WO2023209432A1 - Sistema de purificación de agua - Google Patents

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WO2023209432A1
WO2023209432A1 PCT/IB2022/058196 IB2022058196W WO2023209432A1 WO 2023209432 A1 WO2023209432 A1 WO 2023209432A1 IB 2022058196 W IB2022058196 W IB 2022058196W WO 2023209432 A1 WO2023209432 A1 WO 2023209432A1
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WO
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tank
fluid
heater
water
vacuum pump
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PCT/IB2022/058196
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jorge Hernán Estrada Estrada
Isabel Cristina Giraldo Arango
Original Assignee
Universidad Nacional De Colombia
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
    • C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
    • C02F1/02—Treatment of water, waste water, or sewage by heating
    • C02F1/04—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation
    • C02F1/14—Treatment of water, waste water, or sewage by heating by distillation or evaporation using solar energy

Definitions

  • the present disclosure relates to devices for fluid purification. Particularly, the present disclosure refers to devices and systems for the purification and desalination of water using ultrasound.
  • RO reverse osmosis
  • filtration and chemical treatment these technologies sometimes cannot handle the diverse range of contaminants that water can have.
  • multiple treatment stages or a combination of several technologies are required to achieve acceptable water quality.
  • less conventional technologies such as ultraviolet (UV) light irradiation, ozone treatment, or distillation technologies, while they may be superior in removing some contaminants, sometimes cannot handle all types of contaminants.
  • UV ultraviolet
  • documents CA2847882C and US20100163472A1 disclose some systems for water purification.
  • Document CA2847882C discloses a water purification system comprising a series of vessel assemblies for heat transfer and recovery, in which each vessel assembly forms a single stage.
  • CA2847882C discloses a condenser, a separator plate with heat pipes sealed and a boiler or evaporation chamber, where the single stage is contained by an upper and lower part not shared with any other stage, in which the series of vessel assemblies comprises at least a first stage comprising an inlet vessel of heat and a first boiler or evaporation chamber.
  • CA2847882C also discloses a second stage comprising a first condenser, a first separator plate with heat pipes and a second boiler or evaporation chamber, where the first separator plate is located between a first condenser and a second boiler or evaporation chamber, extending the heat pipes through the first separator plate from inside the condenser to inside the boiler or evaporation chamber.
  • CA2847882C indicates that the system is configured so that contaminated water enters the first boiler or evaporation chamber and is boiled to generate steam, in which the steam enters the first condenser and condenses in the heat pipes to create condensed steam, Said heat pipes recover condensation heat from the condensed steam, where the condensed steam is collected as product water. Furthermore, CA2847882C indicates that vibration energy in the form of mechanical vibration, electromechanical vibration or high-frequency ultrasound is provided to the heat pipes to improve heat transfer.
  • US20100163472A1 discloses a water purification system that may include an inlet, a preheater, a boiler (evaporation chamber), a degasser, a defroster, a product condenser, a waste outlet, a product and a control system.
  • US20100163472A1 also discloses a control system that allows operation of the purification system through repeated cycles without requiring user intervention or cleaning. Additionally, such a system may also include an input switch for regulate the flow of water through the inlet.
  • the switch may include a mechanism which may be, for example, a solenoid, a valve, an aperture, and the like.
  • the control system may control the inlet based on feedback from an evaporation chamber and/or a tank float.
  • US20100163472A1 further discloses that in another embodiment of a water purification system in which the formation of hard scale is prevented or reduced includes at least one ultrasound generator that is associated with the water in the system.
  • the ultrasonic generator can be contacted with the water of the preheater, which can be, for example, a boiler, to prevent or reduce the formation of hard scale in this component of the system.
  • the present disclosure relates to a water purification system that can also purify seawater, comprising a tank connected to a heater, said tank being configured to store a fluid preheated in the heater, an ultrasound transducer arranged within the tank. Said ultra sound transducer is configured to convert the liquid fluid into water vapor.
  • the invention also relates to an entropy sensor disposed within the tank, and configured to detect a value corresponding to the multiscale entropy of the cavities generated in the tank, and a vacuum pump connected to the tank, where the vacuum pump It is configured to generate a negative pressure that allows water vapor to be extracted from the fluid in the tank.
  • the water purification system may include a chiller connected between the vacuum pump and the storage tank, where the vacuum pump is configured to generate a negative pressure that allows water vapor to circulate. fluid water from the tank, to pass through the cooler to a storage tank.
  • the negative pressure created by the vacuum pump inside the tank circulates the fresh water vapor through the chiller producing a phase change from vapor to liquid of distilled water, which allows said liquid to be stored within the storage tank.
  • the present disclosure also refers to a method for purifying water that comprises the steps of: heating a fluid to be purified to a temperature between 30°C and 90°C; emit a frequency of between 90 kHz and 2 MHz into the heated fluid and obtain water vapor; obtain a value between 0 and 0.5 nats in the heated fluid; and condense the water vapor obtained in the previous stage.
  • FIG. 1 illustrates an embodiment of a water purification system comprising a heater connected to a tank, and a vacuum pump connected to the tank, wherein said tank comprises a plurality of ultrasound transducers and an entropy sensor.
  • FIG. 2 illustrates the water purification system of FIG. 1, which further comprises a pump connected to the heater, and a cooler connected between the tank and the vacuum pump.
  • FIG. 3 illustrates the water purification system of FIG. 2, further comprising a storage tank connected to an outlet of the vacuum pump, a first valve disposed between the pump and the heater, and a second valve disposed between the heater and the tank.
  • FIG. 4 illustrates a Howland current source.
  • FIG. 5 illustrates an example between the relationship of the asymmetry of the bioimpedance of water and its salt content in ppm.
  • the present disclosure refers to a water purification system, which allows water to be purified or seawater to be desalinated for use in different types of industries.
  • Said purification system comprises a tank (3) connected to a heater (2), where said tank is (3) configured to store a fluid previously heated in the heater (2); an ultra sound transducer (4) arranged inside the tank (3).
