WO2023187230A1 - Sistema hidráulico y procedimiento de tratamiento de un fluido - Google Patents
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Abstract
Un sistema hidráulico (1) para el tratamiento de una corriente de un fluido caracterizado por que comprende una tubería (2) configurada para llevar el fluido a tratar en su interior que comprende una entrada y una salida; un generador de turbulencia (3), situado a continuación de la entrada de la tubería (2), configurado para incrementar el grado de turbulencia de un fluido que transcurre por la tubería (2); y un medio potenciador (4), situado en el exterior de la tubería (2) y a continuación del generador de turbulencia (3) en el sentido de flujo del fluido, configurado para sobreacelerar un fluido con un campo repulsivo de 10.000 a 20.000 Gauss.
Description
Sistema hidráulico y procedimiento de tratamiento de un fluido
Campo de la invención La presente invención se encuentra en el sector de equipos hidráulicos, específicamente en sistemas hidráulicos para el tratamiento para potenciar las propiedades fisicoquímicas de un fluido.
Estado de la técnica
Tradicionalmente, la modificación de las condiciones fisicoquímicas de un fluido ha representado uno de los principales intereses en el tratamiento de dichos fluidos, dando lugar a un fluido de mayor calidad y eficiencia para su uso posterior como, por ejemplo, la mejora de procesos como la filtración o la captación de minerales existentes en dicho fluido.
En la actualidad, la conciencia en el desarrollo sostenible de los procesos se ha incrementado, como se puede apreciar en los 17 Objetivos de Desarrollo Sostenible para 2030, establecidos por la ONU en 2015. A modo de ejemplo, entre ellos se encuentra el Objetivo 6 - Garantizar la disponibilidad de agua y su gestión sostenible y el saneamiento para todos. En otras palabras, la tendencia actual en el desarrollo industrial es la búsqueda de procesos que optimicen las propiedades del agua existente, tanto a nivel de potabilidad como su gestión. A modo de ejemplo, sin ser una limitación a la hora de entender el tipo de agua, en la tabla 1 se muestran algunas características (densidad - p, conductividad - C, pH, y solidos totales disueltos - TDS) de diferentes tipos de aguas (destilada, potable o de grifo, salina, salobre y residual).
Tabla 1 . Características según tipos de aguas
Así, la existencia de aguas de pobre calidad, a nivel molecular y físico, para su uso posterior, supone un gran inconveniente en el desarrollo de aplicaciones con este tipo de aguas.
Existen por tanto numerosos procesos en la actualidad cuyo objetivo es la mejora de estas propiedades del agua. Entre dichos procesos, se encuentra el empleo de filtraciones o soluciones químicas para tratar aguas duras, capacitándolas para un uso posterior. De este modo, la modificación de las propiedades de un fluido se puede llevar a cabo mediante la entrada de otros compuestos en el sistema, que interactúen con la corriente del fluido, si bien estos procesos pueden resultar en el empleo de sustancias contaminantes al medio.
Alternativamente, existen también tratamientos basados en la dinámica de fluidos, magnetismo o electromagnetismo, que generan cambios fisicoquímicos en el agua.
De este modo, el documento US6143171A presenta un dispositivo para el tratamiento magnético de fluidos, donde el dispositivo presenta varios ¡manes permanentes enfrentados y un anillo intensificador magnéticamente permeable situado alrededor del exterior, estando posicionado el anillo en el punto que define la mediana de la columna de ¡manes. Así mismo, el documento EP0295463A2 señala un dispositivo para el tratamiento de agua donde los ¡manes permanentes presentan una forma de anillo en torno a la tubería del fluido generando un campo magnético permanente.
Por último, el documento US9902629B2 describe un dispositivo para el tratamiento magnético de fluidos que presenta una tubería con ¡manes, una pluralidad de anillos con aletas fijas de turbulencia distribuidas radialmente en el cuerpo tubular donde se encuentran los ¡manes. El empleo de aletas fijas en el interior del tratamiento magnético incrementa ligeramente la turbulencia en el flujo, lo que aumenta la precipitación de las incrustaciones presentes en el flujo.
Sin embargo, las soluciones actuales presentan múltiples limitaciones para los usuarios, tales como: a. El empleo de campos de atracción, b. La falta de capacidad para separar o combinar el tratamiento entre carga anódica y catódica en un mismo sistema en tiempo real,
c. Los cambios poco profundos, d. La modificación de las condiciones del fluido generada no es permanente, e. La falta de control y variación del grado de turbulencia del fluido en tiempo real
Los cambios profundos se pueden entender como aquella modificación de las propiedades del fluido que permiten mejorar significativamente su uso en múltiples aplicaciones. Las soluciones actuales no producen una modificación tal en las propiedades del fluido, lo que se traduce en una pérdida en la eficacia de los usos posteriores.
Por otro lado, la energía del punto cero es la energía más baja que un sistema físico mecano-cuántico puede poseer, y es la energía del estado fundamental del sistema.
La evidencia experimental más simple de la existencia de la energía del punto cero en la teoría cuántica de campos es el efecto Casimir, propuesto en 1948, donde se analizó el campo electromagnético cuantizado entre dos placas metálicas paralelas sin carga eléctrica. Una pequeña fuerza puede medirse entre las placas, que es directamente atribuidle a un cambio en la energía del punto cero del campo electromagnético entre las placas.
Existe, por tanto, una necesidad de una solución que permita la mejora en los equipos y procesos de tratamiento de fluidos.
Descripción de la invención
Por este motivo, se presenta un procedimiento y sistema hidráulico para el tratamiento y mejora de las propiedades de fluidos, tales como agua con o sin partículas disueltas. Es decir, la presente invención transforma un fluido de baja calidad para usos posteriores en un fluido de mayor calidad y eficiencia.
Mediante este sistema, no solo se logra mejorar las condiciones de una corriente de un fluido inicial, sino que este cambio se realiza, a diferencia con el estado de la técnica, de manera permanente en parámetros fundamentales del fluido como absorción de rayos UV, la solubilidad, la densidad, la viscosidad, la tensión superficial, la conductividad eléctrica, el pH, etc.
