MX2011005391A - Metodo y aparato para el uso de elementos de mezclado en un sistema de desinfeccion uv de aguas residuales/aguas recicladas. - Google Patents

Metodo y aparato para el uso de elementos de mezclado en un sistema de desinfeccion uv de aguas residuales/aguas recicladas.

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Abstract

Un aparato y un método para mezclar al menos una sustancia líquida que fluye a través de un sistema de líquido que utiliza luz ultravioleta para controlar organismos. Las lámparas ultravioleta se colocan en el flujo de la sustancia líquida y los conjuntos de elementos de mezclado de forma triangular se acomodan en intervalos separados a lo largo de la extensión de cada lámpara, en donde la pluralidad de conjuntos de elementos de mezclado de forma triangular crea cuatro vórtices que rodean cada componente elongado, formando un conjunto de vórtices de forma cuadrada.

Description

MÉTODO Y APARATO PARA EL USO DE ELEMENTOS DE MEZCLADO EN UN SISTEMA DE DESINFECCIÓN UV DE AGUAS RESIDUALES/AGUAS RECICLADAS REFERENCIA CRUZADA A UNA SOLICITUD RELACIONADA Esta solicitud reivindica el beneficio bajo el Título 35, Sección 119 (e) del Código de los Estados Unidos (United States Code, U.S.C.) de la fecha de presentación anterior de la Solicitud Provisional de los EE. UU., con Número de Serie 61/200,292, presentada el 16 de noviembre de 2008, cuyo contenido se incorpora al presente documento como referencia. ÁMBITO DE LA INVENCIÓN Esta invención se relaciona, en general, con los sistemas que utilizan luz ultravioleta (UV) para controlar organismos y, en particular, con el mezclado de sustancias líquidas en sistemas que utilizan luz UV para la desinfección de sustancias líquidas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Por lo general, las plantas de tratamiento de aguas residuales utilizan armazones de lámparas orientados de manera horizontal en la dirección del flujo en un canal abierto. Las lámparas emiten luz ultravioleta (UV) que inactiva los microorganismos patogénicos, y esto hace que el agua sea segura para su descarga a un cuerpo de agua receptor o para reutilizarla (riego, reutilización potable indirecta, uso industrial, aguas grises para uso no potable, etc.). Los armazones sostienen lámparas en un conjunto distribuido en la sección transversal del canal, de modo que ninguna parte del agua que fluye a través del canal pase demasiado lejos de alguna lámpara. En las patentes de los EE. UU. n.° 4,482,809 y 5,006,244 se muestran dispositivos conocidos de tratamiento de sustancias líquidas de canal abierto. Las revelaciones de dichas patentes se incorporan al presente documento como referencia.
Hay un límite práctico sobre cuán lejos de una lámpara puede pasar el agua y aun así seguir recibiendo la desinfección adecuada. La Figura 1 es un gráfico que muestra la disminución de la irradiación UV en el agua con la distancia desde la lámpara, con transmitancia UV de 55% T y 65% T.
Generalmente, los sistemas UV que utilizan lámparas de arco con mercurio de baja presión tienen una separación entre lámparas de, aproximadamente, 7.5 cm en un conjunto de forma cuadrada. Con tubos de cuarzo de 2.5 cm de diámetro, esto significa que la distancia máxima desde cualquier lámpara es de, aproximadamente, 4 cm. Esto suministra espacio suficiente para que el agua pase entre las lámparas sin pérdida de carga indebida y resulta lo suficientemente cerca para lograr una penetración adecuada de la luz UV a todas las áreas y, por lo tanto, una desinfección adecuada. Estos sistemas de baja presión tienen lámparas con un consumo de potencia menor de 100 vatios y una intensidad de radiación ultravioleta corta (short wave, UVC) (UV germicida) menor de 50 vatios.
El avance más reciente en la tecnología de lámparas ha producido lámparas de baja presión con intensidades más altas. La mayor intensidad de lámpara significa que cada lámpara puede desinfectar más agua y, por lo tanto, el flujo de agua debe aumentarse de manera proporcional a la intensidad UVC de las lámparas. No obstante, debido a los límites de pérdida de carga a través de una hilera de lámparas (demasiada pérdida de carga significa que el nivel del agua aguas arriba de la hilera debe aumentar y que cierta cantidad de agua se derramará sobre la parte superior de la hilera de lámparas y no podrá ser tratada de manera adecuada), debe aumentarse la separación entre lámparas para dar lugar al mayor flujo de agua. Por ejemplo, las lámparas con un consumo eléctrico de 250 vatios y una intensidad UVC de, aproximadamente, 100 vatios, deben acomodarse en conjuntos con una separación entre lámparas de 10 cm. El área adicional para el flujo de agua limita la velocidad y, por lo tanto, la pérdida de carga a través de la hilera de lámparas. Esto resulta en una reducción de la irradiación UV en el punto más lejano de todas las lámparas, como se muestra en la Figura 2.
