WO1998036823A1 - Sistema centrifugo de osmosis inversa - Google Patents

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WO1998036823A1
WO1998036823A1 PCT/ES1998/000035 ES9800035W WO9836823A1 WO 1998036823 A1 WO1998036823 A1 WO 1998036823A1 ES 9800035 W ES9800035 W ES 9800035W WO 9836823 A1 WO9836823 A1 WO 9836823A1
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product
pressure
reverse osmosis
fluid
energy
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PCT/ES1998/000035
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English (en)
French (fr)
Inventor
Francisco Sanchez Sainz
Original Assignee
Geasyt, S.A.
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
    • B01D61/02—Reverse osmosis; Hyperfiltration ; Nanofiltration
    • B01D61/06—Energy recovery
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/16—Rotary, reciprocated or vibrated modules
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • CENTRIFUGE SYSTEM OF REVERSE OSMOSIS WITH OPTIONAL DEVICES OF KINETIC ENERGY OF THE PRODUCT characterized in that the system can incorporate a device for recovery of the kinetic energy of the product or permeate fluid, consisting of a crown of blades on which the product liquid affects the peripheral speed of the rotor, producing forces that, by means of a transmission, contribute to the rotation of the rotor.
  • the present invention relates to a system that simplifies the process of reverse osmosis and reduces the cost of the product, so it will be applicable in the sectors that use this technique.
  • the reverse osmosis process consists in the molecular level filtration of a liquid solution, in which the solvent of the solution is separated by a semipermeable membrane, obtaining a liquid product without salts that crosses the membrane, and a more concentrated solution that is rejected in the membrane.
  • high pressures are required in the feed to the membrane container module to overcome the osmotic pressure and the pressure losses presented by the semipermeable membranes to be traversed by the fluid.
  • rejected fluid Of the feed flow that is pumped at high pressure, only a fraction, called product or permeate fluid, crosses the semipermeable membranes, the remaining flow being rejected, which is called rejected fluid.
  • the pressure drop that occurs in the semipermeable membranes between the feed fluid and the product fluid is high and determines the pumping pressure. On the contrary, the pressure drop in the modules between the supply and the rejection is, comparatively with the previous one, very small.
  • the rejected fluid contains a significant amount of energy that is proportional to the product of its density, its flow rate and its pressure.
  • rejected fluid has a slightly higher density than the feed fluid due to the process that has suffered from solute concentration.
  • the pressure of the rejected fluid is slightly lower than that of the feed due to the reduced pressure loss between the supply and rejection of the membrane container module and the pressure losses of the associated hydraulic system.
  • the rejected flow is an important fraction of the feed flow and varies according to each case, being able to represent between 50% and 95%.
  • the energy of the rejected fluid represents a significant fraction of the energy consumed in the pumping.
  • the fluid rejected in a semipermeable membrane has suffered an increase in concentration and a decrease in flow rate with respect to the feed, so when used as a feed for another membrane, there is a significant decrease in flow rate of -3- product in the second with respect to the first, as well as loss of quality thereof, since the membrane is traversed by a percentage of the salts contained in its feed fluid.
  • a loss of performance occurs in the second membrane since the osmotic pressure increases with concentration.
  • Another recommended system especially for desalination of seawater, consists in the use of hydrostatic pressure by means of pipes of sufficient height or depth, with semipermeable membranes installed at the low point of the pipes, which operate by means of the pressure of the column of fluid they support.
  • the flow of the feed fluid is pumped at low pressure to the membranes, achieving the high pressure required by hydrostatic effect, and returning the rejected fluid to the source level of the driven at low pressure.
  • the product In the case of performing the indicated system with wells, the product must be pumped from the bottom of them.
  • the energy efficiency of this system is high, since only the pumping energy of the product is required plus that of low-pressure pumping for the circulation of the feed water and extraction of the rejected one, which is conditioned by the loss of load of the pipes and its high length.
  • the invention presented is that in a single device, fed at low pressure, the complete process of reverse osmosis is carried out, by generating the high pressure required in the semipermeable membranes, produced by centrifugal force, when rotating the modules which contain semipermeable membranes and feed and rejection pipes around an axis, at a certain speed. Therefore, high-pressure pumping of the feed fluid and the recovery of pressure energy from the rejected fluid are eliminated.
  • the equipment may incorporate devices for recovery of the kinetic energy of the product fluid described below.
  • the system will be housed in a structural, static envelope that will support and container the elements that compose it. Solidarity to this structure will be the inlet pipes of feed and rejection fluids at low pressure, which by means of adequate sealing systems formed by stuffing boxes, mechanical seals and / or retaining rings allow the transfer of fluids with the rotor through a hollow shaft
  • the rotor whose axis is supported by bearings fixed to the structural envelope, is forced to rotate at a certain speed by means of an electric, combustion, hydraulic or turbine motor, fixed to the structural envelope, which can incorporate an electric starting system, gearbox, torque converter, clutch, brake and / or speed control devices.
  • the arrangement of the container modules of the semipermeable membranes and the fluids of feed, rejection and -6- product facilitate the exit of air in a natural way, taking advantage of the gravitational force with the rotor stopped, and the centrifuge when it rotates.
  • the low pressure necessary for system operation is provided by the pre-collection pump and prefilters. Inside the hollow shaft, the feed fluid penetrates the rotor at low pressure, printing its rotation speed, and being projected by the effect of centrifugal force through pipes to the modules containing the semipermeable membranes.
  • the rejected fluid in the semipermeable membranes is conducted to the hollow shaft, in this case overcoming the back pressure generated by the centrifugal force.
  • the pressure Pa is set by the turning radius of the point considered (distance from the axis) r.
  • the density of the fluid gives (affected by slight variations between feed and rejection) and the rotation speed w, according to the relationship:
  • the product or permeate at the exit of the rotor at a distance from the shaft -7- of rotation r. Has a high kinetic energy, its particles being projected outwards tangentially to the circumference of radius r q , with speed w * r., In what constitutes a rotational flow.
  • the kinetic energy of this flow can be recovered, either by converting it into mechanical energy by transferring it to the rotor, or by converting it into pressure energy to be used in transport and / or lifting of the product fluid, or by converting part into energy mechanical and part in pressure.
  • the device for recovering the kinetic energy of the product converting it into mechanical energy consists of a crown of blades on which the flow of the product affects the peripheral speed of the rotor, producing forces that, by means of adequate transmission, contribute to the rotation of the rotor.
  • the device for recovery and conversion of the kinetic energy of the product under pressure is based on the fact that it, at the rotor exit, has a rotational speed field similar to that produced at the outlet of the impeller of a centrifugal pump, which it allows the kinetic energy of the product flow into pressure to be transformed by means of a suitable snail, scroll or spiral envelope. It is also possible to incorporate a mixed recovery system between the two described, consisting in the use of a part of the kinetic energy of the product in mechanical energy through a crown of blades and subsequent transformation of the residual velocity of the product at the exit of the crown of vanes in pressure by means of the indicated envelope similar to that of the centrifugal pumps.
