WO2013057328A1 - Desaladora de ósmosis inversa con sistema de recuperación de energía y su procedimiento - Google Patents

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WO2013057328A1
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manifold
pressure
brine
outlet
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PCT/ES2011/000309
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Raúl FALCÓN GARCÍA
Jacinto CURBELO FERNÁNDEZ
Raúl LEMES DE LEÓN
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Empresa Mixta De Aguas De Las Palmas (Emalsa)
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Definitions

  • the present invention falls within the field of water desalination by the reverse osmosis method.
  • the desalination of water by the reverse osmosis method is a process where, from a water with a certain salt content, two water flows are obtained, one with low salt content and one with high salt content.
  • semipermeable membranes are used, which allow the passage of water and do not allow the passage of salts or allow it in a small proportion.
  • the feed water to be desalinated is at a pressure higher than its osmotic pressure, for which high pressure pumps are used that propel this water towards the process with membranes.
  • the product is also called permeate.
  • This denomination comes from the fact that desalination, in this case, is produced by semipermeable membranes, in which the water that passes through or permeates through the membrane is the product, with a low salt content, while the flow of food, which does not cross the membrane, is left with the salts that do not pass through it, increasing its concentration, which will leave the process as concentrated, brine or rejection.
  • a commercial membrane has a cylindrical outer physical form, crossed centrally by the permeate tube.
  • different models receive different denominations, although, something common to all of them are references to the outer dimensions of the cylinder.
  • four digits are usually used, such as 1812, which refer, the first two to the diameter of the cylinder and the last two to the length of the cylinder, denominated in inches, being, specifically, the first two units and tenths in diameter and the next two the tens and units of length.
  • the membrane of the example is 1.8 inches in diameter and 12 inches in length.
  • the first two digits can be 18, 20, 25, 40 and 80 and the second two 12, 14, 21, 26, 40 and 60.
  • the commercially used model is 8040, thus naming the model whose Exterior dimensions are 8.0 inches in diameter and 40 inches in length (1 meter). This last named model is used in most commercial desalination plants and is manufactured with useful surfaces between 300 and 440 square feet of semipermeable membrane.
  • membranes are placed inside a cylindrical vessel, resistant to the high pressures at which the process is carried out, whose inside diameter fits that of the membrane and its length to the combination of series membranes that they want to install inside it.
  • This vessel is called a tube or pressure box.
  • the pressure tube is provided on both ends of caps, also, resistant to working pressure.
  • the covers have both the connections to the outer pipes and the membranes. Although sometimes, some external connections start from the ends of the pressure tube and not from the covers.
  • connections between the covers and the membranes are made by means of tubular pieces provided with O-rings that are coupled to the central permeate tube of the membrane.
  • two and more membranes can be coupled, by their central permeate tubes, by sealed tubular pieces.
  • the pressure tubes are manufactured with the capacity to contain from 1 single membrane up to 8 membranes coupled between them.
  • the production capacity of a membrane is directly related to its useful surface (300 to 440 square feet). Putting more membranes in the same tube produces more permeated water, without increasing the feed rate.
  • the desalinated water production capacity of a membrane is a direct function of the difference between the hydraulic pressure to which the fluid is subjected and its osmotic pressure.
  • the hydraulic pressure of the fluid is maximum at the entrance to the pressure tube and is reduced by friction and because part of the water is derived to the permeate.
  • the osmotic pressure of this same fluid is minimal at the inlet and increases because it is concentrated in the salts left by the water that has permeated through the membrane. Consequently, maximum productivity is achieved at the beginning of the pressure tube, to decrease as the fluid travels through it, that is, the first membrane always has a production per unit area greater than the rest.
  • the amount of water that can be introduced into a pressure tube is limited, so the feed water is limited. If an amount greater than that limit is to be treated, several equal pressure tubes are connected in parallel by means of both feed and concentrate and product manifolds.
  • This whole set of pressure pipes connected in parallel by manifolds is called a stage.
  • the concentrated water flow rate is limited to a minimum, because this, in addition to carrying a higher salt content, has to drag and take the suspended solids that entered with the feed water.
  • the flow rate on the feed-rejection side decreases, being necessary to design so that the flow of concentrate never becomes so low that it passes from turbulent to laminar type; unless the feedwater lacks suspended solids.
  • the lower limit of concentrate flow per pressure tube will depend on the suspended solids content of the feed water. This depends not only on the quality of the raw water but on the quality of the pretreatment of the desalination plant.
  • the number of pressure tubes of the second stage must be lower than the first, so that at this stage the flow of concentrate is higher than the minimum allowed, without the flow rate of feeding per tube exceed your maximum.
  • the multi-stage design aims to keep the rejection flow high, for this, before it becomes dangerously low, the flow rates of various tubes are joined in a manifold and reintroduced into a lower number of tubes of pressure, thus increasing the unit flow.
  • the stages can be connected directly from the concentrate manifold from one to the feed of the following or pumps can be interposed that increase the pressure of the feed fluid to overcome both friction load losses and the increase in osmotic water pressure to As it concentrates on salts.
  • pumps are inserted between the stages, so that the hydraulic pressure of the feed fluid is increased above its osmotic pressure by an amount similar to the input of each stage, there will be a better distribution of the flows and a better use of membranes and all the investment.
  • the second stage would have a much lower performance than the first, so that containing, for example, about 37% of the installed membranes could contribute with only about 22% to the production of desalinated water from the plant.
  • the semipermeability of the membranes is not perfect, allowing not only the passage of water but a small passage of salts.
  • the desalinated water or product of the previous installation has a content not suitable for the use that is going to be given, because the salt content is higher than desired, it is necessary to subject this desalinated water to a second desalination process, which is called the second step.
  • first step to the previous process composed of one or several stages.
  • the second step may consist of several stages.
  • the water product of the previous step is used as feedwater, using a pump to drive it to the process.
  • a pump to drive it to the process.
  • devices are used to harness the hydraulic energy, in the form of pressure, existing in concentrated rejection water.
  • the high pressure pump is in need of boosting all the feed water and it is the engine that is smaller because it is assisted by the turbine in the drive of the bomb.
  • the concentrate has a pressure slightly lower than the feed water due to the pressure drop caused by friction suffered through the reverse osmosis system. Therefore, with the isobaric chamber device it is necessary to use an extra motor pump to compensate for this pressure loss, since both feed flows: the one driven by the high pressure pump and the one driven by the isobaric chamber device, need to be at The same pressure.
  • This extra motor pump is often referred to as a "booster" pump.
  • the design of a reverse osmosis desalination plant equipped with an energy recovery system using isobaric chambers can be carried out in a single stage with the "booster" pump located in the high-pressure discharge of the isobaric chamber system.
  • This invention consists of a two stage reverse osmosis desalination plant with an energy recovery system using isobaric chambers. In this way, it is intended:
  • the patent system is only composed of two stages of desalination to achieve the best results in desalinated water quality since increasing the number of stages implies higher concentrations of boron in desalinated water, and this would have to be treated in later stages to decrease the concentration of boron. However, it is possible to make different configurations of this system and desalination procedure.
  • the reverse osmosis system equipped with the isobaric chamber system can be designed is that the isobaric chamber system takes the second stage exit concentrate to introduce pressurized seawater into the feed of the first stage, so that the booster pump is not necessary since its mission is fulfilled by the feed pump to the second stage.
  • the desalination procedure begins when a feed water collector supplies salt water with the help of a high pressure pump to a first stage of reverse osmosis through a valve and a conduit.
  • the brine from the first stage is increased in pressure with the help of a "booster" pump which supplies the flow and brine pressure to the second stage.
  • the desalinated water from the first and second desalination stage is mixed and exits through a collector.
  • the collector also supplies low pressure salt water to an isobaric chamber system which also reaches the brine from the second stage of reverse osmosis. This brine arrives with a pressure greater than the feed water.