Esta irradiación reducida en el punto más lejano de las lámparas resulta en cierta disminución de la eficiencia del rendimiento asociada con esta mayor separación entre lámparas, especialmente a transmitancias UV más bajas (55% T), pero las ventajas de poder utilizar menos lámparas superan el aumento en el consumo eléctrico resultante.
El desarrollo más reciente de lámparas con potencia aún más alta (500 vatios, con intensidad UVC de 200 vatios) posiblemente resultaría en la reducción de la cantidad de lámparas necesarias a la mitad de la cantidad necesaria en los sistemas que utilizan lámparas de 250 vatios. No obstante, esto significa que debe duplicarse el flujo por lámpara, lo que resultará en una pérdida de carga cuadruplicada a través de una hilera de lámparas (la pérdida de carga es proporcional a la velocidad al cuadrado), a menos que se aumente aún más la separación entre lámparas. No obstante, aumentar la separación a más de 10 cm resulta en una mayor reducción de la eficiencia del tratamiento, lo que elimina las posibles ventajas producidas por la menor cantidad de lámparas de mayor potencia.
Una manera de superar esto es bloquear la parte superior de la hilera de lámparas de modo que el agua no pueda derramarse a través de la parte superior de la hilera, y deba fluir a la velocidad más alta y a la consiguiente pérdida de presión posterior después de pasar por las lámparas con la separación entre lámparas más pequeña, de 4 pulgadas o inferior. Esto se ha empleado exitosamente en espacios donde se utilizan lámparas de presión media (médium pressure, MP) con potencia mucho más alta (2500 vatios/lámpara, UVS de 370 vatios) (Patente de los EE. UU. n.° 5,590,390, cuya revelación se incorpora al presente documento como referencia) y en un sistema que empleó elementos de mezclado de forma triangular o de ala delta, con una separación aún mayor y lámparas de 5000 vatios (UVC de 750 vatios) (Patente de los EE. UU. n.° 6,015,229, cuya revelación se incorpora al presente documento como referencia). Si bien el sistema revelado en la Patente de los EE. UU. n.° 6,015,229 tenía la parte superior cerrada, igual tuvo que aumentarse la separación entre lámparas para reducir la velocidad y la pérdida de carga generales. En el sistema revelado en la Patente de los EE. UU. n.° 6,015,229, las lámparas de MP de 5000 vatios son relativamente cortas (60 cm de largo). Una desventaja del sistema revelado en la Patente de los EE. UU. n.° 6,015,229 es que si se utilizan lámparas más largas, los vórtices generados por las alas delta desaparecen y la efectividad disminuye. Por lo tanto, la mejor manera de usar el sistema revelado en la Patente de los EE. UU. n.° 6,015,229 es con lámparas de MP relativamente cortas (60 cm de largo en comparación con el común de 1.8 m de largo para las lámparas de presión baja [low pressure, LP]).
Con un conjunto de alas delta ubicado al comienzo de una hilera de lámparas de LP, los vórtices básicamente desaparecen después de, prácticamente, 40 cm. Esto se ha modelado mediante el Modelaje de mecánica de fluidos computacional (Computational Fluid Dynamic Modeling, CFD) y se muestra en las Figuras 3 y 4. La Figura 3 es un diagrama de vórtice de velocidad que muestra vórtices a 2 cm aguas abajo de las alas delta. La Figura 4 es un diagrama de vórtice de velocidad que muestra vórtices a 40 cm aguas abajo de las alas delta.
La velocidad de rotación y, por lo tanto, la capacidad de los vórtices de mezclarse en el agua más lejana de las lámparas se representan mediante los vectores de velocidad de las Figuras 3 y 4, con flechas más largas y, por lo tanto, mayores velocidades de rotación inmediatamente después de la lámpara (Figura 3) y flechas más pequeñas y, por lo tanto, menor velocidad de rotación a 40 cm aguas abajo de las deltas.