  • the reverse osmosis centrifugal system achieves a high energy saving compared to previous systems as it is not affected by the high-pressure pumping performance of the feed liquid and, where appropriate, the turbine efficiency of recovery of the pressure energy of the rejected fluid.
  • centrifugal system incorporates the complete reverse osmosis process into a single device, which -8- confers characteristics of compactness and integration, eliminating the high pressure pumping and recovery equipment and the pipes between them and the membrane container modules, as well as the high investment and maintenance costs associated with these elements.
  • Another interesting aspect is the ability to adapt the centrifugal system to different feed rates, limited only by the transfer capacity of the pipes and membranes, and the associated load losses, which are not very significant because they are short channel hoists.
  • Another advantage, with respect to leaks is that they are very small in mobile sealing systems for working at low pressure, and therefore with small friction losses, in addition to eliminating internal leaks or slips in high pressure equipment .
  • centrifugal system Likewise, another outstanding aspect of the centrifugal system described, is that the high inertia that the rotor will present will dampen the speed variations, responding slowly to changes in the conditions of pressure, flow and concentration of the feed fluid, and adapting the product flow to these through the self-regulation of the system produced by the slow increase or decrease of its speed.
  • the rotor should not spin dry, without feed and product fluid, as the high centrifugal force could destroy the semipermeable membranes. Faced with this problem, there is the positive effect that, even if the power supply fails, the centrifugal force prevents the modules containing the membranes from being emptied until the rotation speed is very low, which constitutes a self-protection of the system.
  • Another interesting feature, usable for the rotor design is that the high pressure inside the osmotic modules counteracts the negative effect of the deformations that tend to produce -9- on these the centrifugal force.
  • centrifugal system because it is a centrifugal system suitable for high speeds, it allows direct coupling of the shaft to the motor, which results in reasonably reduced dimensions and good overall performance.
  • the presented centrifugal system does not produce water hammers, the pressure and the flow rates are constant, and no check and control valves are required for its operation.
  • the centrifugal system presented has the advantage of allowing a freer design, being able to work with higher flow rates in feeding and rejection at low pressure, which results in the reduction of installation and operating costs, as well as in the improvement of the final quality of the product.
  • centrifugal system presented supposes with respect to the prior art state an energy improvement and / or lower installation and operating costs, as well as a possible gain in the quality of the product. It also eliminates complex independent equipment facilitating maintenance by presenting a simple conception.
  • Figure 1 corresponds to the scheme of a conventional reverse osmosis installation, and has been included in order to facilitate its comparison with the centrifugal system.
  • the fluid collection (1) performed by means of a low pressure pump (2), which drives the liquid on the filters (3), and subsequently to the high pressure pump (4), which provides sufficient pressure to the feed liquid (5) so that in the semipermeable membrane (6) the reverse osmosis process can be carried out obtaining the product or permeate liquid (7) and the rejected liquid (8), which is conducted to the turbine (9), in which it yields its pressure energy, subsequently evacuating (10).
  • Figure 2 corresponds to the scheme of the centrifugal reverse osmosis system presented, and the fluid uptake (1) is represented by the low pressure pump (2) that drives the liquid over the filters (3), and subsequently to the inlet pipe of the feed liquid (12) of the centrifugal system, which passes to the rotor through the hollow shaft (13) from where it is driven by the effect of the centrifugal force through the pipe (14), accessing the module where the semipermeable membrane (15), and where the reverse osmosis process is carried out, obtaining the product or permeate (16), and the rejected liquid that through the canalization (17) is led to the hollow axis (18) from where, through the tubing (19) is evacuated to the outside (20).
  • the reverse osmosis process occurs inside the membrane container module (15) due to the pressure generated by the centrifugal force by rotating the columns of feed liquids (14) and rejection (17) at the appropriate speed around the shaft (21).
  • the supply fluid pipe (14) can be considered to function as a high-pressure pump and that of the rejected liquid (17) as a turbine, both with performances close to the unit.
  • the energy required for the rotor to maintain the speed of speed is supplied by the engine (22) by coupling to the shaft (21).
  • FIG. 3 shows two sections, longitudinal and transverse, of a possible configuration of the centrifugal reverse osmosis system object of the invention, in which for greater ease of -1 1 - understanding the same numbering of common parts as in the previous figures has been maintained.
  • the structural envelope (26) that serves as the base, support and housing of the rest of the system elements has been schematically represented.
  • the rotor rotates supported by the bearings (27), driven by the motor (not shown), coupled to the shaft (21).
  • the feed liquid enters at low pressure through the tubing (12) inside the hollow shaft (13), which rotates inside a gasket or mechanical seal (28) that prevents leaks to the outside, accessing the chamber (29 ), provided with baffles that force the liquid in solidarity with the rotor to rotate, so driven by the effect of centrifugal force, through the pipeline (14), access the modules (30), where the semipermeable membranes (15) are located ), and where the reverse osmosis process is performed, obtaining the product or permeate (16), channeled from the top of the osmotic modules through ducts (32) to ensure that the membrane does not work dry, and the liquid rejected, which through the pipe (17) is led to the chamber (31), and from it, by the hollow shaft (18), which rotates inside a mechanical seal or gasket (28), is expelled to the outside by the pipe of rejected fluid (19).
  • the optional device for the recovery of the kinetic energy of the product for its conversion into mechanical energy formed by a crown of blades (23), on which the product (16) with the peripheral output velocity has also been represented of the rotor, producing forces that tend to rotate the blade crown (23) in the same direction as the rotor, which by means of the transmission (24) contribute to its rotation.
  • the recovery will be maximum when the absolute speed of exit of the fluid through the slit of the crown of blades (32) is zero, and will correspond to a speed of rotation of the crown of approximately half that of the rotor.
  • the transmission (24) is responsible for maintaining the relationship between rotor and blade crown speeds by means of an epicycloidal system that can be solved with gears or simply with sheaves working on suitable raceways.
  • the product falls into the tank (25) from where it is extracted outside through the corresponding tubing (7).
  • the diffuser (35) Through the corresponding tubing (36), the flow of the product under pressure is obtained, and the leaks that may have occurred between the casing (33) and the rotor ring (34) are captured in the tank (25) and extracted outside by the product leakage pipe (37).
  • Figure 5 shows spiral modules, which are formed by two membranes joined together forming a long bag wrapped around a draining tube (38) that captures the permeate liquid inside.
  • a spacer material is arranged between the membranes and around the tube to prevent contact between the membranes and allow the circulation of the fluid to be treated entering through one end of the module, circulating through the spacer, and exiting at the other end as a rejected liquid.
  • the fluid that crosses the membrane circulates throughout the spiral until it is captured in the central drainage tube.
  • FIG. 6 shows hollow fiber modules. These -13- modules are formed by a large number of small membranes, arranged inside so that each one works independently of the others.