  • Said ultra sound transducer (4) is configured to convert the liquid fluid into water vapor; and an entropy sensor (5) arranged inside the tank (3), and configured to detect a value corresponding to the multiscale entropy of the cavities generated in the tank (3).
  • the water purification system also includes a vacuum pump (7) connected to the tank (3) configured to generate a negative pressure that allows water vapor to be extracted from the fluid in the tank (3).
  • a fluid to be purified enters the water purification system through an inlet (1), towards the heater (2). Then, said fluid is heated to a temperature between 50°C and 98°C, and then said heated fluid moves towards the tank (3). Once the heated fluid is there, the ultrasound transducer (4) begins to operate at a frequency between 90 kHz and 2 MHz, allowing the liquid fluid to be converted into water vapor and also allowing the resulting sediments to remain at the bottom of the tank. (3). Then, the entropy sensor (5) arranged inside the tank (3) detects data corresponding to the multiscale entropy of the cavities generated in the tank (3). And once the entropy value exceeds a certain value, the negative pressure pump (6) begins to work, thus creating a negative pressure that removes the water vapor from the tank (3) so that it can be used by a user.
  • the fluid to be purified will be understood as salt water, sea water, waste or contaminated water, or water that is desired to be purified.
  • the heater (2) connected to the tank (3) is a water heater that allows the water to be purified to be heated between 20°C and 95°C.
  • Said heater (2) is selected from the group consisting of solar water heaters, heat exchangers, tanks with heaters such as electric resistance heaters, gas heaters, such as propane or methane gas, steam jacket heaters, coal heaters, heaters that use fuel elements, equivalent heaters known to a person moderately versed in the art or combination of the above.
  • the fact that the heater (2) is, for example, a solar heater (2), is that it avoids the use of electrical energy to purify the fluid.
  • the heater (2) may have a temperature sensor (12) connected to a control unit (14), and is configured to obtain temperature data of the fluid that is being heated in said heater. Furthermore, said temperature data is sent to the control unit (14).
  • the heater (2) has a fluid inlet and a fluid outlet, where a pump (8) is connected to the fluid inlet of said heater (2).
  • Said pump (8) is connected to the control unit (14) and is configured to distribute the fluid to the heater (2) from a reservoir.
  • the fact that the water purification system includes a pump (8) is that it allows controlling the amount of fluid that will enter the heater (2).
  • the tank (3) is a water reservoir configured to receive the hot fluid from the heater (2).
  • Said tank (3) can be made of a material that is selected from the group consisting of carbon steel, cast iron, galvanized iron, chromium steels, chromium-nickel steels, chromium-nickel-titanium steels, nickel-titanium alloy. chrome-molybdenum-tungsten, ferrous chrome-molybdenum alloys, stainless steel 301, stainless steel 302, stainless steel 304, stainless steel 316, stainless steel 405, stainless steel 410, stainless steel 430, stainless steel 442, manganese alloy steel, equivalents known to a person moderately versed in the subject or combination of the above.
  • said tank (3) comprises inside an ultrasound transducer (4) or a plurality of ultrasound transducers (4) that operate at a frequency between 90 kHz and 2 MHz, which allows microcavities to be generated in the fluid to be purified. which act as, for example, micro reactors, generating oxidizing radicals. These microcavities after reaching a maximum size, and as the pressure recovery occurs and the non-equilibrium state results in the collapse of the microcavity or bubble, which under certain conditions, can be considered implosive. When the microcavities implode, the compression effects on their interior produce a dissociation into H and OH radicals.
  • the hydroxyl radical is a strong oxidant and most substances are easily oxidized in its presence. Said cavitation generated by ultrasound in combination with the heating of the fluid to be purified, allows said fluid to be purified without requiring large volumes of energy compared to other water purification systems.
  • the fluid to be purified is salt water
  • said water with a temperature of approximately 80°C is led to the tank (3), where, by action of the ultrasound transducers (4) is converted into distilled fresh water vapor at a temperature also close to 80°C.
  • the resulting brine settles at the bottom of the tank (3).
  • the number of ultrasound transducers (4) can be chosen in relation to the volume of purified water and measured in liters. For example, if you want a volume of 20 liters/hour of water to be purified, a group of 5 ultrasound transducers is chosen with an output of 4 liters per hour each under conditions of adequate solar radiation and low cloudiness.
  • Said ultrasound transducer (4) is selected from the group made up of transducers that may have the following characteristics: an emission time of 20 seconds, a saturation area of 120 cubic meters, an electrical activation pulse of at least 3 volts, a detonation energy of 2.5 mJ/Ohm, an operating current of between 1A and 2A, a minimum pulse time of 100ms, and a temperature of between -40° and 90°C, a working humidity of -10% up to 100%, or between -10° to 85%.
  • the fluid that enters the tank (3) said tank (3) has a pressure below the saturation pressure, which facilitates the formation of fine drops obtained by cavitation thanks to the transducer.
  • ultrasound (4). Part of these water droplets are immediately converted into steam, which is subsequently condensed, obtaining desalinated water when the fluid to be purified is seawater.
  • said ultrasound transducer (4) is connected to a control unit (14), which is configured to control said ultrasound transducer (4) and the frequency at which it operates.
  • the entropy sensor (5) arranged inside the tank (3) is also connected to the control unit (14).
  • said entropy sensor (5) is configured to obtain data corresponding to the multiscale entropy of the cavities generated in the tank (3) due to the action of the ultrasound transducer (4). Then, the multiscale entropy data of the cavities generated in the tank (3) is sent to the control unit (14).
  • the cavities generated inside the tank (3) create an output signal in the form of pulses with variable time width and are carried as data to the control unit (14).
  • the entropy sensor (5) is connected to an operational amplifier, where the pulse output of the amplifier is taken to the control unit (14).
  • Said control unit (14) is configured to determine the multiscale entropy (S) in a range of 0 to 0.5 nats, which allows identifying whether the fluid contained in the tank (3) is already purified.