COMPENDIO DE LA INVENCIÓN Las aplicaciones de la invención incluyen un aparato y un método para mezclar al menos una sustancia líquida que fluye a través de un sistema de líquido, que comprende un conjunto de filas y columnas de componentes elongados, en donde cada componente elongado está alineado horizontalmente con los componentes elongados de las columnas adyacentes y alineado verticalmente con los componentes elongados en las filas adyacentes del componente elongado, y en donde el eje de cada componente elongado está alineado con la dirección del flujo de la sustancia líquida; y una pluralidad de conjuntos de elementos de mezclado dispuestos en intervalos espaciados a lo largo de la extensión de cada componente elongado, en donde la pluralidad de conjuntos de elementos de mezclado crea cuatro vórtices que rodean cada componente elongado, formando un conjunto de vórtices de forma cuadrada. Las aplicaciones de la invención incluyen aquellas donde cada componente elongado es una fuente de luz ultravioleta y donde los elementos dé mezclado incluyen elementos de mezclado que tienen una forma triangular con un vértice que apunta aguas arriba y en un ángulo con respecto a la dirección del flujo.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS PLANOS En referencia a los planos, en donde los números designan piezas idénticas o correspondientes a lo largo de las vistas referidas.
La Figura 1 es un gráfico que muestra la irradiación UV relativa con una distancia desde una combinación lámpara/cuarzo que se muestra a una transmitancia del agua del 55% (línea punteada) y 65% por cm.
La Figura 2 es un gráfico que muestra la irradiación relativa en el punto central entre las 4 lámparas, en un conjunto de lámparas de forma cuadrada en comparación con la separación de lámparas entre lámparas adyacentes en el conjunto.
La Figura 3 es un diagrama de vórtice de velocidad que muestra vórtices a 2 cm aguas abajo de las alas delta.
La Figura 4 es un diagrama de vórtice de velocidad que muestra vórtices a 40 cm aguas abajo de las alas delta.
La Figura 5a es un gráfico del efecto de los conjuntos de cero, uno, tres y cuatro deltas igualmente separados a lo largo de la extensión de la lámpara en el rendimiento de la inactivación de microbios.
La Figura 5b representa los datos de una prueba de un bioensayo piloto de la de dosis equivalente para reducción (Reduction Equiválent Dose, RED) de MS2 con y sin alas delta (línea punteada) al 67% T en comparación con la velocidad de flujo por lámpara según una aplicación de la invención.
La Figura 6 representa los datos de una prueba piloto de un bioensayo de la RED de MS2 con y sin alas delta (línea punteada) al 60% T según una aplicación de la invención.
La Figura 7 representa los datos de una prueba piloto de un bioensayo de la RED de MS2 con y sin alas delta (línea punteada) al 50% T en comparación según aplicación de la invención.
La Figura 8 muestra aplicaciones anteriores de la industria del uso de alas delta que han utilizado un conjunto de alas delta que genera 8 vórtices alrededor de cada lámpara.
Esta figura se extrajo de la Figura 4 de la Patente de los EE. UU. 6,015,229.
La Figura 9 muestra un patrón de vórtices propuesto en la Patente 6,015,229 con una proporción más pequeña entre el diámetro de cuarzo y la separación entre lámparas que muestra una región de agua altamente tratada cerca de la lámpara que no es barrida por los vórtices.
La Figura 10 es un patrón de vórtices con cuatro vórtices alrededor de cada lámpara que muestra el barrido mejorado del agua cercana a la lámpara según una aplicación de la invención.
La Figura 11 muestra elementos de mezclado de forma triangular que producen el patrón de vórtices que se muestra en la Figura 10.
La Figura 12 es un dibujo de un armazón de lámparas con elementos de mezclado de forma triangular según una aplicación de la invención.
La Figura 13 es una vista transversal con tres armazones de lámparas que muestra el marco, el brazo de accionamiento de los barredores, tubos de cuarzo y los elementos de mezclado de forma triangular según una aplicación de la invención.
La Figura 14 es una vista transversal de un armazón de lámparas que muestra un marco ancho que dirige más cantidad del flujo de agua para que pase por los tubos de cuarzo, según una aplicación de la invención.
La Figura 15 es una vista transversal de un armazón de lámparas que muestra un marco estrecho que dirige el flujo de agua alejándolo de los tubos de cuarzo según la industria anterior.
La Figura 16a muestra un elemento de mezclado de forma triangular con la punta removida según una aplicación de la invención.