  • the feed liquid reaches the inside of the module through a central distributor (39), passing to the area of the membrane package.
  • the liquid that passes through them reaches a support disk that acts as a permeate collector.
  • the rejected liquid comes out from the opposite side, next to the inlet tube.
  • FIG. 7 shows a configuration that allows the use of membranes of the frame plate type, which is very little used in practice.
  • the frame plate membranes (40) are packaged forming a circular crown and separated from each other by a distance material.
  • the feed fluid to be treated circulates perpendicular to the plane of the drawing, crossing the membranes that are connected to the inner ring (42) through the holes (43) made in the container.
  • the rejected liquid exits at the opposite end of the feed inlet.
  • the centrifugal system object of the invention is composed of elements that are available in the market and easily manufactured parts in machining workshops and boilermaking industries.
  • the use of foundry systems and subsequent machining of housing surfaces may be interesting.
  • the costs of preparation of the molds associated with the foundry make it presumable that these systems are used for mass production.
  • the materials to be used will be determined based on the experience and the nature of the fluid to be transported.
  • the centrifugal system object of the invention can be used in reverse osmosis processes in substitution of the high pressure pumping system.
  • centrifugal system is radically different from the traditional ones, it will not be possible to adapt the large existing reverse osmosis plants.
  • the invention allows for a more flexible design, with the ability to transfer higher flow rates, which will result in tight operating, maintenance and installation costs as a smaller amount of semipermeable membranes is required, representing a high percentage of costs, with respect to current systems.
  • the invention allows a very tight installed power, with a lower installation cost than that of existing equipment.
  • the centrifugal system object of the invention has very few very simple and robust parts. With the wear concentrated on the sealing elements and bearings, and the only limitation of the useful life of semipermeable membranes, a low cost of operation and maintenance is presumed.
  • centrifugal reverse osmosis system is therefore capable of industrial application in those fields where laosmosis is used -1 5- Inverse, in processes of concentration of solutions or separation of salts of a solvent, obtaining pure and ultrapure water, softening of hard waters, water purification and especially in the desalination of seawater.

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Abstract

Sistema centrifugo de osmosis inversa con dispositivos opcionales de recuperación de la energía cinética del producto, cuyo objeto es el ahorro energético y la reducción del coste de producto en procesos de osmosis inversa que, a partir del caudal del fluido de alimentación a baja presión, y mediante la presión creada por la fuerza centrífuga en el módulo contenedor de la membrana semipermeable al girar alrededor del eje, consigue un caudal de producto o permeado, evacuándose el fluido rechazado a baja presión. Opcionalmente, la energía cinética del producto o permeado se puede recuperar mediante un dispositivo formado por una corona de álabes y una transmisión, transformándola en energía mecánica, y/o recuperarse en forma de presión mediante un dispositivo formado por una envolvente espiral capaz de captar el flujo rotacional del producto.

Description

R E ¿ V I N D I C A C I O N E S
1.- SISTEMA CENTRIFUGO DE OSMOSIS INVERSA CON DISPOSITIVOS OPCIONALES DE RECUPERACIÓN DE LA ENERGÍA CINÉTICA DEL PRODUCTO, cuya finalidad es el ahorro energético y la reducción del coste de producto en procesos de osmosis inversa, con respecto a técnicas anteriores, caracterizado por que las membranas semipermeables, situadas en el interior de sus contenedores, se hacen girar a una determinada velocidad, para que por efecto de la fuerza centrifuga, aplicada sobre las columnas de fluidos de alimentación y rechazo, se genere la presión necesaria para producir el proceso de osmosis inversa.
2.- SISTEMA CENTRIFUGO DE OSMOSIS INVERSA CON DISPOSITIVOS OPCIONALES DE RECUPERACIÓN DE LA ENERGÍA CINÉTICA DEL PRODUCTO, según reivindicación 1, que se caracteriza por estar alimentado con líquido a baja presión, y no necesita bomba de alta presión exterior o incorporada.
3.- SISTEMA CENTRIFUGO DE OSMOSIS INVERSA CON DISPOSITIVOS OPCIONALES DE RECUPERACIÓN DE LA ENERGÍA CINÉTICA DEL PRODUCTO, según reivindicación 1, caracterizado por que el liquido rechazado sale del equipo sin prácticamente energía de presión, que se ha aprovechado íntegramente, no necesitando dispositivo para mantenimiento de alta presión, ni turbina de recuperación de energía de presión del fluido rechazado.
4.- SISTEMA CENTRIFUGO DE OSMOSIS INVERSA CON DISPOSITIVOS OPCIONALES DE RECUPERACIÓN DE LA ENERGÍA CINÉTICA DEL PRODUCTO, según reivindicación 1, caracterizado por que la disposición de los elementos del sistema: conducciones de los fluidos de alimentación, rechazo y producto, y módulos que incorporan las membranas semipermeables, con respecto al eje de giro, aprovecha el efecto de que la presión diferencial es prácticamente constante entre ambos lados de las membranas, solo afectadas por las diferencias de densidad de los líquidos, permitiendo el funcionamiento de la totalidad del volumen de las membranas en condiciones de diseño. -17-
5.- SISTEMA CENTRIFUGO DE OSMOSIS INVERSA CON DISPOSITIVOS OPCIONALES DE RECUPERACIÓN DE LA ENERGÍA CINÉTICA DEL PRODUCTO, según reivindicación 1, caracterizado por que el sistema admite todo tipo de membranas semipermeables, con configuración de arrollamiento en espiral, diseños tubulares, de placa marco y de fibra hueca, así como aquellas que se construyan con forma de corona para ser centrifugadas al girar alrededor de su eje central.
6.- SISTEMA CENTRIFUGO DE OSMOSIS INVERSA CON DISPOSITIVOS OPCIONALES DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA CINÉTICA DEL PRODUCTO, según reivindicación 1, caracterizado por que el sistema puede incorporar un dispositivo para recuperación de la energía cinética del fluido producto o permeado, consistente en una corona de alabes sobre los que incide el líquido producto con la velocidad periférica de salida del rotor, produciendo fuerzas que, mediante una transmisión, contribuyen al gi ro del rotor.
7.- SISTEMA CENTRIFUGO DE OSMOSIS INVERSA CON DISPOSITIVOS OPCIONALES DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA CINÉTICA DEL PRODUCTO, según reivindicación 1, caracterizado por que el sistema puede incorporar un dispositivo para recuperación de la energía cinética del fluido producto, basado en que éste, a la salida del rotor, presenta un campo de velocidades rotacional, similar al que se produce a la salida del rodete de una bomba centrífuga, lo que permite, mediante la adecuada envolvente en forma de caracol, voluta o espiral, transformar la energía cinética del caudal de producto en presión.