A su vez, se incrementa la carga electrostática de la molécula de agua y de los minerales presentes en esta debido al campo repulsivo, a diferencia con los campos magnéticos atractivos descritos en el estado de la técnica actual, al cual se expone el fluido, lo que se traduce en un incremento de la eficiencia de la transferencia energética del agua a otros sistemas.
En un primer aspecto, la presente invención se refiere a un procedimiento para tratar un fluido, preferentemente agua (destilada, potable o de grifo, salina, salobre, residual, etc.), para la mejora de sus propiedades fisicoquímicas.
Este procedimiento contempla una primera etapa de adecuación de la corriente del fluido. Para ello, una corriente inicial atraviesa un generador de turbulencia. Gracias al generador de turbulencia previo al medio potenciador, se disminuye la tensión superficial e incrementa la disolución de minerales y/o materia orgánica en el fluido. A su vez, en el generador de turbulencia, se crean remolinos en el flujo, y micro y nanoburbujas lo cual causa una mayor oxigenación aumentando el nivel de oxígeno disuelto del fluido.
A continuación, la corriente del fluido se introduce en un medio potenciador configurado para la sobreaceleración de la corriente. Para realizar esta sobreaceleración, el medio potenciador emplea campos, preferiblemente magnéticos, repulsivos de al menos 10.000 Gauss y máximo 20.000 Gauss.
A diferencia con otras soluciones conocidas en el estado de la técnica, la incidencia del tratamiento magnético posterior se ve favorecida por el empleo de un generador de turbulencia previo.
El resultado de este tratamiento magnético es un fluido tratado con propiedades modificadas de manera permanente. Comparando el fluido de entrada inicial con el fluido tratado, la presente invención logra cambios suficientemente profundos en la corriente del fluido:
- Aumento del número de clústeres de agua pequeños al incrementar el número de enlaces de hidrógeno en las agrupaciones moleculares de H2O
- Aumento de la solubilidad del fluido (una mayor hidratación de los iones y coloides presentes en el fluido)
Disminución de la densidad del fluido
Disminución de la viscosidad
Modificación del pH según el interés del usuario
- Aumento de la carga eléctrica (en agua destilada)
- Aumento del potencial de absorción UV de baja frecuencia (200-240nm) (en agua destilada)
Este procedimiento se lleva a cabo en un sistema hidráulico.
Dicho sistema hidráulico comprende una tubería con una entrada y una salida por la que se hace fluir el fluido a tratar. Inicialmente, el fluido se hace pasar por un generador de turbulencia. Este generador de turbulencia está configurado para incrementar el grado de turbulencia del fluido tratado de manera variable. En una realización preferente, el generador de turbulencia está comprendido por un conjunto de válvulas regulables, las cuales, de manera adicional al control del proceso, son responsables del incremento de la turbulencia del fluido a tratar.
En una realización aún más preferente, dichas válvulas presentan una regulación gradual, lo que permite variar las condiciones del fluido a tratar con un mismo equipo. Estas válvulas, preferiblemente electroválvulas, pueden estar complementadas, por otro medio para la generación de turbulencias, tales como variaciones de la configuración de la tubería que transporta al fluido, como por ejemplo la modificación del diámetro de la tubería, la curvatura, entre otras.
A diferencia de otras soluciones presentes en el estado de la técnica, la configuración del generador de turbulencia genera una turbulencia significativa, al cubrir el diámetro interno de la tubería por la que se hace pasar al fluido, de manera completa, e interaccionar con todo el fluido.
La salida de este generador de turbulencia presenta una forma cónica, reduciendo el diámetro de paso del generador de turbulencia y adecuando la velocidad del fluido para un tratamiento posterior en un medio potenciador. De manera preferente, la reducción del diámetro puede ser desde un diámetro inicial de 1 ,9-20 cm, a un diámetro de entrada en el medio potenciador de 1-8 cm.
A diferencia de otras soluciones presentes en el estado de la técnica, el medio potenciador está configurado para sobreacelerar el fluido mediante un campo repulsivo, preferentemente magnético, en un intervalo de 10.000 G a 20.000 G, donde las líneas de flujo magnético forman un conjunto polifónico dentro de la tubería a través de la cual se hacen pasar los fluidos. La formación de un conjunto polifónico implica que las líneas de flujo magnético se esparcen en múltiples direcciones.
En una realización, el medio potenciador comprende un set de ¡manes permanentes posicionados perpendicularmente apuntando las líneas de flujo en diferentes direcciones, formando el conjunto polifónico. De esta manera, el medio potenciador está configurado para que el fluido esté siendo afectado por las fuerzas magnéticas en múltiples ángulos.
La configuración de los sets de ¡manes se lleva a cabo en un tramo de tubería preferentemente rectilíneo. Es decir, el paso del fluido a lo largo del medio potenciador se realiza de forma lineal, sin ninguna desviación, por el tubo interior quedando expuesto al campo creado por los ¡manes permanentes situados en el exterior de la tubería, de una fuerza mínima de 10.000 G y máxima 20.000 G.
El resultado del paso del fluido a través de este medio potenciador, una vez incrementado su turbulencia, es la modificación de la estructura molecular y energética de dicho fluido. Además, el campo repulsivo, preferiblemente magnético, generado en el medio potenciador puede ser positivo o negativo, lo que permite ionizar el agua tratada con carga iónica catódica, anódica o ambas, en función de la realización elegida para ello.
La configuración de los ¡manes empleados en el medio potenciador puede estar definidas en unidades de energía. De este modo, la sobreaceleración del fluido se logra en un medio potenciador que comprende al menos una unidad de energía, donde cada unidad de energía comprende:
- Un primer y un segundo set de ¡manes permanentes, o medios equivalentes, configurados para acelerar el fluido; y
- Una zona intermedia, situada entre el primer y segundo set de ¡manes, configurada para desacelerar el fluido al carecer de medios para acelerar dicho fluido.
La diferencia de aceleración del fluido entre el primer y segundo set de ¡manes y la zona intermedia logra la sobreaceleración del fluido, y es, este cambio brusco de aceleración, un causante de la liberación de energía en el fluido.