  • the entropy/second value taken from the water vapor cavities thanks to the entropy sensor (5), is used in the operations of the control unit (14) to confirm the production of distilled fresh water. For example, if you want to purify seawater, and to determine if said seawater is already freshwater, a multiscale entropy value (S) is measured inside the tank (3), and if S ⁇ 0.3 nats indicates that there is still no fresh water in the tank (3), making it necessary to wait longer until the sea water is heated in the solar heater to a higher temperature.
  • S multiscale entropy value
  • Said entropy sensor (5) can be a hot wire at a temperature of between 25°C to 35°C, or between approximately 28°C to 33°C, being excited by a constant DC current at 25 milliamps, which allows thus detecting the presence of the cavities generated in the tank (3).
  • the control unit (14) processes the data received by the entropy sensor (5), and determines that the water inside the tank (3) is already purified, that is, that the multiscale entropy (S) in a range from 0 to 0.5 nats
  • the vacuum pump (6) is turned on, which in turn is connected to the control unit (14).
  • the vacuum pump (6) can be connected to a storage tank (9), which allows storing the purified fluid extracted by the vacuum pump (6). The above allows the fluid extracted through the negative pressure of the tank (3) to be stored in said storage tank (9) for later disposal.
  • the water purification system includes a cooler (7) connected between the vacuum pump (6) and the storage tank (9), where the vacuum pump (6) is configured to generate a negative pressure that allows circulation water vapor from the tank fluid to the cooler (7) and then to the storage tank (9).
  • the negative pressure created by the vacuum pump (6) inside the tank (3) circulates fresh water vapor through the cooler (7) producing a change from vapor phase to liquid of distilled water, which allows said liquid to be stored within the storage tank (9).
  • Said storage tank (9) may also contain inside a level sensor (13) connected to the control unit (14), where said level sensor (13) takes data corresponding to the fluid level inside the storage tank. storage (9), and sends it to the control unit (14) to establish the amount of purified and stored fluid.
  • Said cooler (7) is selected from the group consisting of tall, flooded, supercharged coolers, depending on the type of construction, open tube, plate surface, finned evaporators, evaporators for liquid cooling, double tube cooler, Baudelot cooler, cooler tank type, shell-coil cooler, armored cooler, equivalent coolers known to a person moderately versed in the art or combination of the above.
  • valves can be arranged that allow controlling the passage of the flow of said elements.
  • a first valve (10) can be arranged that allows a flow of fluid from the pump (8) to the heater (2) to exist or not.
  • a second valve (11) can be arranged between the heater (2) and the tank (3).
  • valves can be manual or they can be solenoids connected to the control unit (14), where said valves can be controlled by the control unit (14).
  • the valves can be selected from the group consisting of check valves, gate valves, ball valves or spherical valve, safety or pressure relief valve, globe (or seat) valve, butterfly valve, diaphragm valve, valve rotary, non-return valve, such as swing flap valve, spring valve, piston valve, ball check valve, and equivalent valves known to a person moderately versed in the art.
  • the heater (2), the ultrasound transducer (4), the entropy sensor (5), the vacuum pump (6), the cooler (7) , the pump (8), the control unit (14) and the different sensors are connected to a power source (15) which supplies energy to said elements.
  • Said power source (15) can be selected from the group consisting of photovoltaic cells, monocrystalline cells, polycrystalline cells, batteries, AC sources, DC sources, internal combustion engines, colic generators, equivalent sources known to a person moderately versed in the matter. or combination of the above.
  • the multiscale entropy data of the cavities generated in the tank (3) obtained by the entropy sensor (5), the temperature data obtained by the temperature sensor (12), the level data obtained by The level sensor (13) that are sent to the control unit (14), can be stored in a memory module of the control unit.
  • Said control unit (14) can be selected from the group consisting of: programmable logic controllers (PLC), microprocessors, DSCs (Digital Signal Controller, for its acronym in English), FPGAs (Field Programmable Gate Array, for its acronym in English) , CPLDs (Complex Programmable Logic Device, for its acronym in English), ASICs (Application Specific Integrated Circuit, for its acronym in English), SoCs (System on Chip, for its acronym in English), PsoCs (Programmable System on Chip, for its acronym in English). its acronym in English), computers, servers, tablets, cell phones, smart cell phones, signal generators and equivalent control units known to a person moderately versed in the matter and combinations of these.
  • PLC programmable logic controllers
  • DSCs Digital Signal Controller
  • FPGAs Field Programmable Gate Array
  • CPLDs Complex Programmable Logic Device, for its acronym in English
  • ASICs Application Specific Integrated Circuit
  • SoCs System on Chip, for its acronym in English
  • the memory module of the control unit can be selected between RAM (cache memory, SRAM, DRAM, DDR), ROM memory (Flash, Cache, hard drives, SSD, EPROM, EEPROM, removable ROM memories (e.g. SD ( miniSD, microSD, etc.), MMC (MultiMedia Card), Compact Flash, SMC (Smart Media Card), SDC (Secure Digital Card), MS (Memory Stick), among others), CD-ROM, digital versatile discs (DVD (Digital Versatile Disc) or other optical storage, magnetic cassettes, magnetic tapes, storage or any other medium that can be used to store information and that can be accessed with the control unit. Instructions, data structures, and computer program modules are generally incorporated into memory registers. Some examples of data structures are: a text sheet or a spreadsheet, a database.
  • the present disclosure also refers to a method for purifying water that comprises the steps of: heating a fluid to be purified to a temperature between 30°C and 90°C; emit a frequency of between 90 kHz and 2 MHz into the heated fluid and obtain water vapor; obtain a value between 0 and 0.5 nats in the heated fluid; and condense the water vapor obtained in the previous stage.
  • the step of heating a fluid to be purified to a temperature between 30°C and 90°C is carried out using a heater (2).
  • the step of emitting a frequency of between 90 kHz and 2 MHz in the heated fluid and obtaining water vapor is carried out in a tank (3), where said frequency is emitted by an ultrasound transducer (4 ).
  • the step of obtaining a value between 0 and 0.5 nats in the heated fluid is carried out inside the tank (3) and said value is obtained by means of an entropy sensor (5).
  • the stage of condensing the water vapor obtained in the previous stage refers to condensing the water that is in the form of water vapor inside the tank (3) using a cooler (7).