8.- SISTEMA CENTRIFUGO DE OSMOSIS INVERSA CON DISPOSITIVOS OPCIONALES DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA CINÉTICA DEL PRODUCTO, según reivindicación 1, caracterizado por que el sistema puede incorporar dos dispositivos de recuperación de la energía cinética del producto, el primero consistente en una corona de alabes que transforma parcialmente la energía disponible en energía mecánica y la cede al rotor, y el segundo, mediante la adecuada envolvente en forma de espiral transforma la energía residual del producto en presión. -1 - D E S C R I P C I 0 N
TITULO DE LA INVENCIÓN
SISTEMA CENTRIFUGO DE OSMOSIS INVERSA
SECTORES DE LA TÉCNICA
La presente invención se refiere a un sistema que simplifica el proceso de osmosis inversa y reduce el coste de producto, por lo que será de aplicación en los sectores que utilizan esta técnica.
Los sectores de aplicación son la industria en general, donde se utilizan sistemas de osmosis inversa en procesos de concentración de disoluciones o separación de sales de un disolvente, obtención de agua pura y ultrapura para la industria química, farmacéutica o en la fabricación de semiconductores.
Asimismo, será de aplicación en el ablandamiento de aguas duras, potabilización de agua y especialmente en la desal inización de agua de mar por osmosis inversa.
ESTADO DE LA TÉCNICA
El proceso de osmosis inversa consiste en la filtración a nivel molecular de una disolución líquida, en la que se separa mediante una membrana semipermeable el disolvente de la disolución, obteniéndose un líquido producto sin sales que atraviesa la membrana, y una disolución más concentrada que es rechazada en la membrana. En los procesos de osmosis inversa se requieren presiones elevadas en la alimentación al módulo contenedor de las membranas para vencer la presión osmótica y las pérdidas de carga que presentan las membranas semipermeables a ser atravesadas por el fluido.
Del caudal de alimentación que se bombea a alta presión, solo una fracción, denominada fluido producto o permeado, atraviesa las membranas semipermeables, siendo rechazado el caudal restante, que se denomina fluido rechazado.
HOJA DE SUSTITUCIÓN (REGLA 26) -2-
La caída de presión que se produce en las membranas semipermeables entre el fluido de alimentación y el fluido producto es elevada y condiciona la presión de bombeo. Por el contrario, la caída de presión en los módulos entre la alimentación y el rechazo es, comparativamente con la anterior, muy reducida.
Por lo tanto, el fluido rechazado contiene una cantidad de energía significativa que es proporcional al producto de su densidad, por su caudal y por su presión.
Es de destacar que el fluido rechazado presenta una densidad ligeramente superior a la del fluido de alimentación por el proceso que ha sufrido de concentración de soluto.
Asimismo, la presión del fluido rechazado es ligeramente inferior a la de alimentación por la reducida pérdida de carga que presenta entre alimentación y rechazo el módulo contenedor de la membrana y las pérdidas de carga del sistema hidráulico asociado.
Por otra parte, el caudal rechazado es una fracción importante del caudal de alimentación y varía según cada caso, pudiendo representar entre el 50% y el 95%.
Por lo tanto, la energía del fluido rechazado representa una fracción importante de la energía consumida en el bombeo.
Con el objetivo de disminuir pérdidas se realizan diseños en los que, o se reduce el caudal de fluido rechazado, o se aprovecha su energía mediante el empleo de diversos dispositivos. Ambos sistemas no son incompatibles entre si, pudiendo encontrarse aplicaciones en las que coexisten.
Exponemos a continuación el sistema consistente en la disminución de las pérdidas del fluido rechazado mediante la reducción de su caudal, de empleo en grandes plantas de desal inización, en el que se hace circular el fluido de alimentación por varias membranas semipermeables en serie. Estos diseños presentan un elevado coste de instalación y explotación debido a la necesidad de una elevada cantidad de membranas semipermeables y elevados requerimientos de estas, así como pérdida de calidad final del producto, según se explica a continuación.
En efecto, el fluido rechazado en una membrana semipermeable, ha sufrido un incremento de concentración y una disminución de caudal con respecto al de alimentación, por lo que al utilizarlo como alimentación de otra membrana, se produce una disminución significativa de caudal de -3- producto en la segunda con respecto a la primera, así como pérdida de calidad del mismo, ya que la membrana es atravesada por un porcentaje de las sales contenidas en su fluido de alimentación. Además, en la segunda membrana se produce una pérdida de rendimiento ya que la presión osmótica aumenta con la concentración.
Es obvio que para mantener un determinado caudal global de producto, a menor caudal medio de producto por membrana, serán necesarias mas membranas.
Para dar una idea de lo que supone este diseño, indicaremos como ejemplo, que en las modernas plantas industriales desal i ni zadoras de agua de mar es habitual la disposición de seis membranas en serie, obteniéndose en la última membrana un caudal de producto de aproximadamente el 50% del producido en la primera, y una concentración de sales en el producto de la sexta de aproximadamente el 300% del obtenido en la primera. Para conseguir una calidad aceptable del producto final es necesaria la instalación de membranas con elevados requisitos de rechazo, que, además de representar un mayor coste de instalación y explotación debido a la necesaria reposición cuando se agota su vida útil, presentan una recuperación de producto muy inferior a las membranas de requisitos de rechazo normales. Como cifras orientativas, y referido al caso de desal inización de agua de mar, podemos indicar que, en condiciones nominales, una membrana típica de alto rechazo de sales (99,4%) puede presentar un caudal de producto un 34% inferior a su equivalente de rechazo normal (99,1%). Hasta aquí se ha expuesto una forma de abordar el problema de reducción de la energía del fluido rechazado mediante la disminución de su caudal, a costa de aumentar los gastos de instalación (elevada cantidad de membranas de altos requerimientos), explotación (reposición de las mismas), y disminución de la calidad del producto final (mayor concentración de sales). Lógicamente, las desventajas enumeradas se compensan con un menor gasto energético, lo que da una idea de la importancia del mismo.
Por otra parte, se han desarrollado y preconizado otros sistemas consistentes en el aprovechamiento o recuperación de la energía contenida en el fluido rechazado. En este sentido, cabe destacar la utilización de turbinas hidráulicas accionadas por el fluido de rechazo que producen energía que se aprovecha en los equipos de bombeo, bien mediante el acoplamiento de los ejes bomba- -4- turbina, o mediante la generación eléctrica en generador acoplado a la turbina y aprovechamiento de esta energía para el bombeo.
Hay que señalar que en este sistema el rendimiento global está afectado por el rendimiento del bombeo del fluido de alimentación, cuyas pérdidas eléctricas, mecánicas e hidráulicas, ya no se pueden recuperar, y del rendimiento de la turbina, que permite recuperar solo una fracción de la energía contenida en el caudal del fluido rechazado, por lo que, además de suponer un elevado coste de instalación, que solo es interesante en grandes instalaciones, presenta un bajo rendimiento global, ya que se producen pérdidas acumulativas en la sucesivas transformaciones.