La Figura 16b muestra un elemento de mezclado de forma triangular sin la punta removida.
La Figura 17 muestra elementos de mezclado con forma de medio triángulo en la parte inferior del canal según una aplicación de la invención.
La Figura 18 es un dibujo de un elemento de mezclado con forma de medio triángulo según una aplicación de la invención.
Las Figuras 19a y 1 b son vistas laterales y del extremo que muestran un armazón de lámparas en un canal abierto con elementos de mezclado con forma de medio triángulo en el nivel del agua en la parte superior y en la parte inferior del canal según una aplicación de la invención.
La Figura 20 es un arreglo de soportes de elementos de mezclado de forma triangular alternado con varillas o barras de soporte vertical fijas según una aplicación de la invención.
La Figura 21 es un arreglo de soportes de elementos de mezclado de forma triangular alternado con varillas o barras de soporte vertical removibles según una aplicación de la invención.
La Figura 22 es un arreglo posible para un reactor de recipiente cerrado con un conjunto de cuatro lámparas según una aplicación de la invención.
La Figura 23 muestra una vista en perspectiva de un reactor de recipiente cerrado según una aplicación de la invención.
La Figura 24 es una vista transversal longitudinal del reactor de recipiente cerrado de la Figura 23.
La Figura 25 es una vista transversal del extremo del reactor de recipiente cerrado de la Figura 23.
La Figura 26 es una vista transversal del extremo del reactor de recipiente cerrado que muestra un mecanismo de limpieza de cuarzo según una aplicación de la invención.
La Figura 27 es un arreglo para un reactor de recipiente cerrado con un conjunto de dieciséis lámparas según una aplicación de la invención.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las aplicaciones de la invención emplean más de un conjunto de alas delta (elemento de mezclado de forma triangular) a intervalos espaciados a lo largo de la extensión de una lámpara UV en un sistema que usa luz UV para la desinfección de sustancias líquidas. Los arreglos de conjuntos de elementos de mezclado de forma triangular fueron probados mediante el modelado de mecánica de fluidos computacional combinado con un modelo de campo de irradiación para simular la inactivación de microbios. En la Figura 5a, se muestra el efecto de cero, uno, tres y cuatro conjuntos de elementos de mezclado de forma triangular espaciados a distancias iguales a lo largo de la extensión de la lámpara en el rendimiento de la inactivación de microbios. Puede verse que un arreglo con tres elementos de mezclado de forma triangular espaciados a lo largo de una lámpara tiene un mejor rendimiento en comparación con un arreglo que tiene solo un conjunto de elementos de mezclado de forma triangular.
Este arreglo de tres conjuntos de elementos de mezclado de forma triangular espaciados a lo largo de la extensión de las lámparas UV fue probado con un sistema piloto en una planta de tratamiento con el uso de microorganismos sustitutos de aguas residuales MS2 fagos y TI fagos (conocidos organismos sustitutos utilizados en las pruebas de bioensayos), con y sin los elementos de mezclado de forma triangular. La separación entre las lámparas del sistema piloto fue de 6 pulgadas (15 cm).
Además de realizar la prueba en el agua bruta a aproximadamente al 67% de transmitancia UV, se ajustó la transmitancia al 60% T y 50% T con ácido húmico para simular aguas naturales de baja transmitancia. Las Figuras 5b, 6 y 7 muestran la mejora en el rendimiento que se logra con y sin el conjunto de tres elementos de mezclado de forma triangular.
Aplicaciones previas de la utilización de elementos de mezclados de forma triangular han empleado un conjunto de elementos de mezclado de forma triangular que genera ocho vórtices alrededor de cada lámpara. Esto se muestra en la Figura 4 de la Patente de los EE. UU. 6,015,229 reproducida en el presente documento como la Figura 8, en donde las lámparas UV 5 están rodeadas por un tubo 13 y cada elemento de mezclado de forma triangular produce un par de vértices 10 que giran en sentidos contrarios.
La idea, como se propuso en la Patente de los EE. UU. 6,015,229, era tomar agua altamente tratada en una proximidad cercana a la lámpara y alejarla de esta, y tomar el agua no tratada o tratada de manera marginal que se encontrara lejos de la lámpara y acercarla a una proximidad cercana a la lámpara.