  • the isobaric chamber includes a high pressure outlet that connects to a pipe which conducts the feedwater once the brine pressure has been transferred to the feedwater.
  • the low pressure outlet of the chamber splices with the help of a valve with a pipe that conducts the rejection or brine from the two desalination stages once the pressure inside the chamber has been lost.
  • a feed discharge valve is included, through which the salt water of high pressure feed passes. This is conducted and mixed with the salt water from the high pressure pump. The mixture of the two waters is conducted through a single conduit to the first stage of reverse osmosis.
  • a valve is placed to the discharge of pressurized feed water from the isobaric chamber system.
  • the reverse osmosis system equipped with the isobaric chamber system takes the second stage outflow concentrate to introduce seawater under pressure into the second stage feed.
  • a feed water collector supplies salt water through a conduit.
  • a "booster" pump located at the exit of the first stage increases the pressure of the brine from this first stage and supplies the flow of said brine to the second stage of displacement.
  • the desalinated water of the first and second stage is mixed in a single conduction.
  • the isobaric chamber system fed by the salt feed water from the seawater feed manifold as well as the brine from the second stage of reverse osmosis.
  • the isobaric chamber system consists of two circuits.
  • the first circuit includes a low pressure inlet of the salt feed water and a high pressure outlet that connects to a pipe that conducts the feed water.
  • the other circuit includes a high pressure inlet that splices with the brine from the second stage of osmosis and a low pressure outlet of the brine that splices with the help of a valve with a pipe that conducts the rejection or final brine.
  • the high pressure feed salt water from the outlet of the isobaric chamber system is conducted to a booster pump that increases the feedwater pressure from the pressure of the isobaric chamber outlet to the inlet pressure of the Second stage of reverse osmosis.
  • the outgoing feed water of the booster pump is channeled and mixed with the brine from the first stage in a single channel which feeds the second stage of reverse osmosis.
  • the two booster pumps both the supply of the second stage of the reverse osmosis system and the support for the isobaric chamber system, the presence of the valve to the discharge of pressurized feed water is not necessary. of the isobaric chamber system.
  • the membrane units are combined in the first and second stages, taking into account the tendency to produce much more water per unit in the first than in the second.
  • To balance the system diverting production to the second stage, it is necessary to throttle the regulating valve while increasing the pump speed; In this case, a more balanced system is obtained but at the cost of higher energy expenditure.
  • Figures 1 and 2 represent two diagrams known in the state of the art relating to the flow of a water desalination plant by the reverse osmosis method equipped with an energy recovery system using isobaric chambers, in one stage.
  • Figure 3 represents the object of the invention, a flow diagram of a water desalination plant using the two-stage reverse osmosis method equipped with an energy recovery system using isobaric chambers, in which the high-pressure feed water supplied by the recovery system is introduced in the feed to the first stage.
  • Figure 4 also represents the object of the invention, a flow chart of a water desalination plant by the two-stage reverse osmosis method equipped with an energy recovery system by means of isobaric chambers, in which the high pressure feed water supplied by the recovery system is introduced into the feed to the second stage.
  • FIG 1 which represents a conventional flow chart of a water desalination plant using the one-stage reverse osmosis method (5) equipped with an energy recovery system using isobaric chambers (6)
  • the pump has been numbered High pressure (1) and its drive motor (2), the booster pump (3) supporting the system Isobaric chambers and their drive motor (4), the reverse osmosis system (5) containing the semipermeable membranes, the set of isobaric chambers (6) and the valves associated with this set: low pressure feed water inlet (8 ), high pressure feed water outlet (7), high pressure brine inlet (9) and low pressure brine outlet (10).
  • the reverse osmosis system (5) containing the semipermeable membranes has been depicted in some detail, where a set of five parallel pressure tubes is observed, within which the membranes are located. These pressure tubes are fed on the left side, eccentrically by means of a manifold (19). Through another collector (22), also eccentrically, the concentrate is released. Finally, this time centered, the output of product water to another collector (29) is observed.
  • the isobaric chamber system (6) has shown a single chamber with a piston, inside, and four associated valves (7, 8, 9 and 10).
  • This is a positive displacement energy recovery device whose commercial versions may more or less resemble this representation, since in some of them some of the valves have been replaced by check valves, in others all the valves have been replaced by a single slide with several combinations and in others they have been totally eliminated.
  • the piston represented within the energy recovery device (6) exists in one of the existing commercial devices, but has been eliminated in most of them. The representation has been made that helps a simpler explanation of the mode of operation.
  • the desalinated water is obtained, which is evacuated through the desalinated water conduit (29) (product), and the brine, which is sent to the energy recovery device (6) through from the brine duct (22) and subsequently evacuated to the drain through the pipe (25).
  • a valve (16) is used that is used for the start-up process of the motor-pump group, although it can also Serve for regulation, adjusting the pressure and flow rate to the appropriate conditions for the reverse osmosis unit (5).
  • the high pressure pump (1) is of the positive displacement type, piston, there is no such valve (16).
  • the operation of the energy recovery device or isobaric chamber (6) is as follows.
  • the valve (8) there is raw, salt water, at the pressure available in the feed water manifold, after having passed the pretreatment, between 2 and 3 bars. Opening the valves (8) and (10) at the same time, the cylinder (5) will be filled with that water, moving the piston to the right, that is, next to the valves (9) and (10). At that time said valves (8) and (10) are closed and the valves (7) and (9) are opened.
  • the brine or concentrated fluid leaving the reverse osmosis unit (5) is at the process pressure, slightly lower than that of the feed fluid at the inlet to the unit (5).
  • this concentrated fluid from the conduit (22) enters the chamber (6) and pushes the plunger, compressing the feed water that had previously entered and forcing it to exit through the valve (7 ) at the same concentrated water pressure, except friction losses.
  • feed water is available at a pressure in the duct (24) slightly lower than that of the feed fluid at the entrance to the unit (5), so it only remains to slightly raise the fluid pressure, by means of the pump (3) to match that of the feed to the reverse osmosis unit (5 ).
  • the flow of water that passes through the high pressure pump (1) is equal to the flow of desalinated water (product) and the flow rate that passes through the "booster” pump (3) is equal to the brine or concentrate flow that it drains (rejection).
  • FIG. 1 is shown the energy recovery device or isobaric chamber with a single cylinder (6).
  • commercial devices have at least two cylinders, so that when one of them is admitting low pressure feed water, the other is delivering high pressure feed water.
  • the isobaric device or chamber (6) represented in Figure 2 consists of three parts: two covers and a central cylinder.
  • the central cylinder rotates constantly, while the covers are static.
  • the central cylinder is crossed by numerous conduits while each cover has only two funnel-shaped cavities, facing those of one cover with those of the other, so that, while rotating the central cylinder, its conduits join the two hollows of the facing caps.
  • FIG 3 two reverse osmosis systems are represented in two stages, where the second stage (15) of osmosis is fed with the concentrate or brine of the first stage (5).
  • the inverse desalination plant shown in Figure 3 includes two stages of desalination by osmosis connected in series.
  • the desalination process begins when a feed water manifold (17) supplies salt water through a pipe (18) and with the help of a high pressure pump (1), which works with the help of a drive motor (2), to a first stage (5) of reverse osmosis through a valve (16) and a conduit (19).
  • the brine from the first stage (5) is channeled through a conduit (20) and is increased in pressure with the help of a booster pump (13) which supplies the brine flow and pressure through a driving (21) to the second stage (15).
  • the desalinated water from the first (5) and the second desalination stage (15) is mixed and conducted to an outlet through a manifold (29).
  • the collector (17) also supplies salt water at low pressure through a conduit (26) to an isobaric chamber system (6) which also reaches the brine from the second stage (15) of osmosis Reverse through conduction (22). This brine arrives with a pressure greater than the feed water.
  • the chamber (6) includes a high pressure outlet that connects to the pipe (23) which conducts the feedwater once the brine pressure has been transferred to the feedwater.