  • a storage tank (9) connected to the vacuum pump (6).
  • the heater (2) is connected to a temperature sensor (12), and in addition, both the heater (2), the tank (3) and the storage tank (9) are connected to a level sensor. (13) which allows obtaining information on the fluid level of said elements.
  • a first valve (10) connected between the pump (8) and the heater (2), and a second valve (11) connected between the heater (2) and the tank (3).
  • EXAMPLE 1 when the control unit (14) activates the pump (8), the first valve (10) is in an open mode, the second valve (11) is in a closed mode, and a fluid to be purified is pumped to the heater (2). There, the level sensor (13) obtains fluid level data from the heater (2) that is sent to the control unit (14) which allows establishing whether the heater (2) has its capacity full. When the capacity of the heater (2) is full, the pump (8) stops pumping and the first valve (10) closes. Once the fluid to be purified is placed in the heater (2), said fluid begins to heat up and the temperature sensor (12) obtains temperature data for said fluid that is sent to the control unit (14). Said control unit (14) establishes if the temperature of the fluid is greater than 80°C and if the temperature of the fluid is in said temperature range, the second valve (11) opens and the fluid to be purified passes from the heater ( 2) towards the tank (3).
  • Said level sensor (13) of the tank (3) allows establishing when the tank (3) is full. Once the heated fluid to be purified is in the tank (3), the ultrasound transducer (4) and the entropy sensor (5) are activated. Said entropy sensor (5) sends the multiscale entropy data of the tank (3) to the control unit (14), and when said entropy is in a range established by a user, the ultrasound transducer (4) stops operate and the cooler (7) and the vacuum pump (6) are activated. The above allows the vacuum pump (6) to generate a negative pressure inside the tank (3), which allows the purified water vapor to be extracted to the cooler (7), where said cooler (7) condenses the water vapor and then Said water is stored inside the storage tank (9). In said EXAMPLE 1, it was possible to obtain multiscale MSE Entropy values measured by the entropy sensor (5), both in water suitable for human consumption, as well as for salt water or water contaminated with other elements.
  • a water purification system was developed like the one in EXAMPLE 1, where the pump (8), the control unit (14), the different sensors, the ultrasound transducer (4), the cooler (7) and the tank storage (9) were connected to a power supply (15) corresponding to a 1 kilowatt solar panel whose 14 volt DC output charges a group of batteries housed in the UPS. Additionally, the UPS supplies voltages of + 5v (36) and +12 v (37). The above allowed results similar to Example 1.
  • Example 3 the asymmetry values of the bioimpedance of the water sample were compared with its salt content in order to create a control.
  • the above was also achieved by a Howland current source according to FIG. 4.
  • the following table shows the phase 0 and Z impedance data, depending on the excitation frequency of the water samples and their salinity expressed in ppm, at 100 hertz and 2 khz, for each ppm sample (0, 1, 6, 13, 20, 24, 34, 40 and 44 ppm).
  • FIG. 5 shows a comparative graph between asymmetry on the “X” axis and ppm on the “Y” axis.

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Abstract

La presente divulgación se refiere a un sistema de purificación de agua, que comprende un tanque conectado con un calentador, dicho tanque está configurado para almacenar un fluido calentado previamente en el calentador, un transductor de ultrasonido dispuesto dentro del tanque. Dicho transductor de ultra sonido está configurado para convertir el fluido líquido en vapor de agua. El invento también se refiere a un sensor de entropía dispuesto dentro del tanque, y configurado para detectar un valor correspondiente a la entropía de multiescala de las cavidades generadas en el tanque, y una bomba de vacío conectada con el tanque, donde la bomba de vacío está configurada para generar una presión negativa que permite extraer el vapor de agua del fluido del tanque.

Description

SISTEMA DE PURIFICACIÓN DE AGUA
CAMPO TÉCNICO
La presente divulgación se refiere a dispositivos para la purificación de fluidos. Particularmente, la presente divulgación se refiere a dispositivos y sistemas para la purificación y desalinización de agua mediante ultrasonido.
DESCRIPCIÓN DEL ESTADO DE LA TÉCNICA
Actualmente, los sistemas de purificación de agua se están convirtiendo en un aspecto esencial de la vida moderna a medida que los recursos hídricos convencionales se vuelven cada vez más escasos, los recursos de agua potable se desabastecen y en ocasiones hay contaminación del agua Además, debido al incorrecto manejo de afluentes existe una contaminación de las fuentes de agua debido aúna variedad de actividades, que incluyen, por ejemplo, agricultura intensiva, aditivos de gasolina y metales tóxicos pesados.
Por lo tanto, existen algunos métodos para la purificación de agua como por ejemplo la osmosis inversa (OI), la filtración y el tratamiento químico, sin embargo dichas tecnologías en ocasiones no pueden manejar la diversa gama de contaminantes que puede tener el agua. A veces, se requieren múltiples etapas de tratamiento o una combinación de varias tecnologías para lograr una calidad de agua aceptable. Por otro lado, las tecnologías menos convencionales, como la irradiación con luz ultravioleta (UV), el tratamiento con ozono, o tecnologías de destilación, si bien pueden ser superiores para eliminar algunos contaminantes, en ocasiones no pueden manejar todos los tipos de contaminantes.
Por ejemplo, la aplicación de la cavitación por ultrasonido produce atractivos efectos físico-químicos que pueden emplearse para tratar aguas contaminadas y salinas gracias a su capacidad de oxidación. Por lo tanto, los documentos CA2847882C y US20100163472A1 divulgan algunos sistemas para la purificación de agua. El documento CA2847882C divulga un sistema de purificación de agua que comprende una serie de ensamblajes de recipientes para la transferencia y recuperación de calor, en el que cada ensamblaje de recipiente forma una sola etapa Particularmente CA2847882C divulga un condensador, una placa separadora con tubos de calor sellados y una caldera o cámara de evaporación, donde la etapa única está contenida por una parte superior e inferior no compartida con ninguna otra etapa, en el que la serie de conjuntos de vasijas comprende al menos una primera etapa que comprende una vasija de entrada de calor y una primera caldera o cámara de evaporación.