Se han preconizado otros sistemas para la recuperación de la energía contenida en el fluido de rechazo, consistente en cilindros con émbolos de secciones distintas de simple y/o doble efecto, que actúan en cámaras, utilizando la presión del fluido rechazado para accionar el émbolo que impulsa el fluido de alimentación. Estos sistemas, aunque de rendimiento teórico superior al de bomba-turbina, presentan los inconvenientes asociados a las máquinas hidráulicas alternativas para funcionamiento con fluidos incompresibles: velocidades muy limitadas, golpes de ariete, presiones y caudales pulsatorios (se anulan en los finales de carrera de los émbolos o pistones), y complejos sistemas de válvulas para el llenado y vaciado alternativo de las cámaras hidráulicas.
Otro sistema preconizado, especialmente para desal inización de agua de mar, consiste en el aprovechamiento de la presión hidrostática mediante conducciones de suficiente altura o profundidad, con membranas semipermeables instaladas en el punto bajo de las conducciones, que funcionan mediante la presión de la columna de fluido que soportan. El caudal del fluido de alimentación es bombeado a baja presión hacia las membranas, consiguiéndose la elevada presión necesaria por efecto hidrostático, y volviendo el fluido rechazado al nivel de origen del impulsado a baja presión. En el caso de realizar el sistema indicado con pozos, el producto debe ser bombeado desde el fondo de los mismos. El rendimiento energético de este sistema es elevado, ya que solo se requiere la energía de bombeo del producto mas la de bombeo a baja presión para circulación del agua de alimentación y extracción de la rechazada, que está condicionada por la pérdida de carga de las canalizaciones y su elevada longitud.
No obstante, las profundidades requeridas (entre 500 m y 700 m), -5- suponen un elevado coste de instalación, y los problemas asociados de filtraciones, ventilación y mantenimiento de una planta a estas profundidades, ha dificultado su desarrollo en la práctica.
En todos los casos citados hay una parte muy importante de la instalación de la planta que se encuentra a alta presión (entre 5,5 y 7,0 MPa en el caso de desal inización de agua de mar), lo que supone un elevado coste de canalizaciones, válvulas y equipos (bombas y en su caso turbinas).
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención que se presenta consiste en que en un único equipo, alimentado a baja presión, se realiza el proceso completo de osmosis inversa, mediante la generación de la elevada presión requerida en las membranas semipermeables, producida por la fuerza centrífuga, al girar los módulos que contienen las membranas semipermeables y las canalizaciones de alimentación y rechazo alrededor de un eje, a determinada velocidad. Por lo tanto se eliminan el bombeo a alta presión del fluido de alimentación y la recuperación de energía de presión del fluido rechazado.
Opcionalmente, el equipo puede incorporar dispositivos para recuperación de la energía cinética del fluido producto que se describen más adelante.
El sistema se encontrará alojado en una envolvente estructural, estática que servirá de soporte y contenedor de los elementos que lo componen. Solidarias a esta estructura se encontrarán las tubuladuras de entrada de fluidos de alimentación y rechazo a baja presión, que mediante los adecuados sistemas de estanqueidad formados por prensaestopas, cierres mecánicos y/o anillos de retención permiten el trasiego de fluidos con el rotor a través de un eje hueco. El rotor, cuyo eje se encuentra apoyado en cojinetes fijos a la envolvente estructural, es obligado a girar a una determinada velocidad mediante un motor eléctrico, de combustión, hidráulico o turbina, fijo a la envolvente estructural , que puede incorporar sistema eléctrico de arranque, caja de cambios, convertidor de par, embrague, freno y/o dispositivos de control de velocidad.
La disposición de los módulos contenedores de las membranas semipermeables y las canalizaciones de fluidos de alimentación, rechazo y -6- producto, facilitan la salida de aire de forma natural, aprovechando la fuerza gravitatoria con el rotor parado, y la centrífuga cuando este gira. La baja presión necesaria para el funcionamiento del sistema se proporciona mediante la bomba de captación y filtrados previos. Por el interior del eje hueco, el fluido de alimentación penetra a baja presión al rotor, imprimiéndole esté su velocidad de rotación, y siendo proyectado por efecto de la fuerza centrífuga mediante canalizaciones a los módulos que contienen las membranas semipermeables.
El fluido rechazado en las membranas semipermeables es conducido al eje hueco, en este caso venciendo la contrapresión que genera la fuerza centrífuga.
En cualquier punto P del lado de alta presión de las membranas semipermeables, la presión Pa queda fijada por el radio de giro del punto considerado (distancia al eje) r., la densidad del fluido da (afectada por ligeras variaciones entre alimentación y rechazo) y la velocidad de rotación w, según la relación:
Pa = 1/2 * da * 2 * rp 2 Asimismo, si la evacuación del fluido producto o permeado se conduce hasta un punto Q cuyo radio de giro . es coincidente con el radio de giro interior de las membranas, en el mismo punto P del lado de baja presión de las membranas semipermeables, la presión depende de los radios de giro indicados, la densidad del líquido producto db y la velocidad de rotación w según la relación:
Pb = 1/2 * db * w2 *(rp 2-rq 2) La presión diferencial entre el lado de alta y el de baja presión en el punto P de la membrana es:
Pa - Pb = 1/2 * 2 *[da * rp z - db *(rp 2-r.2)] Si suponemos, como se produce en la práctica, que las densidades de los fluidos de alimentación, rechazo y producto son similares, y de valor medio d, la presión diferencial en el punto P de la membrana semipermeable entre el lado de alta y el de baja presión es:
Pa - Pb = 1/2 * w2 *[d * rp 2 - d *(rp 2-r.2)] = 1/2 * w2* d * rq 2
Esta ecuación indica que la presión diferencial se mantiene prácticamente constante en todo el volumen de las membranas para cualquier punto P de estas, por lo que se puede asimilar su funcionamiento y rendimiento al que presentarían en condiciones estáticas.
El producto o permeado a la salida del rotor a una distancia del eje -7- de giro r., tiene una energía cinética elevada, siendo proyectadas sus partículas hacia el exterior tangencialmente a la circunferencia de radio rq, con velocidad w*r., en lo que constituye un flujo rotacional.
La energía cinética de este flujo se puede recuperar, bien mediante su conversión en energía mecánica cediéndola al rotor, bien mediante su conversión en energía de presión para ser utilizada en transporte y/o elevación del fluido producto, o bien mediante conversión de parte en energía mecánica y parte en presión.
El dispositivo para recuperación de la energía cinética del producto convirtiéndola en energía mecánica consiste en una corona de alabes sobre los que incide el flujo de producto con la velocidad periférica de salida del rotor, produciendo fuerzas que, mediante la adecuada transmisión, contribuyen al giro del rotor.
El dispositivo para recuperación y conversión de la energía cinética del producto en presión, está basado en que éste, a la salida del rotor, presenta un campo de velocidades rotacional similar al que se produce a la salida del rodete de un bomba centrífuga, lo que permite mediante la adecuada envolvente en forma de caracol, voluta o espiral, transformar la energía cinética del caudal de producto en presión. Cabe también la posibilidad de incorporar un sistema de recuperación mixto entre los dos descritos, consistente en el aprovechamiento de una parte de la energía cinética del producto en energía mecánica mediante una corona de alabes y posterior transformación de la velocidad residual del producto a la salida de la corona de alabes en presión mediante la envolvente indicada semejante a la de las bombas centrífugas.