El medio potenciador puede comprender varias unidades de energía. De este modo, entre cada unidad de energía puede existir una zona adicional de desaceleración o ajuste del fluido.
El tratamiento de un fluido con un medio potenciador que comprende varias unidades de energía permite, además, ajustar y exponer al fluido durante más tiempo a la interacción con el flujo magnético, incrementando la incidencia en la hidratación de los iones presentes en el fluido en comparación con un tratamiento con una única unidad de energía.
Adicionalmente, en una realización preferente el presente sistema comprende un sistema de control compuesto, preferentemente, por una pluralidad de electroválvulas, que actúan como elemento de control y generador de turbulencia, sensores de presión, caudalímetros, etc. De manera opcional, el sistema también puede comprender adicionalmente una vía de segundad, configurada para unir la entrada y la salida del sistema en caso de avería en alguno de los elementos que comprenden el sistema hidráulico.
A consecuencia del tratamiento realizado por el presente sistema hidráulico, se modifica las propiedades del agua, logrando la ionización del agua y la polarización de las partículas presentes en ella.
El resultado del tratamiento del agua en la unidad de energía es un cambio en el ángulo de los enlaces del hidrogeno de la molécula H2O, creándose una mayor cantidad de enlaces de hidrogeno fuertes y reduciéndose los enlaces débiles en las agrupaciones de las moléculas de H2O, generando una mayor cantidad de clústeres de H2O pequeños.
La generación de una mayor cantidad de clústeres de H2O pequeños libera energía y habilita una conductividad eléctrica más elevada. Es decir, el fluido tiende a cargarse significativamente al ser expuesto a la energía generada por el campo repulsivo.
A diferencia de otras soluciones conocidas en el estado de la técnica, se logra una transformación de los ángulos de los enlaces de hidrógeno en la molécula del agua de manera permanente, lo que repercute directamente en la corriente del fluido logrando potenciar la solubilidad, la viscosidad, la densidad, la carga electrostática del agua, y la capacidad de absorción de rayos UV de baja frecuencia sin la necesidad de elementos químicos externos. Por tanto, la presente invención logra cambios suficientemente profundos en una corriente del agua, al producir:
• un aumento de la solubilidad del fluido;
• la disminución de la densidad del fluido sin calentar el fluido);
• la disminución de la viscosidad;
• una modificación del pH, incrementando o disminuyendo según lo requerido por la aplicación posterior;
• el aumento de la carga electrostática (conductividad eléctrica) del agua destilada, de forma permanente; y
• el aumento del pico de absorción de rayos UV de baja frecuencia (200- 230nm).
La modificación de estas propiedades del agua supone una innovación en el agua empleada, por ejemplo, para el riego. De este modo, se genera una importante restructuración de los suelos agrícolas, con el consiguiente ahorro en los recursos hídricos en la agricultura. Por ejemplo, el agua resultante del presente procedimiento, con una menor densidad y viscosidad, presenta una mayor capacidad de penetración en el suelo, lo que genera un ambiente favorable para los microorganismos y la actividad radicular de las plantas. El incremento de energía del agua tratada genera una mayor actividad microbiológica en el suelo al estimular los microorganismos, favoreciendo la movilidad de nutrientes, la retención de agua y la estructura del suelo. Gracias al tratamiento de la presente invención, se logra reducir el consumo de agua, así como las dosis empleadas en fertilizantes y pesticidas, a la vez que se adelanta y se aumenta la producción de las cosechas y tamaños de los frutos. A su vez, estos procesos realizados por las plantas están encargados de regular la actividad fotosintética, la clorofila y la emisión de biofotones en las hojas.
Debido al empleo del fluido tratado según la presente invención, se logra una modificación de la textura que se produce en los suelos, disminuyendo la fracción arcilla
y aumentando la fracción limo, lo que reduce de forma significativa la densidad aparente. Por tanto, la presente invención resulta de gran interés para recuperar o mejorar suelos pesados con alto contenido en arcilla, lo que dificulta cualquier manejo agronómico.
En otras palabras, mediante el empleo de un fluido tratado mediante este proceso se favorece un aumento constante de la captación del CO2 a través de los cultivos agrícolas (incremento de clorofila A y B en hoja de hasta un 18%) y el aumento de la acumulación de carbono orgánico en el suelo. Al incrementar el secuestro de carbono recalcitrante en los suelos en cantidades significativas se mejora el crecimiento de las plantas y el mantenimiento de los suelos y los acuíferos.
Por otro lado, al mejorar las propiedades físicas del agua, se aumenta la eficacia y rentabilidad de otros procesos industriales, tales como las filtraciones actualmente utilizadas para desalación, tratamiento de aguas residuales y de aguas industriales entre otros.
Por tanto, la presente invención para el tratamiento y mejora de fluidos es capaz de modificar la estructura de dicho fluido, tanto a nivel del medio principal, por ejemplo, el agua, como la estructura molecular de otros elementos minerales presentes en dicho fluido, generando una carga eléctrica que aumenta la hidratación de iones y coloides y a su vez estimula los procesos biológicos en los cuales el agua forme parte.
Por tanto, a diferencia con el estado de la técnica conocido, la presente invención logra un cambio profundo y permanente de las condiciones del fluido tratado, que permite mejorar los procesos de tratamiento actuales de fluidos mejorando, de manera conjunta, todos los procesos relativos a la economía circular del agua.
En las figuras, se muestran los siguientes elementos:
1. Sistema hidráulico
2. Tubería
3. Generador de turbulencias
4. Medio potenciador
5. Válvulas
6. Salida cónica
7. Unidad de energía
8. Primer set de ¡manes
8’. Segundo set de ¡manes
9. Zona intermedia
10. Zona de ajuste
11. Primera vía de tratamiento
1T. Segunda vía de tratamiento
12. Sistema de control
13. Vía de seguridad
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus vahantes no pretenden excluir otras características técnicas, componentes o pasos. Además, la palabra "comprende" incluye el caso "consiste en". Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.