Este arreglo no es apropiado para un sistema en donde la proporción entre diámetro del cuarzo y la separación entre las lámparas es menor que en el sistema propuesto en la Patente de los EE. UU. 6,015,229 dado que los vórtices no barren una gran parte del agua altamente tratada que está cerca de la lámpara, según se ilustra en la Figura 9. Específicamente, la Figura 9 ilustra lo que sucedería si el arreglo divulgado en la Patente de los EE. UU. 6,015,229 se utilizara con una proporción más pequeña entre el diámetro del cuarzo y la separación entre lámparas. Según se ilustra, el patrón de vórtices muestra regiones de agua altamente tratada cerca de la lámpara que no es afectada ni barrida por los vórtices.
El arreglo de las aplicaciones de la invención es más adecuado para un sistema en donde la proporción entre el diámetro del cuarzo y la separación entre lámparas es inferior que en el sistema propuesto en la Patente de los EE. UU. 6,015,229. En aplicaciones de la invención, cuatro vórtices más grandes 20 rodean cada lámpara 22 como se muestra en la Figura 10, y se forma un conjunto de vórtices de forma cuadrada. Como se puede apreciar, los vórtices están dispuestos' en contacto con la lámpara 22 y toman el agua altamente tratada y la alejan de la lámpara 22. De manera inversa, toman el agua que se encuentra lejos de la lámpara (en el punto central 24 entre las cuatro lámparas 22) y la acercan a la lámpara 22.
En la Figura 11 se muestra un arreglo de la invención que tiene alas delta o elementos de mezclado de forma triangular 26 que producen un patrón de vórtices que tiene cuatro vórtices 20 dispuestos en contacto con la lámpara. Cada elemento de mezclado de forma triangular 26 está dispuesto con un vértice que apunta aguas arriba y en un ángulo con respecto a la dirección del flujo. Como se ilustra en la Figura 11, pares de elementos de mezclado de forma triangular 26 dispuestos con sus partes posteriores enfrentadas de modo que el lado más largo 28 de cada elemento de mezclado de forma triangular 26 esté dispuesto de forma paralela y adyacente al lado más largo (borde de arrastre) 28 del otro elemento de mezclado de forma triangular 26 en el par.
Cada elemento de mezclado de forma triangular 26 produce un par de vórtices que giran en sentidos contrarios 20 y los elementos de mezclado de forma triangular con sus partes posteriores enfrentadas 26 producen cuatro vórtices que giran en sentidos contrarios 20 que básicamente hacen rotar toda el agua que se encuentra en el espacio entre las cuatro lámparas 22 que rodean cada par. Esta rotación en sentidos contrarios es importante porque los vórtices 20 se refuerzan entre sí para obtener una velocidad de rotación mayor y una sostenibilidad más prolongada. Desde un punto de vista mecánico, también se prefiere este arreglo de elementos de mezclado de forma triangular 26 ya que los elementos de mezclado de forma triangular 26 pueden montarse a su armazón de lámparas respectivo, y se puede retirar el conjunto del armazón de lámparas completo sin afectar los armazones de lámparas adyacentes. Esto es importante para el mantenimiento de rutina de los sistemas de desinfección UV dentro del canal. Las varillas de soporte 30 que sostienen los elementos de mezclado de forma triangular 26 en su lugar también se muestran en la Figura 11. Como se puede apreciar aquí, estas varillas 30 están colocadas de manera que queden fuera del barrido de los dos vórtices que rotan en sentidos contrarios 20 producidos por cada elemento de mezclado de forma triangular 26, pero aun así se encuentran en una buena posición para poder sujetar el borde de arrastre del elemento de mezclado de forma triangular 26.
En la Figura 12 se muestra un armazón de lámparas 32, con tres lámparas 22 por armazón 32, en la aplicación preferida de este sistema. Se coloca un soporte adicional 34 más arriba hacia la punta (ángulo de ataque) 35 de cada elemento de mezclado de forma triangular 26. Este segundo soporte 34 se utiliza para alinear de manera correcta el ángulo de los elementos de mezclado de forma triangular 26 con respecto a la dirección del flujo (ángulo de ataque) y sujetar aún más los elementos de mezclado de forma triangular 26 en su lugar. También se coloca en la línea central de los elementos de mezclado de forma triangular 26 de modo de no interferir en el barrido giratorio de los vórtices 20.