La incorporación o no de estos dispositivos de recuperación, que es optativa, dependerá del análisis económico de cada aplicación.
A continuación se indican las características más destacables y ventajas que el sistema centrífugo de osmosis inversa descrito presenta con respecto a técnicas anteriores.
El aspecto más interesante es que el sistema centrífugo de osmosis inversa consigue un elevado ahorro energético con respecto a sistemas anteriores al no estar afectado por los rendimientos de bombeo a alta presión de líquido de alimentación y, en su caso, del rendimiento de la turbina de recuperación de la energía de presión del fluido rechazado.
En segundo lugar se destaca que el sistema centrífugo que se presenta incorpora en un único equipo el proceso completo de osmosis inversa, lo que -8- le confiere características de compacidad e integración, quedando eliminados los equipos de bombeo y recuperación de alta presión y las canalizaciones entre ellos y los módulos contenedores de la membrana, así como los elevados costes de inversión y mantenimiento asociados a estos elementos. Otro aspecto interesante es la capacidad de adaptación del sistema centrífugo a distintos caudales de alimentación, limitada solo por la capacidad de trasiego de las canalizaciones y membranas, y las pérdidas de carga asociadas, que son poco significativas por tratarse de cortas canal izaciones. Otra ventaja, con respecto a las fugas, es que son muy reducidas en los sistemas de estanqueidad móviles por trabajar a baja presión, y por lo tanto con pequeñas pérdidas por rozamiento, además de eliminarse las fugas o deslizamientos internos en los equipos de alta presión.
Una de las características más importantes es que el efecto de compensación de presiones entre el lado de alta y baja presión de las membranas, producido por la disposición de los elementos del sistema centrífugo que se presenta, posibilita la utilización de todo tipo de membranas, con configuración de enrollamiento en espiral, diseños tubulares, de placa marco, fibra hueca, así como aquellas que se construyan especialmente para ser utilizadas por este sistema, con forma de corona circular, para ser centrifugadas al girar alrededor de su eje central.
Asimismo, otro aspecto destacable del sistema centrífugo que se describe, lo constituye que la elevada inercia que presentará el rotor amortiguará las variaciones de velocidad, respondiendo éste con lentitud ante modificaciones de las condiciones de presión, caudal y concentración del fluido de alimentación, y adaptando el caudal de producto a estas mediante la autorregulación del sistema producida por el aumento o disminución lenta de su velocidad.
Hay que señalar que el rotor no debe girar en seco, sin fluido de alimentación y producto, pues la elevada fuerza centrífuga podría destruir las membranas semipermeables. Frente a este inconveniente existe el efecto positivo que, aunque falle la alimentación, la fuerza centrífuga impide que se vacien los módulos que contienen las membranas hasta que la velocidad de rotación es muy reducida, lo que constituye una autoprotección del sistema. Otra característica interesante, aprovechable para el diseño del rotor es que la elevada presión en el interior de los módulos osmóticos contrarresta el efecto negativo de las deformaciones que tiende a producir -9- sobre éstos la fuerza centrífuga.
Asimismo, por constituir un sistema centrífugo apto para velocidades elevadas, permite el acoplamiento directo del eje al motor, lo que redunda en dimensiones razonablemente reducidas y buen rendimiento global. Por otra parte, cabe destacar la ventaja, con respecto a sistemas de bombeo alternativos, que el sistema centrífugo presentado no produce golpes de ariete, la presión y los caudales son constantes, y no se necesitan válvulas de retención y control para su funcionamiento. Con respecto a los sistemas de osmosis inversa en los que se disminuye la energía del fluido rechazado mediante la reducción de su caudal a costa de un mayor número de membranas semipermeables en serie con elevados requisitos de rechazo y aceptación de una menor calidad del producto final, el sistema centrífugo presentado tiene la ventaja de permitir un diseño más libre, pudiendo trabajar con caudales mayores en alimentación y rechazo a baja presión, lo que redunda en la reducción de los costes de instalación y explotación, así como en la mejora de la calidad final del producto.
Por lo tanto, el sistema centrífugo que se presenta, supone con respecto al estado de la técnica anterior una mejora energética y/o menores costes de instalación y de explotación, así como una posible ganancia en la calidad del producto. Asimismo, elimina complejos equipos independientes facilitando el mantenimiento al presentar una concepción simple.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción se presentan cuatro hojas de planos, en las que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura 1 corresponde al esquema de una instalación de osmosis inversa convencional, y se ha incluido con objeto de facilitar su comparación con el sistema centrífugo. En este esquema se ha representado la captación de fluido (1), realizada mediante una bomba de baja presión (2), que impulsa el líquido sobre los filtros (3), y posteriormente a la bomba de alta presión (4), que proporciona la presión suficiente al líquido de alimentación (5) para que en la membrana semipermeable (6) pueda realizarse el proceso de osmosis inversa obteniendo el líquido producto o permeado (7) y el líquido rechazado (8), el cual se conduce a la turbina (9), en la que cede su energía de presión, evacuándose posteriormente (10). -10-
En este esquema, el eje de la bomba de alta presión (4) y de la turbina (9) se encuentran acoplados, por lo que el motor (11) solo tendrá que suministrar la diferencia entre la energía demandada en la bomba (4) y la recuperada en la turbina (9). En instalaciones más simplificadas, en vez de la turbina se instala un dispositivo capaz de mantener la presión del fluido rechazado (8) destruyendo su energía que, obviamente, no puede recuperarse. La figura 2 corresponde al esquema del sistema centrífugo de osmosis inversa que se presenta, y se ha representado la captación del fluido (1) mediante la bomba de baja presión (2) que impulsa al líquido sobre los filtros (3), y posteriormente a la tubuladura de entrada del líquido de alimentación (12) del sistema centrífugo, que pasa al rotor por el eje hueco (13) desde donde es impulsado por efecto de la fuerza centrífuga mediante la canalización (14), accediendo al módulo donde se encuentra la membrana semipermeable (15), y donde se realiza el proceso de osmosis inversa, obteniéndose el producto o permeado (16), y el líquido rechazado que mediante la canalización (17) es conducido hacia el eje hueco (18) desde donde, mediante la tubuladura (19) se evacúa al exterior (20).
El proceso de osmosis inversa se produce en el interior del módulo contenedor de la membrana (15) debido a la presión que genera la fuerza centrífuga al girar las columnas de líquidos de alimentación (14) y rechazo (17) a la velocidad adecuada alrededor del eje (21).