CA2847882C también divulga una segunda etapa que comprende un primer condensador, una primera placa separadora con tubos de calor y una segunda caldera o cámara de evaporación, donde la primera placa separadora se encuentra entre un primer condensador y una segunda caldera o cámara de evaporación, extendiéndose los tubos de calor a través de la primera placa separadora desde dentro del condensador hasta dentro de la caldera o cámara de evaporación.
CA2847882C indica que el sistema está configurado para que agua contaminada entre en la primera caldera o cámara de evaporación y se hierva para generar vapor, en el que el vapor entra en el primer condensador y se condensa en los tubos de calor para crear vapor condensado, dicho tubos de calor recuperan calor de condensación del vapor condensado, donde el vapor condensado se recoge como agua de producto. Además, CA2847882C indica que se proporciona energía vibratoria en forma de vibración mecánica, vibración electromecánica o ultrasonido de alta frecuencia a los tubos de calor para mejorar la transferencia de calor.
Por su parte, el documento US20100163472A1 divulga un sistema de purificación de agua que puede incluir una entrada, un precalentador, una caldera (cámara de evaporación), un desgasificador, un desempañador, un condensador de producto, una salida de desechos, una salida de producto y un sistema de control. US20100163472A1 divulga también un sistema de control que permite la operación del sistema de purificación a través de ciclos repetidos sin requerir la intervención o limpieza del usuario. Además, dicho sistema también puede incluir un interruptor de entrada para regular el flujo de agua a través de la entrada. El interruptor puede incluir un mecanismo que puede ser, por ejemplo, un solenoide, una válvula, una abertura y similares.
El sistema de control puede controlar la entrada en función de la retroalimentación de una cámara de evaporación y/o un flotador del tanque. US20100163472A1 divulga además que en otra realización de un sistema de purificación de agua en el que se previene o reduce la formación de incrustaciones duras incluye al menos un generador de ultrasonido que está asociado con el agua en el sistema. El generador de ultrasonidos puede ponerse en contacto con el agua del precalentador, que puede ser, por ejemplo, una caldera, para evitar o reducir la formación de incrustaciones duras en este componente del sistema.
Por lo tanto, si bien dichos documentos se refieren a sistemas de purificación de agua, dichos sistemas de purificación no divulgan el uso de la cavitación con ultrasonido en combinación con otras técnicas como la vaporización y la presión negativa.
BREVE DESCRIPCIÓN
La presente divulgación se refiere a un sistema de purificación de agua que también puede purificar agua de mar, que comprende un tanque conectado con un calentador, dicho tanque está configurado para almacenar un fluido calentado previamente en el calentador, un transductor de ultrasonido dispuesto dentro del tanque. Dicho transductor de ultra sonido está configurado para convertir el fluido líquido en vapor de agua. El invento también se refiere a un sensor de entropía dispuesto dentro del tanque, y configurado para detectar un valor correspondiente a la entropía de multiescala de las cavidades generadas en el tanque, y una bomba de vacío conectada con el tanque, donde la bomba de vacío está configurada para generar una presión negativa que permite extraer el vapor de agua del fluido del tanque.
En la presente divulgación, el sistema de purificación de agua puede incluir un enfriador conectado entre la bomba de vacío y el tanque de almacenamiento, donde la bomba de vacío está configurada para generar una presión negativa que permite circular el vapor de agua del fluido desde el tanque, para que pase por el enfriador hacia un tanque de almacenamiento.
Particularmente, cuando el sistema de purificación de agua incluye un enfriador, la presión negativa creada por la bomba de vacío dentro del tanque, hace circular el vapor de agua dulce a través del enfriador produciendo un cambio de fase de vapor a líquido de agua destilada, lo que permite que dicho líquido se almacene dentro del tanque de almacenamiento.
Además, la presente divulgación también se refiere a un método para purificar agua que comprende las etapas de: calentar un fluido a purificar a una temperatura entre 30°C y 90°C; emitir una frecuencia de entre 90 kHz y 2 MHz en el fluido calentado y obtener un vapor de agua; obtener un valor de entre 0 hasta 0,5 nats en el fluido calentado; y condensar el vapor de agua obtenido en la etapa anterior.
Lo anterior permite purificar una amplia variedad de contaminantes (biodegradable s, recalcitrantes, orgánicos e inorgánicos) y eliminación de productos farmacéuticos (ácido clofíbrico, ibuprofeno, ketoprofeno, naproxeno, diclofenaco, carbamazepina), cianobacterias tóxicas (Microcystis aeruginosa), microalgas verdes (Chlorella vulgaris), bacterias (Legionella pneumophila) y virus (Rotavirus) del agua y las aguas residuales.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS
La FIG. 1 ilustra una modalidad de un sistema de purificación de agua que comprende un calentador conectado con un tanque, y una bomba de vacío conectada con el tanque, donde dicho tanque comprende en su interior una pluralidad de transductores de ultrasonido y un sensor de entropía. La FIG. 2 ilustra el sistema de purificación de agua de la FIG. 1, que comprende además, una bomba conectada con el calentador, y un enfriador conectado entre el tanque y la bomba de vacío.
La FIG. 3 ilustra el sistema de purificación de agua de la FIG. 2, que comprende además, un tanque de almacenamiento conectado a una salida de la bomba de vacío, una primera válvula dispuesta entre la bomba y el calentador, y una segunda válvula dispuesta entre el calentador y el tanque.
La FIG. 4 ilustra una fuente de corriente Howland.
La FIG. 5 ilustra un ejemplo entre la relación de la asimetría de la bioimpedancia del agua y su contenido de sal en ppm.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
La presente divulgación se refiere a un sistema de purificación de agua, que permite purificar agua o desalinizar agua marina para su provecho en diferentes tipos de industrias. Dicho sistema de purificación comprende un tanque (3) conectado con un calentador (2), donde dicho tanque está (3) configurado para almacenar un fluido calentado previamente en el calentador (2); un transductor de ultra sonido (4) dispuesto dentro del tanque (3). Dicho transductor de ultra sonido (4) está configurado para convertir el fluido líquido en vapor de agua; y un sensor de entropía (5) dispuesto dentro del tanque (3), y configurado para detectar un valor correspondiente a la entropía de multiescala de las cavidades generadas en el tanque (3). Además, el sistema de purificación de agua también incluye una bomba de vacío (7) conectada con el tanque (3) configurada para generar una presión negativa que permite extraer el vapor de agua del fluido del tanque (3).