  • the low pressure outlet of the chamber (6) splices with the help of a valve (1 1) with a pipe (25) that conducts the rejection or brine from the two desalination stages once it has lost the pressure inside the chamber (6).
  • a supply discharge valve (12) is included, through which the salt water of high pressure feed passes through and is conducted through a conduit (24) and mixed with the salt water from of the high pressure pump (1) which is conducted through a conduit (19) in a single conduit (30) and led to the first stage inlet (5) of reverse osmosis.
  • This scheme improves the operation of the reverse osmosis system in two stages (5, 15) because when inserting a booster pump (13) between both stages (5, 15) it is unnecessary to add the booster pump to support the isobaric chamber system (6) since the booster pump (13) can perform both missions: on the one hand, improve the operation of the reverse osmosis system and, on the other, regulate the flow and operating pressure of the circuit of High pressure isobaric chamber system (6).
  • This booster pump (13) will have to play with priority the second mission, regulate the flow and pressure of the high pressure circuit of the isobaric chamber system. In this way, the operation of the reverse osmosis system is better than without a booster pump (13) but is not optimal.
  • the booster pump (13) can be used to optimize the operation of the reverse osmosis system, a valve is placed to the discharge (12) of pressurized feed water from the pressure system. isobaric chambers. In addition, this valve (12) is convenient for commissioning the system.
  • FIG 4 which is another of the representations of the object of the invention, a two-stage reverse osmosis system (5, 15) has also been represented with the difference that the discharge of high-pressure feed water from the system Isobaric chamber (6) connects to the power supply of the second stage (15) of the reverse osmosis system. More specifically, Figure 4 shows the desalination process of a two-stage system of reverse osmosis in series in which a feed water manifold (17) supplies salt water through a conduit (18). With the help of a high pressure pump (1) and its drive motor (2) and a valve (16), the feedwater arrives with sufficient pressure to a first stage (5) of osmosis.
  • a "booster" pump (13) located at the exit of the first stage (5) increases the brine pressure from this first stage (5) and supplies the flow of said brine to the second stage through a conduit (twenty).
  • the desalinated water of the first (5) and the second stage (15) are mixed in a single conduit (29).
  • an isobaric chamber (6) is fed by the salt feed water from the collector (17) through a pipe (26) as well as the brine from the second stage (15) of reverse osmosis through conduction (22).
  • This chamber (6) consists of a two circuits.
  • the first circuit includes a low pressure inlet that connects to the conduit (26) that channels the feed salt water inlet and a high pressure outlet that connects to the pipe (23) that conducts the feed water.
  • the other circuit includes a high pressure inlet that splices with the conduit (22) from the brine outlet of the second stage (15) and a low pressure outlet of the brine that splices with the help of a valve (11) with a pipe (25) that conducts the rejection or final brine.
  • the high pressure feed salt water from the outlet of the isobaric chamber (6) is conducted through a conduit (23) to a booster pump (14) that increases the feedwater pressure from the outlet pressure from the isobaric chamber (6) to the inlet pressure of the second stage (15) of reverse osmosis.
  • the outgoing feed water of the pump (14) is channeled through a pipe (27) and mixed with the brine of the pipe (21) from the first stage (5) in a single pipe (28) which feeds the second stage (15) of reverse osmosis.
  • the pressure of the brine in the pipe (21) must be the same as that of the pressurized feed water of the pipe (27).
  • This invention is of industrial application in desalination and water purification systems, especially salt water from the sea.

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Abstract

Desaladora de ósmosis inversa con sistema de recuperación de energía y su procedimiento consistente en un sistema de dos etapas de ósmosis inversa en serie, cuyo producto es agua desalada con baja concentración de boro. La salmuera de la primera etapa (5) se aumenta de presión con una bomba "booster" (13) y pasa a la segunda etapa (15). La salmuera procedente de la segunda etapa (15) es conducida a la entrada a alta presión de una cámara isobárica (6) con una entrada a baja presión de agua marina y cuya salida a alta presión de agua marina empalma con una bomba "booster" (14) que conduce el agua a la segunda etapa (15) a la que llega una mezcla de agua marina y salmuera procedente de primera etapa (5). El agua desalada de las dos etapas mezcladas sale en una conducción (29).

Description

Desaladora de osmosis inversa con sistema de recuperación de energía y su procedimiento
Indicación del sector de la Técnica
La presente invención se encuadra dentro del campo de la desalación de agua por el método de osmosis inversa.
Estado de la técnica anterior.
La desalación de agua por el método de osmosis inversa es un proceso donde, a partir de un agua con un determinado contenido en sales, se obtienen dos flujos de agua, una con bajo contenido en sales y otra con alto contenido en sales.
Es este proceso se emplean membranas semipermeables, que permiten el paso del agua y no permiten el paso de las sales o lo permiten en pequeña proporción. Para que se produzca el paso de agua a través de la membrana semipermeable es necesario que el agua de alimentación a desalar se encuentre a una presión superior a su presión osmótica, para lo que se emplean bombas de alta presión que impulsan este agua hacia el proceso con membranas.
La solución con alto contenido en sales, de desecho, se encuentra a alta presión, por lo que las instalaciones de desalación suelen disponer de sistemas de recuperación de esta energía, que se traslada o se entrega al flujo de alimentación.
En un proceso de desalación de agua intervienen tres flujos de agua: uno de entrada o alimentación y dos de salida. De estos dos de salida, uno de ellos posee una concentración de sales inferior al que contenía la alimentación; a este flujo se le denomina agua desalada o producto. El otro flujo de salida posee una concentración de sales superior al que contenía la alimentación, por lo que se denomina concentrado, salmuera o rechazo.
En el caso de que la desalación se realice por el proceso de osmosis inversa, al producto también se le denomina permeado. Esta denominación proviene del hecho de que la desalación, en este caso, se produce mediante membranas semipermeables, en las que el agua que atraviesa o permea a través de la membrana es el producto, con un contenido bajo en sales, mientras que el flujo de alimentación, que no atraviesa la membrana, se va quedando con las sales que no pasan a través de aquella, aumentando su concentración, que saldrá del proceso como concentrado, salmuera o rechazo.
Para la desalación de agua por osmosis inversa se han utilizado dos tipos de membranas: las de fibra hueca y las de arrollamiento espiral. Al principio, las de fibra hueca ofrecían una mayor superficie por volumen, con lo que, en el caso de tener limitaciones de espacio eran más adecuadas. Sin embargo, en la última década, las de arrollamiento espiral han ido aumentando la superficie disponible por elemento, desde alrededor de 300 pies cuadrados por unidad hasta 440 pies cuadrados. Con lo que la ventaja anteriormente mencionada ha desaparecido, tornándose la balanza de las ventajas hacia los modelos de arrollamiento espiral.
Una membrana comercial presenta una forma física exterior cilindrica, atravesada centralmente por el tubo de permeado. Dependiendo del fabricante, los diferentes modelos reciben diferentes denominaciones, si bien, algo común a todos ellos son las referencias a las dimensiones exteriores del cilindro. Así, se suelen emplear cuatro dígitos, como por ejemplo 1812, que se refieren, los dos primeros al diámetro del cilindro y los dos últimos a la longitud del mismo, denominados en pulgadas, siendo, concretamente, los dos primeros las unidades y las décimas de diámetro y los dos siguientes las decenas y unidades de longitud. Así, la membrana del ejemplo tiene 1 ,8 pulgadas de diámetro y 12 pulgadas de longitud.
Generalmente, los dos primeros dígitos pueden ser 18, 20, 25, 40 y 80 y los dos segundos 12, 14, 21 , 26, 40 y 60. Si bien, el modelo comercialmente más utilizado es el 8040, denominando así al modelo cuyas dimensiones exteriores son 8,0 pulgadas de diámetro y 40 pulgadas de longitud (1 metro). Este último modelo nombrado se emplea en la mayor parte de las instalaciones desaladoras comerciales y se fabrica con superficies útiles entre 300 y 440 pies cuadrados de membrana semipermeable.
