circula e flujo de aire entrante por la toma de admisión, de modo que parte del frió del flujo saliente se aprovechará en producir un preenfriamiento del flujo entrante, mejorando rendimiento.

El equipo de frío se intercalará en la trayectoria de circulación del flujo de aire entre las dos vías del intercambiador. En caso de utilizar un equipo de frío convencional será la evaporadora la que se intercalará en la circulación del flujo entre las dos vías del intercambiador, produciendo el enfriamiento definitivo de la masa de aire y consiguiente condensación del agua, mientras que la condensadora se dispondrá a la salida de la segunda vía del intercambiador, correspondiente al aire ya deshidratado, al objeto de aprovechar su frío residual para favorecer la condensación del gas refrigerante y aumentar aun más el rendimiento. En este caso se podrá disponer a la salida del recuperador de flujos y antes del paso por la condensadora una admisión secundaria de aire exterior para que, en el caso de que la temperatura de aire entrante exterior sea elevada, en ambientes calurosos, este caudal extra entrante por la toma secundaria coopere en evacuar el calor generado en la condensadora, equivalente al calor adsorbido por la evaporadora del flujo de aire entrante más la energía consumida por el compresor.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 muestra esquemáticamente el procedimiento de la invención.

Las figuras 2 y 3 muestran esquemáticamente el procedimiento de la invención con sendas mejoras.

Las figuras 4 y 5 muestran sendas variantes de la máquina de la invención.

DESCRIPCIÓN DE UNA REALIZACIÓN PRÁCTICA DE LA INVENCIÓN El procedimiento de la invención comprende las etapas de: Generar un flujo 1 de aire a partir de la masa cuya humedad se desea extraer. El flujo se puede generar artificialmente, o bien se pueden aprovechar las corrientes naturales de aire.

-Hacer pasar el flujo 1 por el secundario 2 de un intercambiador 3 para su preenfriamiento .

-Someter el flujo 1 a un segundo enfriamiento hasta conseguir que su temperatura alcance, al menos, el punto de rocío para provocar la condensación del vapor de agua o continuarla en el caso de haberse iniciado en el preenfriamiento. El enfriamiento es generado por una máquina térmica 4 consistente en cualquier sistema frigorífico conocido adecuado .

-Recoger el agua condensada mediante colectores 5.

-Recircular el flujo saliente 6 de aire enfriado y desecado a través del primario 7 del intercambiador 3, obteniendo en el secundario 2 el preenfriamiento del flujo 1 entrante descrito en la segunda etapa, y reduciendo el consumo energético de la máquina térmica 4 a la hora de conseguir el enfriamiento definitivo. También se consigue aumentar la temperatura del flujo saliente 8, el cual tendrá un diferencial de temperatura menor con el flujo 1 entrante y tendrá obviamente un menor impacto medioambiental, ya que el flujo entrante se toma del entorno.

La máquina térmica por ejemplo puede consistir en un intercambiador 15, como se ve en la figura 2, o en una máquina de frío convencional a base de compresor, evaporadora y condensadora, como se ve en la figura 3.

Algunas mejoras aplicables al procedimiento anteriormente expuesto pueden consistir en: -Someter el flujo 1 de aire entrante en el proceso a un preenfriamiento por medios externos, aprovechando para ello por ejemplo una corriente natural 13 de agua, o agua enfriada artificialmente, por medio de intercambiadores 14, o por medio de una máquina de frío exterior (figs. 2 y 3) .

-En caso de utilizar una máquina de frío convencional a base compresor 9, evaporadora 4a y condensadora 10, hacer circular el flujo saliente 8 por la condensadora. Este flujo, aún frió en comparación con las temperaturas generadas en la condensación del gas refrigerante, coopera en la evacuación de este calor de condensación aumentando la eficiencia energética del proceso (fig. 3) .

En este último caso, y cuando la temperatura del aire entrante del exterior sea elevada, en ambientes calurosos, se prevé la mezcla del flujo 8 saliente con un suficiente flujo 11 de aire adicional entrante del exterior, con el fin de que este aumento de caudal sea capaz de evacuar el calor regenerado en la condensadora 10, refrigerante en la evaporadora más el equivalente en calorías a la energía consumida por el compresor. El flujo saliente resultante 12 se evacuará al exterior.

En cuanto a la máquina que implementar el procedimiento de la invención, y que se representa en las figuras 4 y 5, comprende una envolvente 16 en la cual va provista una toma 17 de entrada de aire que pasa en primer lugar por la primera vía del intercambiador aire-aire interno, constituido en este ejemplo no limitativo de la invención, por un recuperador 18 de flujos cruzados, al objeto de ser preenfriada, y a continuación pasa por la unidad evaporadora 4a interna de un equipo de frío convencional, que provocará el descenso de su temperatura en lo posible no descienda por debajo de los 0°C para evitar el cambio de fase del agua a fase sólida.