Inicialmente, haciendo referencia a la FIG. 1, un fluido a purificar entra al sistema de purificación de agua mediante una entrada (1), hacia el calentador (2). Luego, dicho fluido se caliente a una temperatura entre 50°C y 98°C, y después dicho fluido calentado se desplaza hacia el tanque (3). Una vez allí el fluido calentado, el transductor de ultrasonido (4) empieza a operar a una frecuencia entre 90 kHz y 2 MHz, permitiendo convertir el fluido líquido en vapor de agua y además, permitiendo que los sedimentos resultantes queden en el fondo del tanque (3). Luego, el sensor de entropía (5) dispuesto dentro del tanque (3) detecta un dato correspondiente a la entropía de multiescala de las cavidades generadas en el tanque (3). Y una vez, el valor de entropía supera un valor determinado la bomba de presión negativa (6) comienza a funcionar, creando así una presión negativa que retira el vapor de agua desde el tanque (3) para que pueda ser usado por un usuario.
Para el entendimiento de la presente divulgación, se entenderá por fluido a purificar a agua salada, agua marina, aguas residuales o contaminadas, o agua que se desee purificar.
Particularmente, el calentador (2) conectado con el tanque (3) es un calentador de agua que permite que el agua que va a ser purificada se caliente entre 20°C y 95°C. Dicho calentador (2) se selecciona del grupo conformado por calentadores solares de agua, intercambiadores de calor, tanques con calentadores como calentadores de resistencias eléctricas, calentadores a gas, como de gas propano o metano, calentadores de chaqueta de vapor, calentadores de carbón, calentadores que usan elementos combustibles, calentadores equivalentes conocidos por una persona medianamente versada en la materia o combinación de las anteriores. El hecho que el calentador (2) sea por ejemplo, un calentador (2) solar, es que evita el uso de energía el uso de eléctrica para poder purificar el fluido.
Además, el calentador (2) puede tener conectado un sensor de temperatura (12) conectado con una unidad de control (14), y está configurado para obtener un dato de temperatura del fluido que se está calentando en dicho calentador. Además, dicho dato de temperatura es enviado a la unidad de control (14).
En una modalidad de la divulgación, el calentador (2) cuenta con una entrada de fluido y una salida de fluido, en donde una bomba (8) se conecta con la entrada de fluido de dicho calentador (2). Dicha bomba (8) está conectada con la unidad de control (14) y está configurada para distribuir el fluido hacia el calentador (2) desde un reservorio. El hecho que el sistema de purificación de agua incluya una bomba (8), es que permite controlar la cantidad de fluido que entrará en el calentador (2).
Por su parte, el tanque (3) es un reservorio de agua configurado para recibir el fluido caliente proveniente del calentador (2). Dicho tanque (3) puede ser de un material que se selecciona del grupo conformado por acero al carbono, fundiciones de hierro, hierro galvanizado, aceros al cromo, aceros al cromo-níquel, aceros al cromo-níquel-titanio, aleación de níquel-cromo-molibdeno-tungsteno, aleaciones ferrosas al cromo-molibdeno, acero inoxidable 301, acero inoxidable 302, acero inoxidable 304, acero inoxidable 316, acero inoxidable 405, acero inoxidable 410, acero inoxidable 430, acero inoxidable 442, acero aleado con manganeso, equivalentes conocidos por una persona medianamente versada en la materia o combinación de las anteriores.
Como se mencionó anteriormente, haciendo referencia a la FIG. 1 dicho tanque (3) comprende en su interior un transductor de ultrasonido (4) o una pluralidad de transductores de ultrasonido (4) que operan a una frecuencia entre 90 kHz y 2 MHz, lo que permite generar microcavidades en el fluido a purificar las cuales actúan como por ejemplo, micro reactores, generando radicales oxidantes. Dichas microcavidades después de alcanzar un tamaño máximo, y a medida que se produce la recuperación de la presión y el estado de no equilibrio da lugar al colapso de la microcavidad o burbuja, que bajo ciertas condiciones, pueden considerarse implosivas. Al implosionar las microcavidades, los efectos de compresión sobre su interior produce una disociación en radicales H y OH.
El radical hidroxilo es un oxidante fuerte y la mayoría de las sustancias se oxidan fácilmente en su presencia. Dicha cavitación generada por ultrasonido en combinación con el calentamiento del fluido a purificar, permite purificar dicho fluido sin necesidad de requerir grandes volúmenes de energía en comparación con otros sistemas de purificación de agua.
Por ejemplo, cuando el fluido a purificar es agua salada, dicha agua con una temperatura aproximadamente a 80°C se conduce hacia el tanque (3), en donde, por acción de los transductores de ultrasonido (4) se convierte en vapor de agua dulce destilada a una temperatura cercana también a los 80°C. La salmuera resultante se sedimenta en el fondo del tanque (3).
Adicionalmente, la cantidad de transductores de ultrasonido (4) se puede escoger en relación con el volumen de agua purificado y medidos en litros. Por ejemplo, si se quiere un volumen de 20 litros/ hora de agua a purificar, se escoge una agrupación de 5 transductores de ultrasonido con una ejecución de 4 litros por hora cada uno en condiciones de radiación solar adecuada y baja nubosidad.
Dicho transductor de ultrasonido (4) se selecciona del grupo conformado por transductores que pueden tener las siguientes características: un tiempo de emisión de 20 segundos, un área de saturación de 120 metros cúbicos, un impulso de activación eléctrica de al menos 3 voltios, una energía de detonación de 2,5 mJ/Ohm, un corriente de operación de entre 1A y 2A, un tiempo mínimo de impulso de 100ms, y una temperatura de entre -40° y 90°C, una humedad de trabajo de -10% hasta 100%, o de entre -10° hasta 85%.