En este sentido puede considerarse que la canalización de fluido de alimentación (14) funciona como bomba de alta presión y la del líquido rechazado (17) como turbina, ambas con rendimientos próximos a la unidad. La energía necesaria para que el rotor mantenga la velocidad de régimen la suministra el motor (22) mediante su acoplamiento al eje (21).
Para aprovechar la energía cinética del fluido producto se ha representado esquemáticamente un dispositivo que es opcional, formado por una corona de alabes (23) sobre los que incide el fluido producto (16) con la velocidad periférica de salida, produciendo fuerzas que, mediante la adecuada transmisión (24), contribuyen al giro del rotor alrededor de su eje (21).
Finalmente, el fluido producto cae, sin energía, a la cuba (25) desde donde se evacúa al exterior (7). En la figura 3 se han representado dos secciones, longitudinal y transversal, de una posible configuración del sistema centrífugo de osmosis inversa objeto de la invención, en la que para mayor facilidad de -1 1 - comprensión se ha mantenido la misma numeración de partes comunes que en las figuras anteriores. Se ha representado esquemáticamente la envolvente estructural (26) que sirve de base, soporte y alojamiento del resto de elementos de sistema. El rotor gira apoyado en los cojinetes o rodamientos (27), impulsado por el motor (no representado), acoplado al eje (21). El líquido de alimentación entra a baja presión por la tubuladura (12) al interior del eje hueco (13), que gira en el interior de una empaquetadura o cierre mecánico (28) que impide las fugas al exterior, accediendo a la cámara (29), provista de deflectores que obligan a girar al líquido solidario con el rotor, por lo que impulsado por efecto de la fuerza centrífuga, mediante la canalización (14), accede a los módulos (30), donde se encuentran las membranas semipermeables (15), y donde se realiza el proceso de osmosis inversa, obteniéndose el producto o permeado (16), canalizado desde la parte superior de los módulos osmóticos por conductos (32) para garantizar que la membrana no trabaje en seco, y el líquido rechazado, que mediante la canalización (17) es conducido a la cámara (31), y de ésta, por el eje hueco (18), que gira en el interior de un cierre mecánico o empaquetadura (28), se expulsa al exterior por la tubuladura de fluido rechazado (19). En esta figura se ha representado también el dispositivo opcional de recuperación de la energía cinética del producto para su conversión en energía mecánica, formado por una corona de alabes (23), sobre los que incide el producto (16) con la velocidad periférica de salida del rotor, produciendo fuerzas que tienden a girar la corona de alabes (23) en el mismo sentido que el rotor, que mediante la transmisión (24) contribuyen al giro de éste. La recuperación será máxima cuando la velocidad absoluta de salida del fluido por la rendija de la corona de alabes (32) sea nula, y corresponderá a una velocidad de giro de la corona de aproximadamente la mitad que la del rotor. En el caso representado, la transmisión (24) se encarga de mantener la relación entre velocidades del rotor y de la corona de alabes mediante un sistema epicicloidal que puede resolverse con engranajes o, simplemente con roldanas que trabajan sobre caminos de rodadura adecuados.
A la corona de alabes se le ha dado forma convergente hacia la salida para disminuir el efecto de ventilador centrífugo que pudiera producirse y evitar en lo posible el fraccionamiento y dispersión de las gotas de producto en el aire. -1 2-
El producto cae a la cuba (25) desde donde se extrae al exterior por la correspondiente tubuladura (7).
Hay que indicar que la dimensiones relativas entre los distintos elementos así como el número de membranas, alabes representados o satélites del sistema epicicloidal podrán variar para cada sistema centrífugo, en función de los requerimientos particulares, por lo que no tienen carácter
1 imitativo.
En la figura 4 se han representado dos secciones del dispositivo opcional de recuperación de energía cinética del producto para su transformación en presión.
En esta figura se indica una parte del rotor que sería igual al de la figura anterior y el dispositivo mencionado de recuperación, que consiste en una envolvente con forma de espiral o caracol (33), que rodea el anillo
(34) por el que sale el producto (16) con la velocidad tangencial correspondiente.
La forma de la envolvente (33), que es semejante a la de una bomba centrífuga, decelera el flujo de producto y lo ordena finalmente en el difusor (35), transformando la energía cinética en presión. Por la correspondiente tubuladura (36) se obtiene el caudal de producto a presión, y las fugas que se hayan podido producir entre envolvente (33) y anillo del rotor (34) se captan en la cuba (25) y se extraen al exterior mediante la canalización fugas de producto (37).
En las figuras 5, 6 y 7 se han representado esquemáticamente distintas configuraciones de módulos contenedores de membranas semipermeables comerciales que permiten su utilización por el sistema centrífugo de osmosis inversa.
€n la figura 5 se representan módulos en espiral, que están formados por dos membranas unidas entre sí formando una larga bolsa enrollada alrededor de un tubo drenante (38) que capta en su interior el líquido permeado. Entre las membranas y alrededor del tubo se dispone un material espaciador para evitar el contacto entre las membranas y permitir la circulación del fluido a tratar que entra por un extremo de módulo, circulando por el espaciador, y sale por el otro extremo como líquido rechazado. El fluido que atraviesa la membrana circula por toda la espiral hasta captarse en el tubo drenante central .
En la figura 6 se han representado módulos de fibra hueca. Estos -13- módulos están formados por gran cantidad de pequeñas membranas, dispuestas en su interior de tal forma que cada una trabaja independientemente de las demás. El líquido de alimentación llega al interior del módulo por un distribuidor central (39), pasando a la zona del paquete de membranas. El líquido que las atraviese llega a un disco soporte que actúa como recolector de permeado. El líquido rechazado sale por la parte opuesta, junto al tubo de entrada.
En la figura 7 se representa una configuración que posibilita la utilización de membranas de tipo placa marco, de muy escaso uso en la práctica. En esta figura, las membranas de placa marco (40), se empaquetan formando una corona circular y separadas una de otra por un material distanciador. El fluido de alimentación a tratar circula en sentido perpendicular al plano del dibujo, atravesando las membranas que están conectadas al anillo interior (42) a través de los orificios (43) practicados en el contenedor. El líquido rechazado sale por el extremo opuesto al de entrada de la alimentación.
MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
El sistema centrífugo objeto de la invención está compuesto por elementos que se encuentran disponibles en el mercado y piezas fácilmente fabricables en talleres de mecanizado e industrias de calderería.
Los elementos directamente su inistrables por fabricantes especializados son: motores, acoplamientos, rodamientos o cojinetes, sistemas de estanqueidad formados por prensaestopas, cierres mecánicos y anillos de retención, tornillería varia y membranas semipermeables.
Respecto a las piezas especiales se obtienen partiendo de posibles tubos comerciales, barras macizas, bridas y planchas, y mediante las adecuadas operaciones de soldadura y mecanizado habituales en la industria de calderería.
Para determinadas piezas puede ser interesante el empleo de sistemas de fundición y posterior mecanizado de las superficies de alojamiento. Los costes de preparación de los moldes asociado a la fundición hacen presumible que estos sistemas se empleen para la fabricación en serie. Los materiales a emplear se determinarán en función de la experiencia y de la naturaleza del fluido a transportar.