Breve descripción de los dibujos
La Figura 1 muestra una realización de un sistema hidráulico con una vía de tratamiento con un medio potenciador de una unidad de energía.
La Figura 2 muestra una realización de un sistema hidráulico con dos vías de tratamiento con un medio potenciador de una y dos unidades de energía, respectivamente.
La Figura 3 muestra una realización de una unidad de energía de dos sets de ¡manes permanentes.
La Figura 4 muestra una comparación en el espectro UV de la absorbancia de agua destilada tratada según la presente invención.
La Figura 5 muestra un espectro UV de la diferencia de absorbancia de agua destilada tratada respecto al control tras el paso de un año y medio del tratamiento.
Descripción detallada de la invención
La Figura 1 muestra una realización de un sistema hidráulico (1) con una vía de tratamiento con un medio potenciador (4) de una unidad de energía (7).
En esta Figura 1 , se pueden apreciar las diferentes partes del sistema hidráulico (1). En primer lugar, se aprecia una tubería (2) por la que se hace pasar el fluido. La tubería (2) presenta un diámetro de entrada entre 1 ,9 - 20 cm, en función del caudal a tratar. Así, de manera preferente, la tubería (2) está configurada para hacer pasar una corriente con un caudal de fluido en un intervalo de 3-140 m3/h y una presión entre 1-20 atm. En una realización aún más preferente, el caudal del fluido se encuentra entre 3-70m3/h y una presión entre 4-8 atm. A nivel industrial, estas condiciones de entrada se pueden alcanzar con ayuda de un sistema de bombeo previo a este sistema.
En una realización preferente, el fluido a tratar es un medio acuoso con partículas disueltas, si bien podría emplearse para el tratamiento de otros tipos de medio.
Así, el fluido, preferentemente agua, se hace pasar, inicialmente, por un generador de turbulencia (3). Dicho generador de turbulencia (3) está configurado para incrementar la turbulencia de la corriente del fluido, aumentando el nivel de oxígeno disuelto en el fluido y colaborando en el efecto posterior del campo repulsivo en el fluido a tratar.
A diferencia de un flujo en régimen laminar, donde existe una capa de asilamiento a los bordes del fluido dificultando la transferencia de energía dentro del fluido, en un flujo turbulento dicha capa de aislamiento se rompe y se generan remolinos grandes y pequeños dentro del fluido los cuales causan que la energía se transfiera e incremente fácilmente a través de todo el fluido. Es decir, la turbulencia generada en el fluido, de manera previa al tratamiento, puede potenciar la transferencia de energía en dicho fluido.
Debido a la mayor facilidad de transferencia de energía obtenida en el fluido una vez atravesado el generador de turbulencia (3), la incidencia sobre el fluido de la energía repulsiva del medio potenciador (4) se ve incrementada, obteniéndose un cambio más profundo en las características fisicoquímicas del fluido. Por ejemplo, la solubilidad de la mineralización en el fluido se ve modificada en función del nivel de turbulencia
generada antes del medio potenciador. Al mismo tiempo cuanta más turbulencia exista en el fluido, más alto es el nivel de oxígeno disuelto en el fluido^
En una realización preferente, el generador de turbulencia (3) comprende válvulas (5) regulables de manera gradual, preferentemente electroválvulas. Además de su función de regulación del caudal, las válvulas (5) regulables pueden permitir el control de las condiciones del fluido, logrando una mayor o menor turbulencia en el fluido que atraviesa este elemento del sistema, dotando al sistema hidráulico (1) de una variabilidad de las condiciones según interese al usuario.
Entre la multitud de válvulas (5) aceptables para el control del flujo de un fluido, son especialmente recomendables el uso de válvulas del tipo mariposa, de bola, o válvulas equivalentes. La capacidad de apertura gradual de estos tipos de válvula (5) permite controlar la generación de turbulencias y micro/nano burbujas en la corriente de fluido tratado.
Ahora bien, la obtención de estas condiciones, en sistemas estáticos, puede llevarse a cabo por modificaciones de la sección interna de la propia tubería (2). Estas modificaciones pueden complementar o sustituir a las válvulas (5), si bien resulta más recomendable la realización donde complementan la función de las válvulas (5) regulables al proporcionar una mayor variabilidad al sistema hidráulico (1), frente a soluciones de sistemas estáticos. A diferencia de otras soluciones presentes en el estado de la técnica, la configuración del generador de turbulencia genera una turbulencia significativa, al cubrir el diámetro interno de la tubería por la que se hace pasar al fluido en su totalidad, interaccionando con todo el fluido.
En una realización preferente, el generador de turbulencias (3) presenta una salida cónica (6), ajustando la velocidad de entrada en el medio potenciador (4) en un intervalo de 1-18 m/s. De este modo, la corriente de fluido, con alta turbulencia y oxigenada, se introduce en el medio potenciador (4).
Dicho medio potenciador (4) es un medio que presenta un campo repulsivo, preferentemente magnético, de al menos 10.000 Gauss y un máximo de 20.000 Gauss. Este medio potenciador (4) está configurado para sobreacelerar el fluido a tratar al aplicar campos de energía, preferentemente magnética, repulsiva al mismo generando
un cambio profundo en las propiedades fisicoquímicas de la corriente del fluido que atraviesa el sistema hidráulico (1).
La Figura 2 muestra un diagrama de flujo de un sistema hidráulico (1) con dos vías de tratamiento.
Tal y como se muestra en la figura, cada vía de tratamiento dispone de un generador de turbulencia (3), si bien el sistema hidráulico (1) podría estar configurado con un generador de turbulencia (3) común para ambas vías. A pesar de esta posibilidad, nuevamente es recomendable la presencia de un generador de turbulencia (3) individual en cada vía de tratamiento, al dotar al sistema hidráulico (1) de mayor flexibilidad a la hora de manipular las condiciones del fluido resultante.
Tal y como se comentaba anteriormente, la entrada al medio potenciador (4) se lleva a cabo tras el ajuste de la corriente fluida. El diámetro de entrada al medio potenciador (4) es preferiblemente de 1 a 8 cm. En una realización preferente, el fluido es acelerado por una salida cónica (6), que permite alcanzar una velocidad de 1 a 18 m/s. En este sentido, la salida del medio potenciador (4) es recomendable que presente un diámetro similar al empleado en el generador de turbulencia (3), previamente a la salida cónica (6), lo que permite reducir la pérdida de carga en el fluido.