En una aplicación de la invención, el arreglo de armazones de lámparas 32 se suministra con cuatro, seis u ocho lámparas verticales 22 por armazón 32. No obstante, se puede incluir cualquier cantidad de lámparas 22 en un único armazón 32. Se colocan varios armazones 32 de forma adyacente entre sí para formar un conjunto de lámparas para utilizar en un sistema de desinfección UV de canal abierto. La Figura 13 ilustra una vista transversal de tres armazones de lámparas 32 juntos, que muestran el marco 36, los brazos de accionamiento de los barredores 38, los tubos de cuarzo que contienen las lámparas 22 y los elementos de mezclado de forma triangular 26. Las lámparas 22 en esta y Otras aplicaciones reveladas están dispuestas en un conjunto de forma cuadrada de modo! que cada lámpara 22 esté alineada horizontalmente con las lámparas 22 de las columnas adyacentes de lámparas y alineada horizontalmente con las lámparas 22 de las filas adyacentes de lámparas.
La mayoría de los sistemas UV montados en armazón de canal abierto tienen componentes de soporte vertical 40 en cada extremo del armazón de lámparas para sostener los tubos de cuarzo y las lámparas 22. Este soporte vertical en los sistemas anteriores de la industria se coloca muy cerca de la lámpara, como se muestra en la vista transversal de la Figura 15. Esto tiende a hacer que el agua se aleje de las lámparas y vaya hacia el área entre las lámparas, lo que da como resultado un menor rendimiento del sistema UV.
Una mejora de este aspecto en una aplicación de la invención tiene un marco ancho 36 que impide el agua en el plano vertical más lejos de las lámparas 22, y dirige más agua en el plano vertical de las lámparas 22 como se muestra en la Figura 14. La Figura 14 también ilustra el punto donde el área abierta rodea las lámparas 22 y los impedimentos para el flujo (patas del marco) se mantienen lejos de las lámparas 22.
Se coloca un sensor UV (no se muestra) entre dos tubos de cuarzo en un armazón de lámparas para medir la irradiación UV en el agua. Es deseable limpiar este sensor y los tubos de cuarzo con una paleta o un elemento barredor que se mueva periódicamente a lo largo de la extensión de la lámpara. El conjunto del barredor puede ser accionado por un brazo vertical de accionamiento de los barredores 38 conectado a un mando de tornillo accionado por un motor 41. Se divulga un ejemplo de una paleta en la Patente de los EE. UU. n.° 7,159,264, cuya revelación se incorpora al presente documento como referencia. Una aplicación de la invención tiene un elemento de mezclado de forma triangular modificado 260 cuya punta se ha removido. Este elemento de mezclado de forma triangular modificado 260 suministra un espacio libre suficiente entre el barredor del sensor y el elemento de mezclado de forma triangular 260. La punta del elemento de mezclado de forma triangular 260 podría interferir en el movimiento del barredor del sensor UV. El elemento de mezclado de forma triangular con 260 y sin 26 la punta removida se muestra en las Figuras 16a y 16b. El espacio libre necesario para el brazo de accionamiento de los barredores 38 se ilustra en la Figura 13.
Se realizaron el CFD y el modelaje computacional de intensidad de irradiación del campo para mostrar que la remoción de esta punta tiene muy poco efecto en la inactivación microbiana a través del reactor.
Las aplicaciones de la invención también utilizan elementos de mezclado con forma de medio triángulo 42 en la parte superior e inferior del armazón de lámparas. Esto genera un único vórtice completo, que se muestra en la Figura 17, de la misma manera en que un elemento de mezclado de forma triangular completo genera un par de vórtices. Como la parte inferior del canal se encuentra en el punto medio entre dos lámparas, el elemento de mezclado con forma de medio triángulo 42 está desplazado hacia arriba aproximadamente 0.7 cm para dar lugar a la varilla de soporte 30. La Figura 18 muestra un elemento de mezclado con forma de medio triángulo 42. Las Figuras 19a y 19b muestran un armazón de lámparas en un canal abierto con elementos de mezclado con forma de medio triángulo 42 en el nivel del agua en la parte superior y en la parte inferior del canal.
