MX2013014119A - Dispositivo magnetico para el tratamiento de agua. - Google Patents

Abstract

La presente invención es relativa a un dispositivo magnético para el tratamiento de agua que controla y reduce la formación de incrustaciones en tuberías industriales y de casa habitación. Dicho dispositivo está integrado por una cubierta de material ferromagnético que tiene las funciones de aislar y amplificar el campo magnético, una cámara de tratamiento magnética formada por imanes permanentes espaciados entre sí para formar uno o más canales por donde pasa un flujo de agua que recibe una alta intensidad de campo magnético, y un adaptador roscado o bridado del diámetro de la tubería donde se va instalar.

Description

DISPOSITIVO MAGNÉTICO PARA EL TRATAMIENTO DE AGUA Campo de ia invención La presente invención pertenece al campo téenico de tratamiento del agua para uso doméstico e industrial; más particularmente pertenece al campo técnico de dispositivos magnéticos para el tratamiento de agua.

Estado de la técnica La dureza del agua ha sido la principal causa de problemas relacionados con la formación de incrustaciones en tuberías y equipos industriales, así como en redes domésticas. Esto se ha controlado con el uso de diferentes procesos físico-químicos como son los inhibidores de incrustación y la remoción de dureza a través de los procesos de cal-carbonato y de intercambio iónico. Los métodos químicos son los más utilizados; sin embargo, estas sustancias cambian las propiedades físico-químicas de las soluciones, son de alto costo y generan desechos que se deben tratar para no causar contaminación en el ambiente.

Otra forma de combatir la formación de estás incrustaciones es mediante la aplicación del campo magnético. En los últimos años se han realizado investigaciones para explicar el efecto del campó magnético sobre la dureza del agua. Se ha llegado a la conclusión de que la aplicación de un campo magnético al agua con dureza produce los siguientes efectos: i) el campo magnético incrementa localmente el potencial termodinámico de la interfase favoreciendo la formación de aragonita a partir de calcita, lo que permite cambiar la forma y tenacidad de la incrustación por una más suave y fácil de remover, o reduce el tamaño de los cristales disminuyendo el potencial de incrustación, y ii) propicia la nucleación homogénea que hace que el carbonato de calcio permanezca en la solución y no precipite sobre las tuberías.

Los estudios muestran la conveniencia de aplicar campos magneticos al agua con la finalidad de prevenir la formación de incrustaciones, principalmente las conformadas por calcita (forma polimórfica mas estable del carbonato de calcio) en torres de enfriamiento, equipos de transferencia de calor y tuberías industriales o de casa habitación; así como para remover las incrustaciones ya existentes. Las incrustaciones de calcita son particularmente difíciles de remover e inhiben el desarrollo normal de los procesos industriales. Los principales problemas que las incrustaciones ocasionan son: a) la reducción en la eficiencia de transferencia de energía, b) el bloqueo del flujo del agua, y c) la disminución del tiempo de la vida útil de tuberías y equipos.

En la actualidad existe una variedad de dispositivos magnéticos para tratar agua; sin embargo, estos dispositivos presentan inconvenientes de tipo funcional y estructural. Estos dispositivos tienen diversos inconvenientes, siendo uno de los principales, la baja intensidad de campo magnético que pueden generar en el seno del agua a tratar, principalmente en tuberías de grandes diámetros. Esto se debe a que la intensidad de campo magnético disminuye de forma inversamente proporcional al cuadrado de la distancia, y en estos dispositivos la distancia que existe entre los ¡manes permanentes dependerá del diámetro de tubería donde se instalarán, de esta manera, el campo magnético tiende a cero conforme se aumenta el diámetro de la misma.

Otro de los inconvenientes que presentan este tipo de dispositivos magnéticos es que no son adecuados para colocarse en tuberías constituidas por materiales ferromagnéticos, ya que al estar en contacto con este tipo de materiales, el campo magnético se genera entre el dispositivo y la superficie de la tubería en cuestión, y no dentro de la misma. Es importante mencionar que tanto en la industria como en casa habitación es común el empleo de tuberías constituidas por materiales ferromagnéticos, por lo que esto representa un serio inconveniente a este tipo de dispositivos.

Por ejemplo, la solicitud de patente US2012267312A1 describe un metodo y un dispositivo para el tratamiento de fluidos utilizando la energía magnética concentrada en una pluralidad de áreas distintas a lo largo de una vía, así como al menos una región donde se lleva un tratamiento pulsado dentro de una cámara de tratamiento de fluidos.