Como caso singular, cabe señalar que los requisitos de resistencia y -14- bajo peso del rotor pueden resolverse con materiales compuestos de resinas de poliester, epoxi reforzados con fibras de vidrio, carbono, boro, etc.. Este tipo de materiales se utilizan frecuentemente en la fabricación de embarcaciones, depósitos y tuberías.
Por lo tanto, los procesos de fabricación que requiere el sistema centrífugo que se presenta son los habitualmente empleados en la fabricación de equipos y máquinas.
APLICACIÓN INDUSTRIAL
El sistema centrífugo objeto de la invención puede utilizarse en procesos de osmosis inversa en sustitución del sistema de bombeo de alta presión.
Debido a que el sistema centrífugo es radicalmente diferente de los tradicionales, no será posible la adaptación de las grandes plantas existentes de osmosis inversa.
Por el contrario, en futuras instalaciones de osmosis inversa, la invención permite un diseño mas flexible, con capacidad de trasiego de mayores caudales, lo que redundará en ajustados costes de explotación, mantenimiento e instalación al requerirse menor cantidad de membranas semipermeables que representan un alto porcentaje de los costes, con respecto a los sistemas actuales.
Por otra parte, en instalaciones de mediano y pequeño tamaño, actualmente se están comercializando sistemas de tipo doméstico, la invención permite una potencia instalada muy ajustada, con un coste de instalación menor que el de los equipos existentes.
Hay que indicar que la gran simplicidad de la invención frente a las bombas de alta presión convencionales permitirá un ahorro de instalación, que se vería incrementado ante la presencia de turbinas de recuperación de energía.
Respecto al mantenimiento, el sistema centrífugo objeto de la invención presenta muy pocas piezas de gran simplicidad y robustas. Con el desgaste concentrado en los elementos de estanqueidad y rodamientos, y la única limitación de la vida útil de las membranas semipermeables, es presumible un bajo coste de explotación y mantenimiento.
El sistema centrífugo de osmosis inversa es por lo tanto, susceptible de aplicación industrial en aquellos campos en los que se utiliza laosmosis -1 5- inversa, en procesos de concentración de disoluciones o separación de sales de un disolvente, obtención de agua pura y ultrapura, ablandamiento de aguas duras, potabilización del agua y especialmente en la desal inización de agua de mar.
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Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2326024A1 (es) * 2009-05-05 2009-09-28 Universidad Politecnica De Madrid Procedimiento e instalacion para el tratamiento de liquidos por osmosis inversa.
WO2010072249A1 (en) * 2008-12-22 2010-07-01 Fredrick Marelius A filtering device and a method of filtering a fluid
CN102650350A (zh) * 2012-06-01 2012-08-29 浙江沁园水处理科技有限公司 一种超滤流量定时自动机械冲洗阀装置
US9573098B2 (en) 2011-02-08 2017-02-21 Universidad Autonoma De Yucatan Filter and method for the desalination of water by means of reverse osmosis of the centrifugal type, involving the generation of dean vortices
US10689270B2 (en) 2018-07-12 2020-06-23 Centrifugal Solutions Llc Centrifugal reverse osmosis system
WO2020252192A1 (en) * 2019-06-11 2020-12-17 Eden Technologies, LLC Reverse osmosis centrifuge
WO2021071435A1 (en) * 2019-10-10 2021-04-15 Nanyang Technological University Reverse osmosis apparatus and method thereof
WO2023158503A1 (en) * 2022-02-18 2023-08-24 Eden Technologies, Inc. Reverse osmosis centrifuge
US11772047B2 (en) 2019-06-11 2023-10-03 Eden Technologies, Inc. Reverse osmosis centrifuge

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3400074A (en) * 1965-09-15 1968-09-03 Carl A. Grenci Centrifugal reverse osmosis for desalination
US3567030A (en) * 1968-11-29 1971-03-02 Robert I Loeffler Reverse osmosis apparatus
US3669879A (en) * 1969-12-15 1972-06-13 Dresser Ind Fluid separation apparatus and method
US4333832A (en) * 1977-08-29 1982-06-08 Thomas L. Siwecki Rotating solution separation system
DE3112647A1 (de) * 1981-03-30 1982-10-21 Buckau-Walther AG, 4048 Grevenbroich Verfahren und vorrichtung zur trennung eines fluessigkeits-gemisches oder einer loesung nach dem prinzip der umgekehrten osmose

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3400074A (en) * 1965-09-15 1968-09-03 Carl A. Grenci Centrifugal reverse osmosis for desalination
US3567030A (en) * 1968-11-29 1971-03-02 Robert I Loeffler Reverse osmosis apparatus
US3669879A (en) * 1969-12-15 1972-06-13 Dresser Ind Fluid separation apparatus and method
US4333832A (en) * 1977-08-29 1982-06-08 Thomas L. Siwecki Rotating solution separation system
DE3112647A1 (de) * 1981-03-30 1982-10-21 Buckau-Walther AG, 4048 Grevenbroich Verfahren und vorrichtung zur trennung eines fluessigkeits-gemisches oder einer loesung nach dem prinzip der umgekehrten osmose

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010072249A1 (en) * 2008-12-22 2010-07-01 Fredrick Marelius A filtering device and a method of filtering a fluid
US8778191B2 (en) 2008-12-22 2014-07-15 Aqua Mundus Ab Filtering device and a method of filtering a fluid
ES2326024A1 (es) * 2009-05-05 2009-09-28 Universidad Politecnica De Madrid Procedimiento e instalacion para el tratamiento de liquidos por osmosis inversa.
US9573098B2 (en) 2011-02-08 2017-02-21 Universidad Autonoma De Yucatan Filter and method for the desalination of water by means of reverse osmosis of the centrifugal type, involving the generation of dean vortices
CN102650350A (zh) * 2012-06-01 2012-08-29 浙江沁园水处理科技有限公司 一种超滤流量定时自动机械冲洗阀装置
US10689270B2 (en) 2018-07-12 2020-06-23 Centrifugal Solutions Llc Centrifugal reverse osmosis system
US11459249B2 (en) 2018-07-12 2022-10-04 Centrifugal Solutions Llc Centrifugal reverse osmosis system
WO2020252192A1 (en) * 2019-06-11 2020-12-17 Eden Technologies, LLC Reverse osmosis centrifuge
US11772047B2 (en) 2019-06-11 2023-10-03 Eden Technologies, Inc. Reverse osmosis centrifuge
WO2021071435A1 (en) * 2019-10-10 2021-04-15 Nanyang Technological University Reverse osmosis apparatus and method thereof
CN114786797A (zh) * 2019-10-10 2022-07-22 南洋理工大学 反渗透设备及其方法
WO2023158503A1 (en) * 2022-02-18 2023-08-24 Eden Technologies, Inc. Reverse osmosis centrifuge

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