Estas membranas se colocan dentro de un recipiente cilindrico, resistente a las altas presiones a las que se realiza el proceso, cuyo diámetro interior se ajusta al de la membrana y su longitud a la combinación de membranas en serie que quieran instalar dentro de él. A este recipiente se le denomina tubo o caja de presión. El tubo de presión está provisto en ambos extremos de tapas, también, resistentes a la presión de trabajo.
Las tapas poseen tanto las conexiones a las tuberías exteriores como a las membranas. Aunque a veces, algunas conexiones exteriores parten de los extremos del tubo de presión y no de las tapas.
Las conexiones entre las tapas y las membranas se realizan mediante piezas tubulares provistas de juntas tóricas que se acoplan al tubo central de permeado de la membrana.
Asimismo, se pueden acoplar dos y más membranas, por sus tubos centrales de permeado, mediante piezas tubulares estancas. Los tubos de presión se fabrican con capacidad para contener desde 1 sola membrana hasta 8 membranas acopladas entre ellas.
La capacidad de producción de una membrana está directamente relacionada con su superficie útil (300 a 440 pies cuadrados). Poniendo más membranas en un mismo tubo se consigue producir más agua permeada, sin aumentar el caudal de alimentación.
Se define como factor de conversión al cociente entre los caudales de agua desalada y de agua de alimentación. Por lo antes mencionado, se puede entender que utilizando tubos de presión con capacidad para más membranas se puede conseguir un mayor factor de conversión; se obtendría un mayor rendimiento del agua de alimentación. En resumen, a medida que aumenta el número de membranas dentro de un tubo de presión aumenta el factor de conversión, logrando una mayor producción a partir de una cierta cantidad de agua de alimentación.
Aparte de la superficie disponible, la capacidad de producción de agua desalada de una membrana es función directa de la diferencia entre la presión hidráulica a la que se somete al fluido y su presión osmótica.
Por esto, en un tubo de presión con varias membranas, la presión hidráulica del fluido es máxima a la entrada al tubo de presión y va disminuyendo por rozamiento y porque se deriva parte del agua hacia el permeado. Sin embargo, la presión osmótica de este mismo fluido es mínima a la entrada y va aumentando debido a que se va concentrando en las sales que deja el agua que ha permeado a través de la membrana. Consecuentemente, la máxima productividad se logra al principio del tubo de presión, para ir disminuyendo a medida que el fluido se desplaza a través de él, o sea, la primera membrana siempre tiene una producción por unidad de superficie superior a las restantes. Por razones hidráulicas, está limitada la cantidad de agua que se puede introducir en un tubo de presión, por lo que está limitada el agua de alimentación. Si se quiere tratar una cantidad superior a ese límite, se conectan varios tubos de presión iguales en paralelo mediante colectores tanto de alimentación como de concentrado y de producto.
A todo este conjunto de tubos de presión conectados en paralelo mediante colectores se le llama una etapa.
Al igual que el agua de alimentación que se puede introducir en un tubo de presión está limitado a un caudal máximo, el caudal de agua concentrada está limitado a un mínimo, debido a que éste, además de llevar un mayor contenido en sales, tiene que arrastrar y llevarse los sólidos en suspensión que entraron con el agua de alimentación.
Por lo tanto, a lo largo del tubo de presión, a medida que se va produciendo agua permeada, va disminuyendo el caudal en el lado de alimentación-rechazo, siendo necesario diseñar para que el flujo de concentrado nunca llegue a ser tan bajo que pase de tipo turbulento a tipo laminar; a no ser que el agua de alimentación carezca de sólidos en suspensión. El límite inferior de caudal de concentrado por tubo de presión estará en función del contenido en sólidos en suspensión del agua de alimentación. Esto no sólo depende de la calidad del agua bruta sino de la calidad del pretratamiento de la instalación desaladora.
Debido a lo anteriormente expuesto es por lo que no existen tubos de presión con mayor capacidad que para 8 membranas.
Sin embargo, cuando con una etapa, el agua concentrada aún es apta para producir más agua desalada, debido a su contenido en sales, es necesario añadir otra etapa, consistente en otros tubos de presión conectados en paralelo mediante colectores. Dicho de otra forma, para aumentar el factor de conversión de una planta, aparte de la solución de insertar mayor número de membranas por tubo de presión, existe la solución de configurar la planta en varias etapas. Esto es, el rechazo de una etapa sería la alimentación de otra etapa, constituyendo la configuración de dos etapas.
El número de tubos de presión de la segunda etapa, con los criterios hidráulicos explicados, debe ser inferior al de la primera, de forma que también en esta etapa el caudal de concentrado sea superior al mínimo permitido, sin que el caudal de alimentación por tubo supere su máximo.
Sin embargo, a veces se utilizan otros criterios distintos, por lo que se encuentran estaciones desaladoras en dos etapas con menor número de tubos de presión en la primera etapa, si bien, siempre respetando los límites antes mencionados.
El diseño en varias etapas tiene el objetivo de mantener el caudal de rechazo alto, para ello, antes de que este llegue a ser peligrosamente bajo, se unen los caudales de diversos tubos en un colector y se vuelven a introducir en un número inferior de tubos de presión, aumentando así el caudal unitario.
Así, se instalarán tantas etapas como sean necesarias hasta que el agua concentrada esté en el límite de saturación de algunas de las sales contenidas.
Las etapas se pueden conectar directamente desde el colector de concentrado de una al de alimentación de la siguiente o se pueden interponer bombas que aumenten la presión del fluido de alimentación para superar tanto las pérdidas de carga por rozamiento como el aumento de presión osmótica del agua a medida que se concentra en sales. En el caso de que se inserten bombas entre las etapas, de forma que se incremente la presión hidráulica del fluido de alimentación por encima de su presión osmótica en una cantidad similar a la entrada de cada etapa, habrá una mejor distribución de los flujos y un mejor aprovechamiento de las membranas y de toda la inversión.
Así se logra una producción unitaria de agua desalada similar en todas las etapas, logrando que, por ejemplo, en una configuración de dos etapas, con un 37% de membranas en la segunda etapa, su contribución a la producción se acerque a dicho valor, 37%. En la práctica, para una desaladora de agua de mar, lo anterior significa que la bomba intermedia, de alimentación a la segunda etapa, debe elevar la presión hidráulica del fluido en un valor alrededor de 3 bares por encima de la presión que tenía a la salida de la etapa anterior.
De lo contrario, en el caso de dos etapas sin bomba intermedia, la segunda etapa tendría un rendimiento muy inferior a la primera, de forma que conteniendo, por ejemplo, alrededor del 37% de las membranas instaladas podría contribuir con sólo alrededor del 22% a la producción de agua desalada de la planta.
Por otra parte, la semipermeabilidad de las membranas no es perfecta, permitiendo no solo el paso de agua sino un pequeño paso de sales. Cuando el agua desalada o producto de la instalación anterior tenga un contenido no apto para el empleo que se le va a dar, debido a que el contenido en sales es superior al deseado, es necesario someter esta agua desalada a un segundo proceso de desalación, al que se denomina segundo paso. Denominándose, por tanto, primer paso al proceso anterior, compuesto por una o varias etapas. El segundo paso, a su vez, puede estar compuesto por varias etapas.
En este segundo paso, como se indicó, se emplea el agua producto del paso anterior como agua de alimentación, utilizándose una bomba para impulsarla al proceso. En las estaciones desaladoras que trabajan a alta presión, como son las de agua de mar, y a partir de cierto tamaño, se utilizan dispositivos para aprovechar la energía hidráulica, en forma de presión, existente en el agua concentrada de rechazo.