En una realización preferente, los campos de energía repulsiva empleados en el medio potenciador (4) pueden generarse mediante un set de ¡manes permanentes, dispuestos en torno a la tubería (2) por donde pasa el fluido. Estos sets de ¡manes pueden conformar a su vez unidades de energía (7).
Por tanto, el medio potenciador (4) puede comprender al menos una unidad de energía (7). En una realización preferente, el medio potenciador (4) presenta una longitud de 35cm, si bien esta longitud puede ser modificada en función de la configuración final del medio potenciador (4) empleado. La disposición de los ¡manes permanentes de la unidad de energía (7) se lleva a cabo mediante un primer y un segundo set de ¡manes (8, 8’), separados por una zona intermedia (9), carente de ¡manes.
En una realización preferente el presente sistema comprende un sistema de control compuesto, preferentemente, por una pluralidad de electroválvulas, que actúan como
elemento de control y generador de turbulencia, sensores de presión, caudalímetros, etc. De manera opcional, el sistema también puede comprender adicionalmente una vía de seguridad (13), configurada para unir la entrada y la salida del sistema en caso de avería en alguno de los elementos que comprenden el sistema hidráulico.
En la Figura 3, se muestra una realización de una unidad de energía (7) que comprende dos sets de ¡manes permanentes (8, 8’). El primer set de ¡manes (8) está compuesto por un par de ¡manes permanentes enfrentados el uno al otro con el mismo polo expuesto hacia el otro imán opuesto para generar un campo repulsivo (N-N o S-S) situados coaxialmente a la tubería del medio potenciador (4) que transporta el fluido a tratar, de menor diámetro a la tubería (2) de entrada, abarcando dos arcos de la sección de dicha tubería.
Por su parte, el segundo set de ¡manes (8’) comprende nuevamente un par de ¡manes, coaxiales a la tubería del medio potenciador (4), enfrentados, en esta ocasión, en la dirección perpendicular a la dirección del primer set de ¡manes (8) con el mismo polo expuesto hacia el otro imán opuesto para generar un campo repulsivo.
De esa forma, la variación en la dirección del flujo magnético permite una mayor modificación en el fluido. Las líneas de flujo magnético tienen una trayectoria que se amplía hacía direcciones especificas abarcando una zona limitada. Para asegurar que las líneas de flujo magnético se esparzan en múltiples direcciones los ¡manes se posicionan con el objetivo de abarcar el máximo espacio posible por el cual el fluido podrá exponerse. De esta manera el fluido está siendo afectado por las fuerzas magnéticas en una pluralidad de ángulos asegurando su incidencia en todo el fluido, así como en los iones y coloides presentes en el fluido.
Opcionalmente, cada set de ¡manes permanentes (8, 8’) se encuentra encerrado en una carcasa cilindrica no magnética, por ejemplo, de acero inoxidable, que los mantiene en la formación axial a la tubería del medio potenciador (4). Los ¡manes permanentes se colocan en el interior de la carcasa metálica, preferiblemente de manera fija en torno a la tubería del medio potenciador (4) por la que fluye el fluido. De este modo, esta configuración permite el empleo de ¡manes sin exponerlos directamente al fluido, manteniéndose secos, así como complementarlos con medios amplificadores del campo repulsivo.
Por su parte, la zona intermedia (9) está configurada para la desaceleración del fluido. Se trata de una zona de desaceleración del fluido, necesaria para generar la sobreaceleración del fluido. Al presentar ese cambio de aceleración en el fluido, se genera una carga energética mayor ya que el fluido se ve más agitado y ayuda a generar un campo de energía más potente, que permite la modificación de las características del fluido a tratar.
En una realización con dos vías, como la representada en la Figura 2, se puede modificar el tratamiento de cada una de las vías de manera individual. En este tipo de configuraciones se puede presentar una primera vía de tratamiento (11) donde el medio potenciador (4) presenta una unidad de energía (7) con carga diferente a la segunda vía (11 ’). Es decir, se puede emplear una carga catódica en el medio potenciador (4) de la primera vía de tratamiento (11) y una carga anódica en el medio potenciador (4) de la segunda vía de tratamiento (11’). Al presentar una salida común para ambos tratamientos, se incrementa el grado de posibilidades de condiciones del fluido resultante tras el tratamiento. Es recomendable, por tanto, el empleo de un sistema hidráulico (1) con vahas vías (11 , 11 ’), al permitir una mayor flexibilidad y variabilidad en los resultados del tratamiento.
En una realización preferente, el sistema hidráulico (1) comprende un número par de vías de tratamiento (11 , 11’), donde cada vía comprende un medio potenciador con al menos una unidad de energía (7), y más preferentemente, 2 o 4 vías de tratamiento. De esta forma, se puede configurar un tratamiento con carga iónica variable; ya que cada medio potenciador puede estar configurado con un tipo de carga catódica, anódica o, incluso, ambas, en aquellas soluciones con vahas unidades de energía en la vía. De este modo, la tubería (2) del sistema hidráulico (1) se divide en tantas vías de tratamiento como medios potenciadores (4) comprenda el sistema.
A su vez, cada una de las vías de tratamiento (11 , 11’) puede contener una o vahas unidades de energía (7) en el medio potenciador (4). El incremento del número de unidades de energía (7) determina un mayor o menor tiempo de tratamiento, así como la capacidad de ajustar el fluido, gracias a la zona de ajuste (10), entre una y otra unidad de energía (7).
Además, la presencia de una salida común a vahas vías de tratamiento (11 , 11 ’), permite ajustar las condiciones del fluido obtenido, al poder mezclar diferentes tratamientos definidos en cada una de las líneas.