Un arreglo alternativo para dar soporte a los elementos de mezclado de forma triangular 26 es mediante el uso de varillas o barras de soporte vertical 44, como se muestra en la Figura 20. Esto tiene algunas desventajas y ventajas con respecto al arreglo de soportes horizontales descrito antes. Los soportes verticales 44 producen un mayor impedimento para que el agua fluya, lo que da como resultado una pérdida de carga mayor a través del reactor, y también desestabiliza los vórtices en cierto grado. No obstante, en un armazón de lámparas grande (p. ej., ocho lámparas apiladas de manera vertical), cada varilla sostiene siete elementos de mezclado de forma triangular completos y dos elementos de mezclado con forma de medio triángulo. Esto se contrapone a los tres elementos de mezclado de forma triangular por varilla del arreglo de soportes horizontales. Por lo tanto, esto reduce el costo del sistema. Además, utilizar varillas de soporte verticales 44 posibilita la remoción de los elementos de mezclado de forma triangular (para limpieza, por ejemplo) sin tener que remover todo el armazón. Esto es importante para las aguas más sucias, donde los elementos de mezclado de forma triangular pueden tener una tendencia a acumular cadenas de desechos (algas) que son comunes en los efluentes de plantas de tratamiento secundario de aguas residuales.
En la Figura 21 se muestra un arreglo de soporte alternado con varillas o barras de soporte vertical removibles 440. Además, es posible que una única varilla sostenga los dos pares de elementos de mezclado de forma triangular entre armazones de lámparas. En este caso, una única varilla sostiene catorce elementos de mezclado de forma triangular completos y cuatro elementos de mezclado con forma de medio triángulo en el ejemplo del armazón de ocho lámparas mencionado antes, lo que reduce los costos aún más.
Aplicaciones de la invención incluyen arreglos en reactores de recipiente cerrados como se muestra en las Figuras 22 a 27. Un conjunto de vórtices, similar al descrito en las aplicaciones de canal abierto anteriores, puede generarse en un sistema UV de desinfección de recipiente cerrado, donde las lámparas están dentro de un recipiente tubular con el flujo en la dirección de la longitud del recipiente y las lámparas paralelas al flujo.
La Figura 22 muestra un reactor tubular 46 de cuatro lámparas 22. El mezclado adicional suministrado por los elementos de mezclado de forma triangular 26 permite que este reactor se utilice para agua con menor transmitancia UV dado que, como en el arreglo de canal abierto, los vórtices 20 generados por los elementos de mezclado de forma triangular 26 llevan el agua que está más lejos de las lámparas 22 muy cerca de las lámparas 22 y llevan el agua que está más cerca de las lámparas 22 lejos de las lámparas 22. Este reactor 46 puede tener una entrada 48 con agua que fluye de manera paralela a las lámparas y una salida 50 con el agua que fluye de manera transversal a las lámparas como se muestra en la Figura 23.
Como en el reactor de canal abierto, se colocan uno o más grupos de elementos de mezclado de forma triangular 26 a intervalos separados a lo largo de la extensión de las lámparas. La Figura 24 muestra tres grupos. Un mando de tornillo 410 (Figuras 24 - 26) para accionar los elementos de limpieza del cuarzo 52 recorre la extensión del reactor 46 en el centro.
La Figura 27 muestra un conjunto de dieciséis lámparas con cuatro filas de cuatro lámparas 22. De manera similar, se pueden producir conjuntos de nueve, veinticinco o treinta y seis lámparas con tres filas de tres lámparas 22, cinco filas de cinco lámparas 22 o seis filas de seis lámparas 22, respectivamente. En los conjuntos más grandes, se pueden incluir algunos deflectores (no se ilustran) para prevenir que el agua fluya en las zonas cercanas a la pared que no están cubiertas por los vórtices.
Si no se indica lo contrario en el presente documento, cualquiera o todas las patentes, las publicaciones de patentes, los artículos y otras publicaciones impresas analizadas o mencionadas en el presente documento, se incorporan al presente documento como referencia, como si se expusieran por completo en este documento.
Cabe destacar que el aparato y los métodos de la invención pueden configurarse y llevarse a cabo de la manera adecuada para cualquier contexto en que se esté trabajando. Las aplicaciones descritas anteriormente deben considerarse en todo sentido únicamente con carácter ilustrativo y no restrictivo.

Claims (20)

REIVINDICACIONES
1. Un aparato para mezclar al menos una sustancia líquida que fluye a través de un sistema de líquido, que comprende: un conjunto de filas y columnas de componentes elongados en donde cada componente elongado está alineado horizontalmente con los componentes elongados de las columnas adyacentes y alineado verticalmente con los componentes elongados de las filas adyacentes, y en donde el eje de cada componente elongado está sustancialmente alineado con la dirección del flujo de la sustancia líquida; y una pluralidad de conjuntos de elementos de mezclado dispuestos en intervalos espaciados a lo largo de la extensión de cada componente elongado, en donde la pluralidad de conjuntos de elementos de mezclado crea cuatro vórtices que rodean cada componente elongado, formando un conjunto de vórtices de forma cuadrada.