Se han utilizado, para este fin, turbinas tipo Francis (bombas invertidas) y tipo Pelton, con rendimientos inferiores al 88%. Si bien, en la última década se han desarrollado dispositivos de recuperación de energía de desplazamiento positivo por el denominado sistema de cámaras isobáricas, con rendimientos superiores al 92%, rondando generalmente entre el 97% y el 99%.
La diferencia funcional de estos dispositivos, con respecto a las turbinas es que simplemente intercambian energía hidráulica, entregando la energía que posee el agua de rechazo a la misma cantidad de agua de alimentación. Con lo que el dispositivo se encarga de alimentar la cantidad de agua equivalente al concentrado y, por lo tanto, la bomba de alta presión sólo necesita bombear la cantidad de agua equivalente al producto.
En el caso de emplear turbinas como recuperador de energía, la bomba de alta presión se ve en la necesidad de impulsar toda el agua de alimentación y es el motor el que es de menor tamaño ya que es ayudado por la turbina en el accionamiento de la bomba.
El concentrado posee una presión ligeramente inferior al agua de alimentación debido a la caída de presión por rozamiento sufrida al atravesar el sistema de osmosis inversa. Por ello, con el dispositivo de cámaras isobáricas es necesario emplear una motobomba extra para compensar esta pérdida de presión, ya que ambos flujos de alimentación: el impulsado por la bomba de alta presión y el impulsado por el dispositivo de cámaras isobáricas, necesitan estar a la misma presión. Esta motobomba extra la suelen denominar como bomba "booster". El diseño de una instalación desaladora por osmosis inversa equipada con un sistema de recuperación de energía mediante cámaras isobáricas se puede realizar en una sola etapa con la bomba "booster" ubicada en la descarga a alta presión del sistema de cámaras isobáricas.
Lo expuesto anteriormente está recogido en las patentes españolas 2.192.966 y 2.199.370 así como en los documentos US 6.190.566, US 5.306.428, los cuales exponen procedimientos de separación por osmosis inversa en varias etapas con utilización de bombas intermedias.
Explicación de la invención.
Esta invención consiste en una desaladora por osmosis inversa de dos etapas con un sistema de recuperación de energía mediante cámaras isobáricas. De esta manera, se pretende:
• Mejorar la calidad del agua, en especial los niveles de boro del agua obtenida tras la desalación,
• Mejorar el rendimiento del sistema y ahorro energético, aprovechando el transvase de energía que implica la salida a alta presión de la salmuera saliente de la segunda etapa de desalación al agua de alimentación de la desaladora.
El sistema objeto de patente solo está compuesta por dos etapas de desalación para conseguir los mejores resultados en la calidad del agua desalada ya que aumentar el número de etapas implica mayores concentraciones de boro en el agua desalada, y ésta tendría que ser tratada en posteriores etapas para disminuir la concentración de boro. No obstante, es posible realizar diferentes configuraciones de este sistema y procedimiento de desalación.
Una de las maneras en que se puede diseñar el sistema de osmosis inversa equipado con el sistema de cámaras isobáricas consiste en que el sistema de cámaras isobáricas toma el concentrado de salida de la segunda etapa para introducir agua de mar a presión en la alimentación de la primera etapa, de forma que la bomba "booster" no es necesaria ya que su misión la cumple la bomba de alimentación a la segunda etapa.
El procedimiento de desalación comienza cuando un colector de agua de alimentación suministra agua salada con la ayuda de una bomba de alta presión a una primera etapa de osmosis inversa a través de una válvula y un conducto. La salmuera procedente de la primera etapa es aumenta de presión con la ayuda de una bomba tipo "booster" la cual suministra el caudal y presión de salmuera a la segunda etapa. El agua desalada procedente de la primera y la segunda etapa de desalación es mezclada y sale a través de un colector.
El colector también suministra agua salada a baja presión a un sistema de cámara isobárica a la cual también llega la salmuera procedente de la segunda etapa de osmosis inversa. Esta salmuera llega con una presión mayor que el agua de alimentación. La cámara isobárica incluye una salida a alta presión que conecta con una tubería la cual conduce el agua de alimentación una vez que se ha transferido la presión de la salmuera al agua de alimentación. Por otro lado, la salida a baja presión de la cámara empalma con la ayuda de una válvula con una tubería que conduce el rechazo o salmuera procedente de las dos etapas de desalación una vez que ha perdido la presión dentro de la cámara.
A la salida de la cámara isobárica se incluye una válvula descarga de alimentación por el que transita el agua salada de alimentación a alta presión. Ésta es conducida y mezclada con el agua salada procedente de la bomba de alta presión. La mezcla de las dos aguas es conducida a través de un único conducto a la entrada primera etapa de osmosis inversa. Al insertar una bomba "booster" entre las dos etapas de ósmois resulta innecesario añadir la bomba "booster" de apoyo al sistema de cámaras isobáricas ya que la bomba "booster" puede realizar ambas misiones: por una parte, mejorar el funcionamiento del sistema de osmosis inversa y, por otra, regular el caudal y la presión de funcionamiento del circuito de alta presión del sistema de cámaras isobáricas.
Con objeto de disponer de una mayor capacidad de regulación, pudiendo utilizar la bomba "booster" para optimizar el funcionamiento del sistema de osmosis inversa, se coloca una válvula a la descarga de agua de alimentación a presión del sistema de cámaras isobáricas.
Otra forma en que se puede diseñar el sistema de osmosis inversa equipado con el sistema de cámaras isobáricas es de forma que éste toma el concentrado de salida de la segunda etapa para introducir agua de mar a presión en la alimentación de la segunda etapa. En este caso si es necesaria la presencia de la bomba "booster". En este caso, un colector de agua de alimentación suministra agua salada a través de un conducto. Con la ayuda de una bomba de alta presión y una válvula, el agua de alimentación llega con una presión suficiente a la primera etapa de osmosis. Una bomba tipo "booster" ubicada a la salida de la primera etapa aumenta la presión de la salmuera procedente de esta primera etapa y suministra el caudal de dicha salmuera a la segunda etapa de desplación. El agua desalada de la primera y la segunda etapa salen mezcladas en una única conducción.
En este caso también se incluye un sistema de cámara isobárica alimentada por el agua salada de alimentación procedente del colector de alimentación de agua marina así como la salmuera procedente de la segunda etapa de osmosis inversa. De esta forma, el sistema de cámara isobárica consiste en un dos circuitos. El primer circuito incluye una entrada a baja presión del agua salada de alimentación y una salida a alta presión que conecta con una tubería que conduce el agua de alimentación. El otro circuito incluye una entrada a alta presión que empalma con la salmuera procedente de la segunda etapa de osmosis y una salida a baja presión de la salmuera que empalma con la ayuda de una válvula con una tubería que conduce el rechazo o salmuera final. El agua salada de alimentación a alta presión procedente de la salida del sistema de cámara isobárica es conducida a una bomba "booster" que aumenta la presión del agua de alimentación desde la presión de la salida de la cámara isobárica a la presión de entrada de la segunda etapa de osmosis inversa. El agua de alimentación saliente de la bomba "booster" es canalizada y mezclada con la salmuera procedente de la primera etapa en una única canalización la cual alimenta a la segunda etapa de osmosis inversa.
En este caso las dos bombas "booster", tanto la de alimentación de la segunda etapa del sistema de osmosis inversa como la de apoyo al sistema de cámaras isobáricas, no es necesaria la presencia de la válvula a la descarga de agua de alimentación a presión del sistema de cámaras isobáricas.
Es decir, en el caso anteriormente descrito, es necesario añadir una válvula de regulación entre la descarga de agua de mar a presión del sistema de cámara isobárica y la unión con el agua de mar procedente de la bomba de alta presión. De esta forma, mediante un variador de velocidad de la bomba de alimentación a la segunda etapa y esta válvula se pueden variar las condiciones de trabajo del sistema de osmosis inversa.