En una modalidad de la divulgación, el fluido que entra en el tanque (3), dicho tanque (3) cuenta con una presión por debajo de la presión de saturación, lo que facilita la formación de gotas finas obtenidas por cavitación gracias al transductor de ultrasonido (4). Parte de estas gotas de agua se convierten inmediatamente en vapor, que posteriormente se condensan obteniendo agua desalinizada cuando el fluido a purificar es agua de mar.
Además, dicho transductor de ultrasonido (4) está conectado con una unidad de control (14), la cual está configurada para controlar dicho transductor de ultrasonido (4) y la frecuencia a la cual este opera.
Por su parte, haciendo referencia a la FIG. 1 el sensor de entropía (5) dispuesto dentro del tanque (3) también está conectado con la unidad de control (14). Particularmente, dicho sensor de entropía (5) está configurado para obtener un dato correspondiente a la entropía de multiescala de las cavidades generadas en el tanque (3) debido a la acción del transductor de ultrasonido (4). Luego, el dato entropía de multiescala de las cavidades generadas en el tanque (3) es enviado a la unidad de control (14).
Particularmente, las cavidades generadas dentro del tanque (3) crean una señal de salida en forma de pulsos con anchura de tiempo variable y son llevadas como datos hacia la unidad de control (14). En unamodalidad de la divulgación, el sensor de entropía (5) está conectado con un amplificador operacional, en donde la salida de pulsos del amplificador es llevada a la unidad de control (14). Dicha unidad de control (14) está configurada para determinar la entropía multiescala (S) en un rango de 0 hasta 0,5 nats, lo que permite identificar si el fluido contenido en el tanque (3) ya está purificado.
El valor de la entropía/segundo tomado de las cavidades de vapor de agua gracias al sensor de entropía (5), se utiliza en las operaciones de la unidad de control (14) para confirmar la producción de agua dulce destilada. Por ejemplo, si se desea purificar agua de mar, y para determinar si dicha agua de mar ya es agua dulce, se mide un valor de la entropía multiescala (S) dentro del tanque (3), y si S< 0,3 nats indica que todavía no hay agua dulce tanque (3), siendo necesario esperar más tiempo hasta que el agua marina se caliente en el calentador solar a una temperatura mayor.
Dicho sensor de entropía (5) puede ser un hilo caliente a una temperatura de entre 25°C hasta 35°C, o de entre 28°C hasta 33°C aproximadamente, siendo excitado por una corriente DC constante a 25 miliamperios lo que permite detectar así la presencia de las cavidades generadas en el tanque (3).
Haciendo referencia a la FIG. 2, cuando la unidad de control (14) procesa los datos recibidos por el sensor de entropía (5), y determina que el agua dentro del tanque (3) ya está purificada, es decir, que la entropía multiescala (S) en un rango de 0 hasta 0,5 nats, se enciende la bomba de vacío (6), que a su vez está conectada con la unidad de control (14). Cuando se activa dicha bomba de vacío (6) se genera una presión negativa dentro del tanque (3) que permite extraer el vapor de agua del fluido que se encuentra en dicho tanque (3). Por otro lado, la bomba de vacío (6) puede estar conectada con un tanque de almacenamiento (9), el cual permite almacenar el fluido purificado extraído mediante la bomba de vacío (6). Lo anterior permite que el fluido extraído mediante la presión negativa del tanque (3), se almacene en dicho tanque de almacenamiento (9) para su posterior disposición.
En una modalidad de la divulgación, haciendo referencia a la FIG. 2 y FIG. 3, el sistema de purificación de agua incluye un enfriador (7) conectado entre la bomba de vacío (6) y el tanque de almacenamiento (9), donde la bomba de vacío (6) está configurada para generar una presión negativa que permite circular el vapor de agua del fluido del tanque hacia el enfriador (7) y luego hacia el tanque de almacenamiento (9).
Cuando el sistema de purificación de agua incluye un enfriador (7), la presión negativa creada por la bomba de vacío (6) dentro del tanque (3), hace circular el vapor de agua dulce a través del enfriador (7) produciendo un cambio de fase de vapor a líquido de agua destilada, lo que permite que dicho líquido se almacene dentro del tanque de almacenamiento (9). Dicho tanque de almacenamiento (9) puede contener además en su interior un sensor de nivel (13) conectado con la unidad de control (14), donde dicho sensor de nivel (13) toma un dato correspondiente al nivel de fluido dentro del tanque de almacenamiento (9), y lo envía a la unidad de control (14) para establecer así la cantidad de fluido purificado y almacenado.
Dicho enfriador (7) se selecciona del grupo conformado por enfriadores de altura, inundados, sobrealimentados, según tipo de construcción, tubo descubierto, de superficie de placa, evaporadores aleteados, evaporadores para enfriamiento de líquido, enfriador de doble tubo, enfriador baudelot, enfriador tipo tanque, enfriador con serpentín en casco, enfriador acorazado, enfriadores equivalentes conocidos por una persona medianamente versada en la materia o combinación de las anteriores.
Además, en una modalidad de la divulgación, haciendo referencia a la FIG. 3 entre la bomba (8) y el calentador (2), entre el calentador (2) y el tanque (3), y el tanque (3) y el enfriador (7) pueden disponerse válvulas que permiten controlar el paso del flujo de dichos elementos. Por ejemplo, entre la bomba (8) y el calentador (2) se puede disponer una primera válvula (10) que permite que exista o no un fluj o de fluido desde la bomba (8) hacia el calentador (2). Por otro lado, entre el calentador (2) y el tanque (3) puede disponerse una segunda válvula (11).
Dichas válvulas pueden ser manuales o pueden ser solenoides conectados con la unidad de control (14), donde dichas válvulas pueden estar controladas por la unidad de control (14). Las válvulas se pueden seleccionar del grupo conformado por válvulas de retención, válvulas de compuerta, válvulas de bola o válvula esférica, válvula de seguridad o de alivio de presión, válvula de globo (o de asiento), válvula mariposa, válvula de diafragma, válvula rotatoria, válvula antirretomo, como como por ejemplo válvula de clapeta oscilante, válvula de muelle, válvula de pistón, válvula de retención de bola, y válvulas equivalentes conocidos por una persona medianamente versada en la materia.