Por otro lado, la solicitud de patente JP2011121031A describe un aparato de generación de campo magnético de una intensidad de cierto nivel o más en una trayectoria de flujo, y la generación de un campo magnético de una intensidad de cierto nivel o más en un amplio rango en la trayectoria de flujo sin la organización de un imán en la trayectoria de flujo del agua. El aparato generador de campo magnético incluye una parte tubular (por donde fluye el agua), y una bobina principal superconductora dispuesta concéntricamente y en dirección radial fuera de la parte tubular.

! De igual manera, la solicitud de patente W02009044719 describe un dispositivo de separación magnética el cual contiene una pluralidad de discos magnéticos dispuestos de manera que sean sustancialmente por debajo el agua a tratar en un recipiente de separación. Una abertura de suministro de agua para suministrar el agua como un flujo ascendente se forma en el recipiente de separación en el extremo inferior del recipiente de separación. Por otra parte, inmediatamente por debajo de cada uno de los discos magnéticos, un miembro de distribución está dispuesto para distribuir el agua suministrada desde la abertura de suministro de agua a la derecha y hacia la izquierda y la dirección del espesor del disco magnético. Un par de canales están dispuestos en ambos lados paralelos al eje de rotación del recipiente de separación de manera que el agua procesada es removida de los contaminantes metálicos.

Así mismo, la solicitud de patente US2010133163A1 describe una película filtrante magnética que se utiliza para eliminar los granos ferrosos contenidos en un líquido el cual que pasa a través de la película filtrante magnética. La película de filtrado magnético incluye una película de goma y micro-imanes, la cual está hecha de un polímero orgánico y está formada está formada con aberturas a través de la cual puede pasar líquido. Los micro-imanes se distribuyen en la película de goma para atraer granos ferromagnéticos del líquido.

Debido a las desventajas establecidas en los documentos anteriores, es necesario el desarrollo de nuevos dispositivos que permitan obtener mayores campos magnéticos efectivos para realizar las transformaciones en la estructura cristalina del agua.

Breve descripción de las figuras La figura 1 es una vista lateral del dispositivo magnético, en donde (1) es la cubierta de material ferromagnético, (2) son imanes permanentes en forma de ortoedro, (3) es la recubierta de material no magnético, (4) es el sistema de roscado, y (5) son los canales de tratamiento.

La figura 2 es una vista frontal del dispositivo magnético mostrando su estructura interna, en donde (1) es la cubierta de material ferromagnético, (2) son imanes permanentes en forma de ortoedro, (3) es la recubierta de material no magnético, (5) son los canales de tratamiento, (6) son separadores, y (7) son las líneas de fuerza del campo magnético.

La figura 3 es una vista superior del dispositivo magnético, en donde (1) es la cubierta de material ferromagnético, (2) son imanes permanentes en forma de ortoedro, y (4) es el sistema de roscado.

La figura 4 es una microfotografía de los cristales antes (A) y después (B) de tratamiento magnético.

La figura 5 es una microfotografía (A) que muestra que el cristal formado sobre la incrustación es calcita, y un difractograma (B) que comprueba que la incrustación está formada principalmente de calcita. Esto se interpreta en base a la alta intensidad del pico presente en el punto correspondiente a 29.6 grados theta, en el cual la calcita difracta en un 100%.

La figura 6 es una microfotografía (A) muestra que el cristal formado sobre la incrustación es principalmente aragonita, y un difractograma (B) que comprueba que la incrustación está formada principalmente de aragonita.

Especificación de la invención Un objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo para el control de incrustación en aguas con alta concentración de dureza., el cual está integrado por i) una carcasa o cubierta de material ferromagnetico que tiene las funciones de aislar y amplificar el campo magnético, ii) una cámara de tratamiento * magnética, y iii) un adaptador del diámetro de la tubería donde se va instalar.

El dispositivo que se describe en las figura 1-3, es un cuerpo hueco de forma general prismática o cilindrica constituido por una carcasa o cubierta de material ferromagnético (1, figuras 1-3) que contiene en su interior un cámara magnética formada por varios imanes permanentes en forma de ortoedro (2, figuras 1-3) los cuales están espaciados entre sí mediante separadores (6, figura 2) formando uno o varios canales de tratamiento (5, figura 1-2) en donde el agua a tratar pasa y recibe un campo magnético que depende de la separación que existe entre los canales y la amplificación del campo que provoca la carcasa o cubierta de material ferromagnético. Los polos de los imanes están orientados de manera que queden en correspondencia alternada de sus polos norte y sur, con lo cual las líneas de fuerza del campo magnético (7, figura 2) de los imanes (2, figuras 1-3) se cierran a través de los imanes adyacentes y atraviesan por completo la cámara de tratamiento (5, figuras 1-2). En las figuras 1-2 el polo norte se designa como “N” y el sur como “S”. Los imanes (2, figuras 1-3) se encuentran recubiertos con un material no magnético (3, figuras 1-2) que impide el contacto directo entre el agua y los imanes (2. Figuras 1-3) y por lo tanto evita la contaminación del agua que pudiera provocar la disolución de los imanes permanentes. El dispositivo puede ser bridado o roscado (4, figura 3) en sus dos extremos de manera que se puede acoplar fácilmente a tuberías de cualquier material.