En este caso se combinan las unidades de membrana en primera y segunda etapas teniendo en cuenta la tendencia a producir mucha más agua por unidad en la primera que en la segunda. Para equilibrar el sistema, desviando producción a la segunda etapa, es necesario proceder al estrangulamiento de la válvula de regulación al tiempo que se aumenta la velocidad de la bomba; en este caso se obtiene un sistema más equilibrado pero a costa de un mayor gasto energético.
Con el segundo diseño propuesto se consigue una mayor independencia entre las condiciones de trabajo de ambas etapas, pudiendo optimizar las condiciones hidráulicas de ambas etapas al tiempo que se consigue un mayor aprovechamiento energético.
Breve descripción del contenido de los dibujos
Para la mejor comprensión de lo descrito en la presente memoria se acompañan las figuras.
La figura 1 y 2 representan dos diagramas conocidos en el estado del arte relativos al flujo de una desaladora de agua por el método de osmosis inversa equipada con un sistema de recuperación de energía mediante cámaras isobáricas, en una etapa.
La figura 3 representa el objeto de la invención, un diagrama de flujo de una desaladora de agua por el método de osmosis inversa en dos etapas equipada con un sistema de recuperación de energía mediante cámaras isobáricas, en que el agua de alimentación a alta presión suministrada por el sistema de recuperación se introduce en la alimentación a la primera etapa.
La figura 4 representa también el objeto de la invención, un diagrama de flujo de una desaladora de agua por el método de osmosis inversa en dos etapas equipada con un sistema de recuperación de energía mediante cámaras isobáricas, en que el agua de alimentación a alta presión suministrada por el sistema de recuperación se introduce en la alimentación a la segunda etapa.
Exposición detallada de un modo de realización de la invención. En la figura 1 , que representa un diagrama de flujo convencional de una desaladora de agua por el método de osmosis inversa en una sola etapa (5) equipada con un sistema de recuperación de energía mediante cámaras isobáricas (6), se han numerado la bomba de alta presión (1 ) y su motor de accionamiento (2), la bomba "booster" (3) de apoyo al sistema de cámaras isobáricas y su motor de accionamiento (4), el sistema de osmosis inversa (5) conteniendo las membranas semipermeables, el conjunto de cámaras isobáricas (6) y las válvulas asociadas a este conjunto: entrada de agua de alimentación a baja presión (8), salida de agua de alimentación a alta presión (7), entrada de salmuera a alta presión (9) y salida de salmuera a baja presión (10).
El sistema de osmosis inversa (5) conteniendo las membranas semipermeables se ha representado con cierto detalle, donde se observa un conjunto de cinco tubos de presión en paralelo, dentro de los cuales se ubican las membranas. Estos tubos de presión son alimentados por su parte izquierda, de forma excéntrica mediante un colector (19). Mediante otro colector (22), también excéntricamente, sale el concentrado. Finalmente, esta vez centrado se observa la salida de agua producto a otro colector (29).
En la figura 1 , el sistema de cámaras isobáricas (6), con ánimo de buscar la mayor sencillez, se ha representado una sola cámara con un émbolo, en su interior, y cuatro válvulas (7, 8, 9 y 10) asociadas. Este es ün dispositivo de recuperación de energía de desplazamiento positivo cuyas versiones comerciales se pueden parecer más o menos a esta representación, ya que en alguno de ellos han sido sustituidas algunas de las válvulas por válvulas de retención, en otros todas las válvulas se han sustituido por una sola corredera con varias combinaciones y en otros se han eliminado totalmente. Asimismo, el émbolo representado dentro del dispositivo de recuperación de energía (6), existe en alguno de los dispositivos comerciales existentes, pero se ha eliminado en la mayor parte de ellos. Se ha hecho la representación que ayuda a una explicación más sencilla del modo de funcionamiento.
Observando la figura 1 , se aprecia que el sistema suministra agua bruta a la unidad de osmosis inversa (5), a partir del colector (17) de agua de alimentación, por dos vías: una, a través de la bomba de alta presión (1) y, otra, a través de la canalización (26) y el conjunto de cámaras isobáricas (6) ayudado por la bomba "booster" (3).
En la unidad de osmosis inversa (5) se obtiene el agua desalada, la cual se evacúa a través del conducto (29) de agua desalada (producto), y la salmuera, que es enviada al dispositivo recuperador de energía (6) a través del conducto (22) de salmuera y, posteriormente, evacuada al drenaje por la canalización (25). En la descarga de la bomba de alta presión (1), en el caso de que ésta sea de tipo centrífuga, se coloca una válvula (16) que se utiliza para el proceso de puesta en marcha del grupo moto-bomba, aunque también puede servir para regulación, ajusfando la presión y el caudal a las condiciones adecuadas para la unidad de osmosis inversa (5). En caso de que la bomba de alta presión (1) sea del tipo de desplazamiento positivo, pistón, no existe dicha válvula (16).
El funcionamiento del dispositivo de recuperación de energía o cámara isobárica (6) es como sigue. En la válvula (8) se encuentra agua bruta, salada, a la presión disponible en el colector de agua de alimentación, después de haber pasado el pretratamiento, entre 2 y 3 bares. Abriendo las válvulas (8) y (10) al mismo tiempo, el cilindro (5) se llenará con aquella agua, desplazando el émbolo hacia la derecha, es decir, al lado de las válvulas (9) y (10). En ese momento se cierran dichas válvulas (8) y (10) y se abren las válvulas (7) y (9).
La salmuera o fluido concentrado que sale de la unidad de osmosis inversa (5) se encuentra a la presión de proceso, ligeramente inferior a la del fluido de alimentación a la entrada a la unidad (5). Al abrir las válvulas (7) y (9), este fluido concentrado del conducto (22) entra en la cámara (6) y empuja el émbolo, comprimiendo el agua de alimentación que antes había entrado y obligándola a salir por la válvula (7) a la misma presión del agua concentrada, salvo las pérdidas por rozamiento. En este punto, ahora, se dispone de agua de alimentación a una presión en el conducto (24) ligeramente inferior a la del fluido de alimentación a la entrada a la unidad (5), por lo que solo resta elevar ligeramente la presión del fluido, mediante la bomba (3) para igualarla a la de alimentación a la unidad de osmosis inversa (5).
Posteriormente se inicia un nuevo ciclo, cerrando las válvulas (7) y (9) y abriendo las válvulas (8) y (10), y el agua de alimentación a baja presión entra desplazando el émbolo e impulsando al agua concentrada a salir al drenaje a baja presión (rechazo) a través de la válvula (10).
De la comprensión de este modo de funcionamiento se puede entender que la cantidad de agua que alimenta el dispositivo de cámaras isobáricas (6) es igual a la cantidad de salmuera o concentrado que sale del sistema de osmosis inversa (5). Por ello, se concluye que la bomba de alta presión (1) suministra la misma cantidad de agua de alimentación que agua desalada produce el sistema de osmosis inversa (5).
Resumiendo, el caudal de agua que pasa por la bomba de alta presión (1) es igual al caudal de agua desalada (producto) y el caudal que pasa por la bomba "booster" (3) es igual al caudal de salmuera o concentrado que se drena (rechazo).
En esta figura 1 se ha representado el dispositivo de recuperación de energía o cámara isobárica con un solo cilindro (6). En la realidad, los dispositivos comerciales disponen de al menos dos cilindros, de forma que cuando uno de ellos está admitiendo agua de alimentación a baja presión, el otro está entregando agua de alimentación a alta presión. Asimismo, en la mayor parte de los dispositivos no existe el émbolo representado ya que la velocidad a la que se realiza el proceso minimiza la mezcla de agua concentrada y alimentación.