Por otro lado, el fluido a tratar puede ser impulsado a través del sistema hidráulico (1) a un solo paso o en recirculación, en función de la aplicación en campo. En este sentido, el tratamiento de un fluido en recirculación puede llegar a efectuar una disolución de mineralización o materia orgánica mayor que a un solo paso. Además, la recirculación ayuda a generar más oxigenación en el fluido a tratar. Cuando se trata de precipitaciones minerales en tanques o balsas de riego, por ejemplo, la recirculación es preferente.
Los siguientes ejemplos sirven para ¡lustrar la invención y su práctica. Estos ejemplos no son limitaciones del alcance de la invención.
Ejemplo 1 : Propiedades físicas y químicas del agua
Se llevaron a cabo tres tratamientos a un fluido, específicamente agua destilada y agua de riego, empleando el sistema hidráulico (1) según lo descrito en la presente invención, donde cada uno de los sistemas presentaba una carga diferente:
T ratamiento Anódico (T 1 )
Tratamiento Anódico-Catódico o mixto (T2)
Tratamiento Catódico (T3)
-El sistema anódico (T1) consistió en un sistema hidráulico de una vía con un caudal de agua de 21m3/h, con un generador de turbulencia (3) formado por una válvula de mariposa, con control manual, cerrada parcialmente, en torno al 30% de la abertura máxima de la válvula, y una salida en forma cónica reduciendo el diámetro de la tubería de 5 cm a 1 ,9 cm; y un medio potenciador, con una longitud de 35 cm, con una unidad de energía con un primer y un segundo set de ¡manes permanentes de carga anódica.
- El sistema catódico consistió en un sistema hidráulico de una vía con un caudal de agua a 21 m3/h, un generador de turbulencia (3) formado por una válvula de mariposa, con control manual, cerrada parcialmente y una salida en forma cónica reduciendo el diámetro de la tubería de 5 cm a 1 ,9 cm; y un medio potenciador, con una longitud de 35 cm, con una unidad de energía con un primer y un segundo set de ¡manes permanentes de carga catódica.
- El sistema anódico-catódico consistió en un sistema hidráulico de dos vías con un caudal de agua a 42m3/h y una salida común a ambas vías, donde cada vía comprende un generador de turbulencia (3) formado por válvulas de mariposa, con control manual, cerradas parcialmente y una salida en forma cónica reduciendo el diámetro de la tubería de 5 cm a 1 ,9 cm; y un medio potenciador, con una longitud de 35 cm, con una unidad de energía con un primer y un segundo set de ¡manes permanentes, donde la unidad de energía de la primera vía presenta carga catódica y, la unidad de energía de la segunda vía presenta carga anódica.
En cada tratamiento, se recirculó el agua durante 20 minutos a 2 kg/cm3.
Una vez realizado el tratamiento de cada fluido, se tomaron muestras de cada uno de los tratamientos anteriores, y se compararon con una muestra control de agua destilada y de riego sin tratamiento, respectivamente.
Para la determinación de las características físicas del agua tratada se han empleado equipos tales como densímetros y viscosímetros. La determinación del pH, la conductividad eléctrica (CE) y la concentración de Na, Ca, Mg, K, NH4 +, NOT, POT3, SO4'2, Cl", HCOT, CO3'2, boro, Fe, Cu, Mn y Zn, se llevó a cabo siguiendo los protocolos establecidos en los métodos oficiales de análisis del Ministerio de Agricultura (1986). Para cada uno de ellos se prepararon las diluciones correspondientes, de forma que entraran en el rango de la curva patrón de cada análisis. Los resultados de estos análisis se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2. Determinaciones físico-químicas de agua destilada y agua de riego
- Densidad: La mayor densidad correspondió al tratamiento control, con un valor promedio de 0,994 g/cm3, luego se situó el tratamiento anódico (T1) con un valor de 0,990 g/cm3 y T2 con 0,989 g/cm3. El tratamiento que presentó una densidad significativamente más baja fue el catódico, con un valor de 0,986 g/cm3, estableciéndose una diferencia con respecto al control de 0,008 g/cm3 o, dicho de otra manera, el equivalente a 8 kg por cada 1000 litros. Esta reducción equivale a calentar el agua hasta 58-60 grados Celsius.
- Viscosidad: la mayor viscosidad correspondió al tratamiento control con 1 ,3 cP. En este caso, las viscosidades de los tratamientos catódico (T3) y mixto (T2) fueron parecidas, con valores de 1 ,23 y 1 ,24 respectivamente. Finalmente, el tratamiento anódico (T1) fue el que menor viscosidad mostró, con 1 ,14.
- pH: se aprecia la modificación del pH del fluido tratado. El efecto del tratamiento anódico (T1) sobre el pH de la solución fue acidificar ligeramente el medio, pasando de 5,34 del agua de riego sin tratamiento a 5, 15. Sin embargo, el tratamiento catódico lo volvió ligeramente más básico, con un valor de 5,66.
- Conductividad Eléctrica (CE): apenas se percibieron cambios respecto del valor de la muestra control, que fue 2,82 dS/m, incrementándose muy ligeramente a 2,83 dS/m en el anódico (T1) y 2,84 dS/m en el catódico (T3).
- Bicarbonatos: En relación con la concentración de bicarbonatos en el fluido sí se vio una reducción brusca, obteniéndose concentraciones que son la mitad en el caso del anódico y catódico, con valores de 6,10 ppm, frente al control, que registró 12,20 ppm.
A raíz de los casos estudiados de diferentes tipos de aguas se concluye que las concentraciones de los distintos elementos que transporta el agua no varían con el tratamiento. No se destruye o se quita ningún elemento, sino que se modifica su estructura, transformando los elementos minerales en nanopartículas, y se potencia su carga eléctrica a su paso.
Curva de solubilidad de calcio: tal y como se muestra en la Tabla 3, las concentraciones de calcio en disolución sobresaturada, son mucho mayores en el agua tratado con el tratamiento catódico (T3) frente al tratamiento control, es decir, existe una mayor
capacidad de disolución de precipitado de carbonato de calcio. Por tanto, la tecnología modifica la solubilidad del carbonato de calcio, incrementándola frente al control.