El número de imanes depende del diámetro de la tubería donde se instalará el dispositivo, entre mayor sea el diámetro de la tubería mayor será el numero de imanes requeridos, siendo el mínimo dos.

Mejor método de llevar a cabo la invención Ahora, la invención se describirá con base en ejemplos concretos. Estos ejemplos son únicamente para uso ilustrativo y no deben entenderse de forma alguna como limitativos del alcance de la invención. Varias modificaciones pueden ser realizadas por un téenico en la materia y estás deben entenderse como contenidas dentro del alcance de la presente invención.

Ejemplo 1. Uso del dispositivo magnético en tuberías de un solo paso Se ilustra el uso del dispositivo magnético en tuberías de un salo paso, entendiéndose que el agua solamente pasa una vez por el dispositivo. Se ejemplifica el uso en aguas de pozo con diferente grado de dureza como se observa en la siguiente tabla: Una vez realizado el análisis fisicoquímico y el cristal-óptico del agua cruda, se tomaron 9 L de cada tipo de agua y se colocaron en recipientes de vidrio de 10 L de capacidad. A continuación, el agua fue bombeada con una velocidad 1 m/s hacia el dispositivo magnetico que suministraba una intensidad de 4500 Gauss. El tiempo de contacto entre el agua y el dispositivo fue de 0.3 segundos. El efluente se recolectó en otro recipiente de vidrio. Una vez cumplidos 10 min de bombeo, se tomó una muestra de 0.5 L y se le realizaron los análisis fisicoquímicos y cristal-ópticos. Es decir el agua solo tuvo un paso por el dispositivo magnético. Esta operación se realizó para cada tipo de agua.

Los efectos o cambios en las características del agua al pasar una vez por el dispositivo magnético fueron los siguientes: Agua de pozo 1. El análisis cristal-óptico indica que el agua sin tratamiento magnético (agua cruda) presenta una elevada concentración de calcita con un tamaño promedio de 5.8 mieras, (Figura 4A). Después de su paso por el dispositivo se observa la transformación total de la calcita (forma hexagonal) a aragonita (forma ortorrómbica) con un tamaño promedio 4.8 mieras (figura 4B).

También se observa un incremento en el pH de un 8%, disminución de la conductividad eléctrica de un 5% y remoción de dureza del 3%.

Agua de pozo 2. El análisis cristal-óptico indica que el campo magnético modifica la configuración de las partículas existentes en el agua. El agua sin tratamiento, presenta aglomerados de calcita de 4.0 mieras en promedio. Al someterse al tratamiento magnético se observa la separación de las partículas y la reducción del tamaño de la calcita a un tamaño promedio de 2.5 mieras.

También se observa un incremento del pH de un 2%, disminución de la conductividad eléctrica de un 6% y remoción de dureza del 2%.

Agua de pozo 3. El análisis cristal-óptico muestra que el agua sin tratamiento contiene aglomerados o cúmulos de cristales de aragonita de 14.2 mieras de longitud en promedio. El efecto del campo magnético en la cristalización fue evidente. El campo magnético desintegró las aglomeraciones de aragonita en fragmentos de aproximadamente 5 mieras, es decir, disminuyó el tamaño del cristal en un 65%.

También se observa un incremento en el pH de un 2%, disminución de la conductividad eléctrica de un 1 %, remoción de dureza de 1 %.

Ejemplo 2. Uso del dispositivo magnético en un sistema continuo v temperatura de 34°C.

Este experimento ejemplifica el comportamiento del dispositivo magnético en un sistema en continuo que simula la operación de un circuito de enfriamiento. Se realizaron pruebas a nivel laboratorio para analizar el efecto de la intensidad del campo magnético en un agua dura en recirculación. Se evaluó el dispositivo con una intensidad de 4500 Gauss, que se comparó con un blanco (experimento bajo las mismas condiciones pero sin tratamiento magnético).