En la figura 2 se ha sustituido todo el conjunto del sistema de osmosis inversa (5) por una representación esquemática simplificada, sin embargo, la representación del sistema de cámaras isobáricas (6) se ha sustituido por la representación de uno de los sistemas comerciales más comúnmente utilizados, que obliga a la existencia de otros elementos, como la válvula representada en la línea de rechazo de salmuera (11 ). El dispositivo o cámara isobárica (6) representada en la figura 2 consta de tres partes: dos tapas y un cilindro central. El cilindro central rota constantemente, mientras las tapas son estáticas. El cilindro central está atravesado por numerosos conductos mientras que cada tapa dispone sólo de dos oquedades en forma de embudo, enfrentadas las de una tapa con las de la otra, de forma que, mientras rota el cilindro central, sus conductos pasan a unir las dos oquedades de las tapas enfrentadas. En el giro, durante cierto tiempo, algunos conductos pasan por las partes de las tapas en que no hay huecos. La posición del cilindro central, para cada uno de los huecos que dispone, suple la necesidad de existencia de válvulas. Teniendo en cuenta la forma de representación presentada en la figura 2, los conductos que se encuentran en la parte baja, unen los dos huecos inferiores de las tapas, por lo que en ellos se produce un flujo de agua en sentido de izquierda a derecha, entrando agua procedente del colector (26) de agua de alimentación, empujando a la que se encontraba en el conducto hacia el drenaje, conducto (25) de rechazo. Al girar el cilindro central, cuando estos conductos anteriores pasan por una zona que no enfrenta huecos el flujo se detiene. Posteriormente, al llegar a enfrentar los huecos superiores el flujo se invierte, pasando agua de derecha hacia izquierda, entrando agua concentrada procedente del sistema de osmosis inversa (5), conducto (22) forzando al agua bruta que se encontraba ocupando el conducto a salir por el conducto (23) hacia la bomba "booster" (3) de refuerzo de este sistema. Luego, se vuelve a detener el flujo, al no enfrentar ningún hueco. Para finalmente, volver a la primera disposición mencionada en que el agua de alimentación fuerza a la concentrada que se encuentra dentro del conducto a salir al drenaje por el conducto (25). Por lo tanto, se puede hablar de dos circuitos: uno el de la samuera y otro el de agua de alimentación. En ambos casos, hay una parte de agua a baja presión, representado por la parte inferior, y parte de agua a alta presión, representado por la parte superior, en el que no se produce mezclas entre la salmuera y el agua de alimentación. Esto es, en caso de que el cilindro central no rotara, por la parte inferior pasaría agua de alimentación desde el colector (26) hacia el conducto (25) de drenaje directamente, mientras que por la parte superior pasaría directamente agua concentrada desde el conducto (22) de la salida del sistema de osmosis inversa (5) hacia la bomba "booster" (3). La velocidad de circulación del fluido por la parte inferior se regula con una válvula (1 1 ), mientras que la velocidad del fluido por la parte superior se regula con el variador de velocidad de la bomba "booster" (3). La forma que se le ha dado a los embudos de las tapas de la cámara
(6) hace que el fluido entre y salga del cilindro central con un flujo semi- radial, o sea, con cierta tangencia respecto al eje del cilindro, imprimiéndole el giro adecuado para que se produzca el intercambio de fluidos y sus condiciones (caudales y presiones).
En la figura 3, se han representado dos sistemas de osmosis inversa en dos etapas, donde la segunda etapa (15) de osmosis se alimenta con el concentrado o salmuera de la primera etapa (5). De manera más concreta, la desaladora inversa que está representada en la figura 3 incluye dos etapas de desalación por osmosis conectadas en serie. El procedimiento de desalación comienza cuando un colector (17) de agua de alimentación suministra agua salada a través de una tubería (18) y con la ayuda de una bomba de alta presión (1 ), la cual funciona con ayuda de un motor de accionamiento (2), a una primera etapa (5) de osmosis inversa a través de una válvula (16) y un conducto (19). La salmuera procedente de la primera etapa (5) es canalizada por un conducto (20) y se aumenta de presión con la ayuda de una bomba tipo "booster" (13) la cual suministra el caudal y presión de salmuera a través de una conducción (21) a la segunda etapa (15). El agua desalada procedente de la primera (5) y la segunda etapa (15) de desalación es mezclada y conducida a una salida a través de un colector (29) . Por otro lado, el colector (17) también suministra agua salada a baja presión a través de una conducción (26) a un sistema de cámara isobárica (6) a la cual también llega la salmuera procedente de la segunda etapa (15) de osmosis inversa a través de una conducción (22). Esta salmuera llega con una presión mayor que el agua de alimentación. La cámara (6) incluye una salida a alta presión que conecta con la tubería (23) la cual conduce el agua de alimentación una vez que se ha transferido la presión de la salmuera al agua de alimentación. Por otro lado, la salida a baja presión de la cámara (6) empalma con la ayuda de una válvula (1 1) con una tubería (25) que conduce el rechazo o salmuera procedente de las dos etapas de desalación una vez que ha perdido la presión dentro de la cámara (6).
A la salida de la cámara isobárica (6) se incluye una válvula descarga (12) de alimentación por el que transita el agua salada de alimentación a alta presión y es conducida a través de una conducción (24) y mezclada con el agua salada procedente de la bomba de alta presión (1 ) que es conducida a través de una conducción (19) en un único conducto (30) y conducida a la entrada primera etapa (5) de osmosis inversa.
Con este esquema se mejora el funcionamiento del sistema de osmosis inversa en dos etapas (5, 15) pues al insertar una bomba "booster" (13) entre ambas etapas (5, 15) resulta innecesario añadir la bomba "booster" de apoyo al sistema de cámaras isobáricas (6) ya que la bomba "booster" (13) puede realizar ambas misiones: por una parte, mejorar el funcionamiento del sistema de osmosis inversa y, por otra, regular el caudal y la presión de funcionamiento del circuito de alta presión del sistema de cámaras isobáricas (6).
Si bien, ambas misiones no se pueden desempeñar de forma óptima simultáneamente. Esta bomba "booster" (13) tendrá que desempeñar con prioridad la segunda misión, regular el caudal y la presión del circuito de alta presión del sistema de cámaras isobáricas. De esta forma, el funcionamiento del sistema de osmosis inversa es mejor que sin una bomba "booster" (13) pero no es óptimo.
Con objeto de disponer de una mayor capacidad de regulación, pudiendo utilizar la bomba "booster" (13) para optimizar el funcionamiento del sistema de osmosis inversa, se coloca una válvula a la descarga (12) de agua de alimentación a presión del sistema de cámaras isobáricas. Además, esta válvula (12) es conveniente para la puesta en servicio del sistema.
En la figura 4, que es otra de las representaciones del objeto de la invención, se ha representado también un sistema de osmosis inversa en dos etapas (5, 15) con la diferencia de que la descarga de agua de alimentación a alta presión del sistema de cámaras isobáricas (6) conecta con la alimentación de la segunda etapa (15) del sistema de osmosis inversa. De manera más concreta, la figura 4 muestra el procedimiento de desalación de un sistema de dos etapas de osmosis inversa en serie en el que un colector (17) de agua de alimentación suministra agua salada a través de un conducto (18). Con la ayuda de una bomba de alta presión (1) y su motor de accionamiento (2) y de una válvula (16) el agua de alimentación llega con la presión suficiente a una primera etapa (5) de osmosis. Una bomba tipo "booster" (13) ubicada a la salida de la primera etapa (5) aumenta la presión de la salmuera procedente de esta primera etapa (5) y suministra el caudal de dicha salmuera a la segunda etapa a través de un conducto (20). El agua desalada de la primera (5) y la segunda etapa (15) salen mezcladas en una única conducción (29).
Por otro lado una cámara isobárica (6) es alimentada por el agua salada de alimentación procedente del colector (17) a través de una canalización (26) así como la salmuera procedente de la segunda etapa (15) de osmosis inversa a través de una conducción (22). Esta cámara (6) consiste en un dos circuitos. El primer circuito incluye una entrada a baja presión que conecta con la conducción (26) que canaliza la entrada de agua salada de alimentación y una salida a alta presión que conecta con la tubería (23) que conduce el agua de alimentación. El otro circuito incluye una entrada a alta presión que empalma con la conducción (22) procedente de la salida de salmuera de la segunda etapa (15) y una salida a baja presión de la salmuera que empalma con la ayuda de una válvula (11 ) con una tubería (25) que conduce el rechazo o salmuera final.