Tabla 3 Curva de solubilidad
Al igual que ocurre con el carbonato cálcico, también puede ser aumentada la capacidad de disolución de otros compuestos, como por ejemplo fertilizantes. De este modo, se lograría un mayor aprovechamiento de dichos fertilizantes y, por tanto, una mayor sostenibilidad en su uso agrícola.
Por otro lado, se observó que durante el ensayo se formó una gran costra de sales en el filtro de malla colocado a la salida del tanque de acumulación de la solución nutritiva donde se recirculaba a través de los equipos T1 , T2 y T3. Se realizó una determinación cualitativa y cuantitativa de la misma, encontrando que la costra estaba formada fundamentalmente por sales de calcio, magnesio, potasio y sodio en lo que se refiere a cationes y de cloruros en lo que respecta a aniones.
En el cartucho colocado en el Control no se encontró costra alguna, por lo que la presente invención modifica la estructura de los minerales que transporta el agua potenciando su carga eléctrica que hace que parte de ellos se queden atrapados en las cargas negativas del propio cartucho.
Ejemplo 2: Análisis de la estructura molecular del agua, absorción UV, y conductividad en agua destilada
El análisis de características de agua destilada tratada fue realizado con distintas configuraciones de la tecnología actual como espectroscopia NIR, UV, y la conductividad con un conductímetro. De manera similar al ejemplo 1 , se trató el agua destilada con un tratamiento anódico (T1), mixto (T2) y catódico (T3).
- En base a la técnica especializada en el estudio del agua, la espectrometría NIR se utilizó para analizar las bandas de absorción del fluido, las cuales determinan las estructuras de las agrupaciones moleculares del H2O. Se observa una disminución de las bandas de estiramiento (1 ,3), y de los grupos de OH en aguas con tratamiento, junto con un aumento de los enlaces H y de los pequeños grupos de agua (dímeros, trímeros, tetrámeros, BANDAS 7-9,10,11). La vibración del tramo O-H (v1 , v3, BANDAS 1 y 3) se reduce y el número de ondas aumenta a medida que más grupos de agua se unen por enlaces de hidrógeno a su átomo de oxígeno. Aumentan los grupos de agua pequeños en el tratamiento a causa el aumento del número de enlaces de hidrógeno.
Por tanto, la presente invención aumenta las moléculas de agua con enlaces de hidrógeno fuertes a expensas de las especies libres o con enlaces de hidrógeno débiles.
- Por otro lado, el agua destilada sometida al tratamiento catódico y al anódico- catódico fue analizada con espectroscopia UV para determinar los picos de absorción de luz (Fig. 4). En esta Figura 4, se aprecia la absorbancia (A) de un tratamiento mixto (T2) y un tratamiento catódico (T3) frente a un tratamiento de control con agua miliQ (Control). Se observa cómo tanto el tratamiento mixto como el catódico presenta una curva de absorbancia parecida, ligeramente inferior para el caso del tratamiento catódico (T3), difiriendo en ambos casos de la curva obtenida para el control. Para mayor facilidad, se muestra la diferencia en el valor obtenido (Diff T3 - T2) entre el valor catódico (T3) y el mixto (T2), donde existe un ligero pico en torno a 230nm. Se determinó que el agua con los tratamientos según la presente invención muestra un aumento de absorción en frecuencias bajas entre 200nm y 240nm en comparación al control (Diff T2 - Control).
A su vez, es importante resaltar que los cambios de las condiciones del agua son duraderos en el tiempo. La diferencia del espectro UV, respecto al control, de agua destilada resultante tras el paso de un año y medio del tratamiento se muestra en la Figura 5. Después de 1 ,5 años del tratamiento realizado, la muestra del tratamiento mixto, anódico-catódico, (T2) mantiene el incremento de absorción de luz UV respecto al control.
- Usando un conductímetro se midió la conductividad eléctrica del agua destilada una vez que se han realizado los tratamientos Anódico (T1) y mixto (T2) frente al control. Los resultados se muestran en la Tabla 4.
Tabla 4. Conductividad eléctrica de tratamiento anódico (T1) y mixto (T2)
Tal y como se aprecia en la Tabla 3, los tratamientos realizados según la presente invención logran incrementar sustancialmente la conductividad eléctrica de la corriente de fluido. En un primer lugar, el tratamiento anódico (T1) logra un incremento del 80%, siendo superado por el tratamiento mixto (T2), donde se alcanza un incremento del 140%.
Ejemplo 3: Agua Residual
Se realizaron también estudios con agua residual en depuradora urbana. Las condiciones del agua residual, obtenida de un tanque terciario de una depuradora urbana, en un estado inicial previo al tratamiento, fue medida usando el instrumento “Multimetro Crison MM40” in situ, así como la demanda de oxígeno (DBO y DQO).
Se instaló un sistema hidráulico (1) con una vía de tratamiento con un medio potenciador (4) anódico, con una longitud de 35 cm, de acuerdo a lo descrito en la presente invención, en el depósito secundario de 10 m3, en recirculación, con una bomba de inmersión de 5 m3/h. Este depósito tiene a su vez una bomba que se encarga de relanzar el agua al tanque primario y que funciona programada durante 8 horas al día.
Después de 7 días de tratamiento, se observó una precipitación total de la materia orgánica en el tanque secundario y la eliminación total del mal olor. Además, se tomó una muestra del tanque terciario para medir los mismos parámetros señalados anteriormente, obteniéndose los resultados de la Tabla 5.
Se apreció, por tanto, un cambio favorable de las características del fluido tratado, presentando una gran reducción de los sólidos totales disueltos y la demanda de oxígeno (biológica como química), que permite a la presente solución actuar como complemento en los procesos actuales de tratamiento de aguas residuales.
Tabla 5: Comparación de agua residual pre- y postratamiento
Ejemplo 4: Diferencia entre Corriente con Alta y Baja Turbulencia
En un banco de pruebas se llenó un depósito de 2.000 litros de agua potable y se instaló una bomba centrífuga para recircular el agua del depósito pasando a través de la invención. El sistema hidráulico instalado consistió en una vía de tratamiento con un medio potenciador (4) con una unidad de energía (7) de carga anódica y un generador de turbulencia (3) previo al medio potenciador (4), que comprendía una electroválvula regulable.