2. El aparato de la reivindicación 1, en donde cada componente elongado es una fuente de luz ultravioleta.
3. El aparato de la reivindicación 2, en donde los elementos de mezclado incluyen elementos de mezclado que tienen una forma triangular con un vértice que apunta aguas arriba y en un ángulo con respecto a la dirección del flujo.
4. El aparato de la reivindicación 3, en donde los elementos de mezclado incluyen elementos de mezclado que tienen forma de medio triángulo y en donde los elementos de mezclado con forma de medio triángulo están dispuestos a lo largo de los componentes elongados del aparato en áreas que no están rodeadas por cuatro componentes elongados.
5. El aparato de la reivindicación 3, en donde el sistema de líquido es un sistema de canal abierto, y en donde los elementos de mezclado están montados en varillas de soporte horizontales.
6. El aparato de la reivindicación 3, en donde el sistema de líquido es un sistema de canal abierto, y en donde los elementos de mezclado están montados en varillas de soporte verticales.
7. El aparato de la reivindicación 3, en donde el sistema de líquido es un sistema de canal abierto, y en donde los componentes elongados están dispuestos verticalmente en armazones para removerlos del canal y los elementos de mezclado están montados en varillas de soporte verticales que pueden removerse de los armazones por separado.
8. El aparato de la reivindicación 7, en donde cada armazón incluye un marco que tiene varillas verticales separadas, en donde las varillas verticales separadas crean un área abierta alrededor de los componentes elongados.
9. El aparato de la reivindicación 2, en donde los elementos de mezclado incluyen elementos de mezclado que tienen una forma triangular en donde se removió el vértice de ataque.
10. El aparato de la reivindicación 3, en donde el sistema de líquido es un sistema de canal cerrado que tiene el aparato colocado en un recipiente cilindrico.
1 1. Un método para mezclar al menos una sustancia líquida que fluye a través de un sistema de líquido que consiste en: sumergir un conjunto de filas y columnas de componentes elongados en el flujo de la sustancia líquida en donde cada componente elongado está alineado horizontalmente con los componentes elongados de las columnas adyacentes y alineado verticalmente con los componentes elongados de las filas adyacentes, y en donde el eje de cada componente elongado está alineado con la dirección del flujo de la sustancia líquida; acomodar una pluralidad de conjuntos de elementos de mezclado dispuestos en intervalos espaciados a lo largo de la extensión de cada componente elongado, en donde la pluralidad de conjuntos de elementos de mezclado crea cuatro vórtices que rodean cada componente elongado, formando un conjunto de vórtices de forma cuadrada.
12. El aparato de la reivindicación 11, en donde cada componente elongado es una fuente de luz ultravioleta.
13. El método de la reivindicación 12, en donde los elementos de mezclado incluyen elementos de mezclado que tienen una forma triangular con un vértice que apunta aguas arriba y en un ángulo con respecto a la dirección del flujo.
14. El método de la reivindicación 13, en donde los elementos de mezclado incluyen elementos de mezclado que tienen forma de medio triángulo y en donde los elementos de mezclado con forma de medio triángulo están dispuestos a lo largo de los componentes elongados en áreas del aparato que no están rodeadas por cuatro componentes elongados.
15. El método de la reivindicación 13, en donde el sistema de líquido es un sistema de canal abierto, y en donde los elementos de mezclado están montados en varillas de soporte horizontales.
16. El método de la reivindicación 13, en donde el sistema de líquido es un sistema de canal abierto, y en donde los elementos de mezclado están montados en varillas de soporte verticales.
17. El método de la reivindicación 13, en donde el sistema de líquido es un sistema de canal abierto, y en donde los componentes elongados están dispuestos verticalmente en armazones para removerlos del canal y los elementos de mezclado están montados en varillas de soporte verticales que pueden removerse de los armazones por separado.
18. El método de la reivindicación 17, en donde cada armazón incluye un marco que tiene varillas verticales espaciadas, en donde las varillas verticales espaciadas crean un área abierta alrededor de los componentes elongados.
19. El método de la reivindicación 12, en donde los elementos de mezclado incluyen elementos de mezclado que tienen una forma triangular en donde se removió el vértice de ataque.
20. El método de la reivindicación 13, en donde el sistema de líquido es un sistema de canal cerrado que tiene el aparato colocado en un recipiente cilindrico.
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