El agua salada de alimentación a alta presión procedente de la salida de la cámara isobárica (6) es conducida a través de una conducción (23) a una bomba booster (14) que aumenta la presión del agua de alimentación desde la presión de la salida de la cámara isobárica (6) a la presión de entrada de la segunda etapa (15) de osmosis inversa. El agua de alimentación saliente de la bomba (14) es canalizada a través de una canalización (27) y mezclada con la salmuera del conducto (21) procedente de la primera etapa (5) en una única canalización (28) la cual alimenta a la segunda etapa (15) de osmosis inversa. A fin de conseguir una óptima mezcla, la presión de la salmuera en la canalización (21) debe ser igual que la del agua de alimentación presurizada de la canalización (27).
En este caso existen ambas bombas "booster" (13, 14), tanto la de alimentación de la segunda etapa (15) del sistema de osmosis inversa como la de apoyo al sistema de cámaras isobáricas (6) y en este caso no es necesaria la presencia de la válvula a la descarga de agua de alimentación a presión del sistema de cámaras isobáricas (6).
Aplicación industrial.
Esta invención es de aplicación industrial en sistemas de desalación y depuración de aguas, en especial agua salada procedente de mar.

Claims

Reivindicaciones.
1. Desaladora de osmosis inversa en dos etapas en serie consistente en un colector principal (17) de agua de mar, previamente tratada y filtrada, que conecta mediante el colector (18) con una bomba de alta presión (1) y su motor de accionamiento (2), a cuya salida se ubica una válvula (16) que a través de una conducción conecta con la primera etapa (5) de osmosis cuya salmuera es conducida por un colector (20) a una bomba tipo "booster" (13) la cual, con una conducción (21) conecta con la segunda etapa (15) de desalación de osmosis inversa, y un colector (29) de aguas desaladas procedentes de la primera (5) y segunda etapa (15), caracterizada porque el colector (22) de salida de la segunda etapa (15) de salmuera a alta presión conecta con la entrada de alta presión de la cámara isobárica (6) estando la entrada de baja presión de una cámara isobárica (6) conectada con el conducto (26) de entrada de agua de mar procedente del colector principal (17) estando la salida de alta presión de la cámara (6) conectada a través de una válvula (12) con un colector (24) y la salida de baja presión de la cámara (6) conecta con un tubo (25) de rechazo a través de una válvula (11) y porque confluyen en una sola canalización (30) el conducto (19) procedente de la salida de la bomba (1) y válvula (16) y el conducto (24) procedente de la salida de alta presión de la cámara isobárica (6) y válvula (12), siendo la canalización (30) la única entrada de la primera etapa (5).
2. Desaladora de osmosis inversa en dos etapas en serie consistente en un colector principal (17) de agua de mar, previamente tratada y filtrada, que conecta mediante un colector (18) con una bomba de alta presión (1) y su motor de accionamiento (2), a cuya salida se ubica una válvula (16) que a través de un colector (19) conecta con la primera etapa (5) de osmosis cuya salmuera es conducida por un colector (20) a una bomba tipo "booster" (13) y una segunda etapa (15) de desalación de osmosis inversa, y un colector (29) de aguas desaladas procedentes de la primera (5) y segunda etapa (15), caracterizada porque el conducto (22) de salida de la segunda etapa (15) de salmuera a alta presión conecta con la entrada de alta presión de una cámara isobárica (6) estando la entrada de baja presión de la cámara isobárica (6) conectada con el conducto (26) de entrada de agua de mar procedente del colector principal (17), la salida a alta presión de la cámara (6) conectada con un colector (23) a una segunda bomba tipo "booster" (14) y la salida de baja presión de la cámara (6) conectada con un tubo (25) de rechazo del proceso de desalación a través de una válvula (11) y porque la entrada de la segunda etapa (15) de osmosis consiste en una sola canalización (28) en la que confluyen el colector (21) procedente de la salida de la bomba (13) y la tubería (27) procedente de la salida de la bomba (14).
Procedimiento de desalación, especialmente de agua de mar, consistente en un colector (17) de agua mar que suministra agua salada a través de una tubería (18) y con la ayuda de una bomba de alta presión (1) y su motor de accionamiento (2) y una válvula (16) a una primera etapa (5) de osmosis de un sistema de dos etapas de osmosis inversa en serie donde la salmuera procedente de la primera etapa es canalizada por un conducto (20) y se aumenta de presión con la ayuda de una bomba tipo "booster" (13) la cual suministra el caudal y presión de salmuera a través de una conducción (21) a la segunda etapa (15) saliendo el agua desalada de la primera (5) y la segunda etapa (15) mezcladas en una única salida a través de un colector (29) y en el que el colector (17) también suministra agua de mar a través de un colector (26) a una cámara isobárica (6) caracterizada porque:
• la salmuera procedente de la segunda etapa (15) de osmosis inversa es conducida a través de una conducción (22) a un sistema de cámara isobárica (6) consistente en un circuito de agua de mar cuya entrada a baja presión conecta con un colector (26) canalizador de agua de mar y salida a alta presión conecta con un colector (23) de conducción del agua de mar y otro circuito de salmuera cuya entrada a alta presión empalma con la conducción (22) procedente de la salida de salmuera de la segunda etapa (15) y cuya salida a baja presión empalma con la ayuda de una válvula (11) con un colector (25) de rechazo, la salida del sistema de cámara isobárica (6) incluye una válvula de descarga (12) de alimentación por el que transita el agua de mar a alta presión y es conducida a través de un colector (24) y mezclada con el agua de mar procedente del colector (19) en un único conducto (30) que desemboca en la primera etapa (5) de osmosis inversa.
Procedimiento de desalación, especialmente de agua de mar, consistente en un colector (17) de agua de mar que suministra agua salada a través de un conducto (18) con la ayuda de una bomba de alta presión (1) y su motor de accionamiento (2) y de una válvula (16) a una primera etapa (5) de osmosis de un sistema de dos etapas de osmosis inversa en serie donde la salmuera procedente de la primera etapa (5) es conducida por un conducto (20) y aumentada de presión con la ayuda de una bomba tipo "booster" (13) a la segunda etapa (15) saliendo el agua desalada de la primera (5) y la segunda etapa (15) mezcladas en una única conducción (29) y en el que el colector (17) también suministra agua salada a una cámara isobárica (6) a través de una canalización (26) caracterizada porque:
• la salmuera procedente de la segunda etapa (15) de osmosis inversa es conducida a través de un colector (22) a un sistema de cámara isobárica (6) consistente en un circuito de agua de mar cuya entrada a baja presión conecta con un colector (26) de canalización de entrada de agua de mar y salida a alta presión conecta con un colector (23) y otro circuito de salmuera cuya entrada a alta presión empalma con el colector (22) procedente de la salida de salmuera de la segunda etapa (15) y salida a baja presión empalma con la ayuda de una válvula (11) con un colector (25) de rechazo,
el agua salada de alimentación a alta presión procedente de la salida del sistema de cámara isobárica (6) es conducida a través de un colector (23) a una bomba "booster" (14) que aumenta la presión del agua de alimentación desde la presión de la salida de la cámara isobárica (6) a la presión de entrada de la segunda etapa (15) de osmosis inversa siendo canalizada dicha agua a través de un colector (27),
y porque la salmuera procedente de la primera etapa (5) y canalizada por el conducto (21) se mezcla con el agua de mar canalizada por el conducto (27) en una única canalización (28) de alimentación de la segunda etapa (15) de osmosis inversa, siendo la presión de la salmuera en la canalización (21) igual que la del agua de alimentación presurizada de la canalización (27).
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