A la salida de la evaporadora el flujo de aire circulará por la segunda vía del recuperador 18 de flujos cruzados, de modo que cederá parte de su frío para producir el preenfriamiento de la masa entrante .

A continuación la máquina dispone la unidad condensadora 19 del equipo de frío, de modo que el frío residual del flujo de aire saliente ya deshidratado se aprovechará en mejorar el rendimiento de esta parte de la máquina, y aumentará de paso su temperatura minimizando el impacto medioambiental al ser expulsada por la toma de expulsión de aire.

A continuación la máquina dispone la turbina o turbinas 20 que generan el flujo, adyacentemente a la toma 21 de expulsión de aire.

En el caso de que la temperatura del aire de entrada sea elevada, podría darse la circunstancia de que el caudal de aire desecado fuese insuficiente para evacuar el calor generado en la condensadora, equivalente a la suma del calor tomado del aire entrante en la evaporadora y el calor correspondiente a parte de la energía consumida por el compresor. Para estos caos se dispone una entrada 22 de aire exterior intermedia convenientemente dimensionada, entre la salida de la segunda vía del recuperador de flujos y la unidad condensadora del equipo de frío. Este aumento del caudal de aire circulante por la condensadora evacuará el exceso de calor aportado por el compresor.

Por su parte, el equipo de frío implementa el obvio compresor 9.

Si se desea aumentar más aún la efectividad de la máquina, el flujo de aire entrante puede ser sometido a un preenfriamiento adicional por medios o equipos externos 14, tales como un equipo refrigerador externo, un intercambiador externo que aprovecha la temperatura de un caudal de agua cercano, de una máquina enfriadora de agua o similar.

Para recoger el agua condensada se dispone inferiormente abarcando las zonas donde se produzca la condensación del agua una cuba susceptible de ser conectada a un colector 5 de salida.

Igualmente, y en una variante de realización de la invención que se muestra en la figura 5, el equipo de frío convencional es sustituido por un único intercambiador 23 aire-agua, que enfriará el aire gracias a la menor temperatura de un flujo de agua, que podrá proceder, por ejemplo, de una máquina enfriadora de agua de un hospital, ser un cauce natural, o tener cualquier otro origen.

Y, en general, para producir el enfriamiento podrá utilizarse cualquier medio o equipo capaz de hacer descender lo suficiente la temperatura del flujo de aire.

Descrita suficientemente la naturaleza de la invención, así como la manera de realizarse en la práctica, debe hacerse constar que las disposiciones anteriormente indicadas y representadas en el dibujo adjunto son susceptibles de modificaciones en detalle en cuanto no alteren el principio fundamental .

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para obtener agua de una masa de aire atmosférico; caracterizado porque comprende las etapas de: crear un flujo a partir de la masa de aire y hacerlo circular a través del secundario de un elemento intercambiador, con el fin de obtener su preenfriamiento en el cual puede iniciarse o no el cambio de fase del vapor de agua a fase líquida; someter el flujo de aire preenfriado a un enfriamiento definitivo hasta hacer bajar su temperatura, al menos, por debajo del punto de rocío en orden a provocar el cambio de fase del vapor de agua a continuarlo en el caso de haberse iniciado en el preenfriamiento; recoger el agua condensada y/o congelada; recircular el flujo de aire de salida desecado y enfriado a través del primario del intercambiador al objeto de utilizar su frío residual para el enfriamiento.

2. El procedimiento tal y como se reivindica en la cláusula 1 caracterizado porque para la generación del flujo de aire se aprovechan las corrientes naturales de aire.

3. El procedimiento tal y como se reivindica en la cláusula 1 caracterizado porque para la generación del flujo de aire se utilizan medios artificiales.

4. El procedimiento tal y como se reivindica en la cláusula 1 caracterizado porque opcionalmente se somete al flujo de aire entrante a un preenfriamiento adicional antes del paso por el secundario del intercambiador.

5. El procedimiento tal y como se reivindica en la cláusula 4 caracterizado porque el enfriamiento adicional es producido por una máquina de frío.

6. El procedimiento tal y como se reivindica en la cláusula 4 caracterizado porque el preenfriamiento adicional es producido por medio de intercambiadores por un flujo de agua.