Caso alta turbulencia: se hizo fluir el agua sin tratar a través de la vía de tratamiento anódico. Además, se cerró en torno al 66% de la abertura máxima de la válvula del tratamiento anódico generando un grado alto de turbulencia antes de entrar al medio potenciador. Se recirculó el depósito durante 20 min con 8kg/cm3 de presión a un caudal de 50m3/h.
El depósito se vació y se volvió a llenar de agua potable sin tratamiento.
Caso Baja turbulencia: Se recirculó durante 20 minutos nuevamente por el tratamiento anódico abierto. En esta segunda actuación, se redujo el efecto del generador de turbulencia, abriéndose al 100% y el agua se pasó a una presión menor, 4kg/cm3, y un caudal de 40m3/h lo cual generó un grado de turbulencia significativamente menor que en el primer tratamiento.
Se tomó una muestra de 5L en un envase de plástico esterilizado de cada uno de los tratamientos (alta y baja turbulencia), junto con una muestra de 5L de agua potable como tratamiento Control. Dichas muestras se guardan durante 3 días fuera de la luz del sol.
Después de 3 días, en un ambiente controlado, se procede a la medición de la concentración de disolución de distintos fertilizantes granulados en las distintas aguas: control, tratamiento alta turbulencia y tratamiento baja turbulencia.
Para ello, se usa un agitador magnético, un envase de vidrio de 1 L, un termómetro, y una báscula eléctrica.
El proceso de disolución consistió en agitar un litro de agua con el agitador magnético y lentamente añadiendo unas cantidades mínimas de fertilizante granulado. Cuando el fertilizante ya no puede disolverse en el agua se crea un precipitado al fondo del envase de vidrio. En ese momento se para de añadir gránulos y se mide el peso del precipitado como el total que ha sido disuelto.
El procedimiento descrito anteriormente, se realiza con las tres aguas usando 2 tipos de fertilizantes comunes de la marca NOVA: Nitrato Amónico y Sulfato Amónico. Tal y como se aprecia en la Tabla 6, existe una ventaja significativa en el tratamiento de alta turbulencia al alcanzar una mayor disolución cuando comparamos con el tratamiento de baja turbulencia, y el agua de control.
Tabla 6. Incremento de solubilidad entre el tratamiento con alta y baja turbulencia
Se muestra, por tanto, como la presencia de un generador de turbulencia (3), de manera previa y variable, a la entrada del medio potenciador permite mejorar el uso de tratamiento magnéticos para el tratamiento de fluidos.
Claims
1. Un sistema hidráulico (1) para el tratamiento de una corriente de un fluido caracterizado por que comprende:
- una tubería (2) configurada para llevar el fluido a tratar en su interior que comprende una entrada y una salida;
- un generador de turbulencia (3), situado a continuación de la entrada de la tubería (2), configurado para incrementar el grado de turbulencia de un fluido que transcurre por la tubería (2); y
- un medio potenciador (4), situado en el exterior de la tubería (2) y a continuación del generador de turbulencia (3) en el sentido de flujo del fluido, configurado para sobreacelerar un fluido con un campo repulsivo de 10.000 a 20.000 Gauss.
2. El sistema hidráulico (1) según la reivindicación 1 , donde la tubería (2) presenta un diámetro de entrada entre 1 ,9 - 20 cm.
3. El sistema hidráulico (1) según reivindicaciones 1 a 2, donde la tubería (2) presenta el mismo diámetro a la entrada y a la salida del sistema hidráulico (1).
4. El sistema hidráulico (1) según la reivindicación 1 a 3, donde el generador de turbulencia (3) comprende válvulas (5) gradualmente regulables.
5. El sistema hidráulico (1) según la reivindicación 4, donde las válvulas (5) del generador de turbulencia (3) son electroválvulas.
6. El sistema hidráulico (1) según la reivindicación 1 a 5, donde el generador de turbulencia (3) presenta una salida cónica (6).
7. El sistema hidráulico (1) según la reivindicación 1 a 6, donde el diámetro de entrada al medio potenciador (4) es 1 - 8 cm.
8. El sistema hidráulico (1) según las reivindicaciones 1 a 7, donde el medio potenciador (4) comprende al menos una unidad de energía (7), donde cada unidad de energía (7) comprende:
- Al menos un primer y un segundo set de ¡manes (8, 8’) permanentes colocados axialmente a la tubería (2), para acelerar el fluido, donde cada set de ¡manes (8, 8’) comprende dos ¡manes enfrentados uno al otro.
- zona intermedia (9), situada entre el primer y segundo set de ¡manes (8, 8’) configurado para desacelerar el fluido.
9. El sistema hidráulico (1) según la reivindicación 8, donde el medio potenciador (4) comprende varias unidades de energía (7) separadas por una zona de ajuste (10) del fluido.
10. El sistema hidráulico según reivindicaciones 1 a 9, donde el sistema hidráulico (1) comprende al menos dos medios potenciadores (4) situados en paralelo con una salida en común.
11. El sistema hidráulico según las reivindicaciones 1 a 10, donde el sistema hidráulico comprende un sistema de control (12) configurado para automatizar el medio generador de turbulencia (3).
12. Procedimiento de tratamiento de una corriente de fluido caracterizado por que comprende las etapas:
A. Fijar un caudal de la corriente entre 3-140 m3/h y una presión entre 1-20 atm;
B. Introducir la corriente del fluido obtenida en la etapa A en un generador de turbulencia (3);
C. Introducir la corriente del fluido saliente del generador de turbulencia (3) en un medio potenciador (4) a una velocidad de 1-18 m/s;
D. Tratar la corriente de fluido en el medio potenciador (4) con un campo repulsivo de 10.000 a 20.000 Gauss configurado para sobreacelerar un fluido.
13. El procedimiento de tratamiento de una corriente de fluido, según la reivindicación 12, donde el fluido a tratar es agua.
14. El procedimiento de tratamiento de una corriente de fluido, según la reivindicación 13, donde el agua tratada es agua destilada, agua potable, agua de riego o agua residual.
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