El dispositivo estuvo formado por imanes de neodimio de dimensiones 4.5 cm de largo, 2 cm de ancho y 1 cm de espesor, colocados en serie con polos opuestos. La distancia entre los ¡manes se fijó de manera que el dispositivo generara un campo magnético en el centro de la tubería de 4500 Gauss. El experimento se realizó a una velocidad de 0.6 m/s.

Una vez realizado el análisis fisicoquímico y cristal-óptico del agua cruda, se colocaron 9L de agua en un recipiente de vidrio de 10L de capacidad, a continuación, el agua fue bombeada hacia el dispositivo magnético a ser evaluado mediante una bomba peristáltica Masterflex y el efluente se retornó al recipiente de vidrio. El circuito estuvo formado por una manguera de 2.7m de largo. El agua se mantuvo a una temperatura de 34°C colocando un calentador automático modelo SGH 180 de la marca Sunny dentro de cada recipiente de vidrio. Esto se realizó con la finalidad de aumentar la tasa de evaporación, aumentar la concentración de la dureza presente en el agua y por lo tanto, favorecer la capacidad incrustante de la misma.

La prueba tuvo una duración de 60 días. Al finalizar la prueba, se tomó muestra de la incrustación que se formó en la resistencia del calentador de agua que se encontraba en cada uno de los recipientes de vidrio de los circuitos experimentales empleados. También se tomó muestra del polvo que se precipitó y quedó en el fondo de los recipientes de vidrio.. A las muestras recolectadas se les realizaron análisis de rayos X, para identificar los compuestos cristalinos presentes. Los porcentajes en peso de las fases cristalinas presentes se calcularon mediante el método Reference Intensity Ratio (RIR), además se tomaron fotografías de microscopía electrónica de barrido.

En la figura 5B, muestra que los cristales que se forman sobre la resistencia corresponden al carbonato de calcio. En esta muestra denominada “resistencia blanco” se identificó calcita (CaCC>3) PDF 05-0586 y solo trazas de aragonita (CaCO3) PDF 41-1475. El porcentaje en peso de calcita y aragonita para esta muestra, calculado por el método RIR es: calcita 99.9% y aragonita 0.1%, respectivamente.

El análisis de difracción de rayos X comprueba que la incrustación que se forma sobre la resistencia con el agua sin tratamiento magnético es calcita. Lo cual se confirma con la microfotog rafia del cristal (figura 5A), donde se observan los cúmulos o aglomerados de este compuesto: En la figura 6B, muestra que los cristales que se forman sobre la resistencia corresponden al carbonato de calcio. En esta muestra denominada “resistencia 4500” se identificó calcita (CaC03) PDF 05-0586 y aragonita (CaC03) PDF 41-1475. El porcentaje en peso de calcita y aragonita para esta muestra, calculado por el método RIR es: calcita 17.7% y aragonita 82%, respectivamente.

El análisis de difracción de rayos X comprueba que el depósito encontrado sobre la resistencia en el experimento donde el agua se somete a un tratamiento magnético es principalmente aragonita. Esto se confirma con la microfotografía del cristal (figura 6A), donde se observan estructuras en forma de aguja que corresponden a este tipo de formación.

En todas las condiciones experimentales analizadas se demuestra que al aplicar un campo magnético a un agua con alta dureza carbonatada, el campo magnético afecta la estructura cristalina del carbonato de calcio transformando los cristales de calcita en aragonita, o disminuyendo el tamaño de los cristales de aragonita o de calcita que existan en el agua.

Los cambios en la estructura cristalina garantizan que la incrustación que llegue a formarse por el agua con tratamiento magnético sea más débil y fácil de remover.

Claims (4)

Reivindicaciones

1. Un dispositivo magnetico para el tratamiento de agua, caracterizado porque comprende: i) un cuerpo hueco de forma alargada constituido por una cubierta de material ferromagnético, ii) una cámara interior magnética formada por al menos dos imanes permanentes en forma de ortoedro espaciados entre sí mediante separadores y formando al menos un canal de tratamiento: en donde los polos de los imanes están orientados de manera que queden en correspondencia alternada de sus polos norte y sur; en donde los imanes se encuentran recubiertos con un material no magnético.

2. El dispositivo magnético de conformidad con la reivindicación 1, en donde el cuerpo hueco de forma alargada es seleccionado entre el grupo de forma prismática, y cilindrica.

3. El dispositivo magnético de conformidad con las reivindicaciones anteriores, en donde el dispositivo puede estar bridado o roscado en sus dos extremos de manera que se puede acoplar fácilmente a tuberías de cualquier material.

4. Un método de tratamiento de agua caracterizado porque comprende la etapa de hacer fluir el agua por el interior del dispositivo de las reivindicaciones 1-3.