7. El procedimiento tal y como se reivindica en la cláusula 4 caracterizado porque en caso de que el enfriamiento definitivo sea provocado por la evaporadora de una máquina de frío convencional a base de compresor, evaporadora y condensadora, el flujo de aire saliente del primario del intercambiador incidirá sobre la condensadora, al objeto de aprovechar su frío residual para evacuar el calor generado en ésta, equivalencia el calor tomado del flujo entrante de aire más el equivalente en calorías de la energía consumida por el compresor.

8. El procedimiento tal y como se reivindica en la cláusula 7 caracterizado porque en caso de que la temperatura del aire entrante exterior sea elevada se añadirá al flujo de aire circulante, tras su salida del primario del intercambiador y antes de su incidencia sobre la condensadora, un flujo de aire adicional que coopera en la evacuación del calor generado en la condensadora .

9. Máquina para obtener agua condensando la humedad de una masa de aire; caracterizada porque comprende una envolvente con una toma de admisión principal y otra de salida entre las que se establece un flujo forzado de aire; en la envolvente se dispone, al menos, un equipo de frío convenientemente dimensionado para hacer bajar la temperatura del flujo de aire por debajo del punto de rocío al objeto de condensar la humedad que porta; al menos un intercambiador aire-aire al objeto de aprovechar el frío residual del flujo saliente ya deshidratado del elemento enfriador del equipo de frío. Para preenfriar el flujo entrante; y, al menos, una turbina o ventilador generador del flujo entrante-saliente por la toma respectiva, en la envolvente se dispone igualmente un colector o cuba de recogida del agua condensada.

10. La máquina tal y como se reivindica en la cláusula 9 caracterizada porque el equipo de frío comprende un compresor, unidad evaporadora y unidad condensadora, de modo tal que la unidad evaporadora constituye el elemento enfriador del equipo de frío que se interpone en el bucle que describe el flujo entre las dos vías del recuperador de flujos cruzados al objeto de enfriar el aire bajando su temperatura por debajo del punto de rocío, mientras que la unidad condensadora se dispone a la salida del flujo enfriado y deshidratado en la segunda vía del recuperador de flujos, tras el entronque con la toma de admisión intermedia, al objeto de aprovechar su frió residual para evacuar el calor de la condensadora de frío y aumentar el rendimiento general de la máquina.

11. La máquina tal y como se reivindica en la cláusula 10 caracterizada porque en caso de que la temperatura del aire entrante exterior sea elevada, en la envolvente se dispone también una toma intermedia de admisión de aire exterior que entronca con el flujo circulante a la salida de la segunda vía del intercambiador aire-aire y antes de su incidencia sobre la condensadora, al objeto de que el caudal extra coopere en la evacuación del calor generado en la condensadora, equivalente al tomado del flujo de aire entrante en la evaporadora más el equivalente a la energía consumida por el compresor.

12. La máquina tal y como se reivindica en la cláusula 9 caracterizada porque la turbina o ventilador se establece adyacentemente a la toma de expulsión del aire enfriado y deshidratado en la envolvente.

13. La máquina tal y como se reivindica en la cláusula 9 caracterizada porque adicionalmente se dispone previamente a la toma de admisión un elemento preenfriador adicional del flujo entrante.

14. La máquina tal y como se reivindica en la cláusula 13 caracterizada porque el elemento preenfriador adicional consiste en un equipo de frío convencional.

15. La máquina tal y como se reivindica en la cláusula 13 caracterizada porque el elemento preenfriador consiste en un intercambiador que aprovecha el frío de una corriente de agua natural y/o de un flujo de agua enfriada en una máquina.

16. La máquina tal y como se reivindica en la cláusula 9 caracterizada porque el intercambiador aire-aire está constituido por un recuperador de flujos cruzados.

17. La máquina tal y como se reivindica en la cláusula 9 caracterizada porque el equipo de frío consiste en un intercambiador aire-agua que por cuya vía aérea discurre el aire cuya humedad se desea condensar y por su otra vía un flujo de agua a baja temperatura.

18. La máquina tal y como se reivindica en la cláusula 17 caracterizada porque el flujo de agua a baja temperatura procede de una máquina enfriadora de agua de un hospital . R E S UM E N Procedimiento para obtener agua de una masa de aire atmosférico que comprende las etapas de: crear un flujo de aire y hacerlo circular a través del secundario de un elemento intercambiador para su preenfriamiento con inicio o no de cambio de fase del vapor de agua; someter el flujo de aire preenfriado a un enfriamiento capaz de hacer bajar su temperatura, al menos, por debajo del punto de rocío en orden a provocar el cambio de fase del vapor de agua o continuarlo en el caso de haberse iniciado en el preenfriamiento; recoger el agua condensada y/o condensada, recircular el flujo de aire de salida desecado y enfriarlo a través del primario del intercambiador al objeto de utilizar su frío residual para el preenfriamiento.