Por otro lado, y de acuerdo a cualquiera de las modalidades anteriormente descritas, el calentador (2), el transductor de ultrasonido (4), el sensor de entropía (5), la bomba de vacío (6), el enfriador (7), la bomba (8), la unidad de control (14) y los diferentes sensores están conectados a una fuente de alimentación (15) la cual suministra energía a dichos elementos.
Dicha fuente de alimentación (15) se puede seleccionar del grupo conformado por celdas fotovoltaicas, celdas monocristalinas, celdas policristalinas, baterías, fuentes AC, fuentes DC, motores de combustión intema, generadores cólicos, fuentes equivalentes conocidas por una persona medianamente versada en la materia o combinación de las anteriores.
Por otro lado, el dato de entropía de multiescala de las cavidades generadas en el tanque (3) obtenido por el sensor de entropía (5), el dato de temperatura obtenido por el sensor de temperatura (12), el dato de nivel obtenido por el sensor de nivel (13) que son enviados a la unidad de control (14), pueden ser almacenado en un módulo de memoria de la unidad de control. Dicha unidad de control (14) se puede seleccionar del grupo conformado por: controladores lógicos programables (PLC), microprocesadores, DSCs (Digital Signal Controller, por sus siglas en inglés), FPGAs (Field Programmable Gate Array, por sus siglas en inglés), CPLDs (Complex Programmable Logic Device, por sus siglas en inglés), ASICs (Application Specific Integrated Circuit, por sus siglas en inglés), SoCs (System on Chip, por sus siglas en inglés), PsoCs (Programmable System on Chip, por sus siglas en inglés), computadores, servidores, tabletas, celulares, celulares inteligentes, generadores de señales y unidades de control equivalentes conocidas por una persona medianamente versada en la materia y combinaciones de estas.
Además, el módulo de memoria de la unidad de control puede seleccionarse entre memorias RAM (memoria caché, SRAM, DRAM, DDR), memoria ROM (Flash, Caché, discos duros, SSD, EPROM, EEPROM, memorias ROM extraíbles (v.g. SD (miniSD, microSD, etc), MMC (MultiMedia Card ), Compact Flash, SMC (Smart Media Card), SDC (Secure Digital Card), MS (Memory Stick), entre otras)), CD-ROM, discos versátiles digitales (DVD por las siglas en inglés de Digital Versatile Disc) u otro almacenamiento óptico, casetes magnéticos, cintas magnéticas, almacenamiento o cualquier otro medio que pueda usarse para almacenar información y a la que se puede acceder con la unidad de control. En los registros de memoria generalmente se incorporan instrucciones, estructuras de datos, módulos de programas informáticos. Algunos ejemplos de estructura de datos son: una hoja de texto o una hoja de cálculo, una base de datos.
Por otro lado, la presente divulgación también se refiere a un método para purificar agua que comprende las etapas de: calentar un fluido a purificar a una temperatura entre 30°C y 90°C; emitir una frecuencia de entre 90 kHz y 2 MHz en el fluido calentado y obtener un vapor de agua; obtener un valor de entre 0 hasta 0,5 nats en el fluido calentado; y condensar el vapor de agua obtenido en la etapa anterior. Lo anterior permite purificar una amplia variedad de contaminantes (biodegradable s, recalcitrantes, orgánicos e inorgánicos) y eliminación de productos farmacéuticos (ácido clofíbrico, ibuprofeno, ketoprofeno, naproxeno, diclofenaco, carbamazepina), cianobacterias tóxicas (Microcystis aeruginosa), microalgas verdes (Chlorella vulgaris), bacterias (Legionella pneumophila) y virus (Rotavirus) del agua y las aguas residuales.
En dicho método, y como se mencionó anteriormente, la etapa de calentar un fluido a purificar a una temperatura entre 30°C y 90°C, se realiza mediante un calentador (2). Por otro lado, la etapa de emitir una frecuencia de entre 90 kHz y 2 MHz en el fluido calentado y obtener un vapor de agua, se realiza en un tanque (3), en donde dicha frecuencia es emitida mediante un transductor de ultrasonido (4). Por su parte, la etapa de obtener un valor de entre 0 hasta 0,5 nats en el fluido calentado, se realiza dentro del tanque (3) y dicho valor se obtiene mediante un sensor de entropía (5). Finalmente, la etapa de condensar el vapor de agua obtenido en la etapa anterior, se refiere a condensar el agua que está en forma de vapor de agua dentro del tanque (3) mediante un enfriador (7).
Para el entendimiento de la presente divulgación, se entenderá por emitir una frecuencia de en el fluido calentado y obtener un vapor de agua, a estimular el fluido a purificar mediante el transductor de ultrasonido (4), con una frecuencia de entre 90 kHz y 2 MHz.
EJEMPLOS
EJEMPLO 1
Haciendo referencia a la FIG. 3, se desarrolló un sistema de purificación de agua, con las siguientes características:
Un calentador (2) conectado con una bomba (8);
- un tanque (3) conectado con un calentador (2), donde dicho calentador (2) es un calentador solar;
- un transductor de ultrasonido (4) dispuesto dentro del tanque (3);
- un sensor de entropía (5) dispuesto dentro del tanque (3);
- un enfriador (7) conectado al tanque (3);
- una bomba de vacío (6) conectada con el enfriador (7); y
- un tanque de almacenamiento (9) conectado con la bomba de vacío (6). En dicho ejemplo, el calentador (2) está conectado con un sensor de temperatura (12), y además, tanto el calentador (2), el tanque (3) y el tanque de almacenamiento (9) están conectados con un sensor de nivel (13) que permite obtener un dato del nivel de fluido de dichos elementos . Además, en el ej emplo 1 hay una primera válvula (10) conectada entre la bomba (8) y el calentador (2), y una segunda válvula (11) conectada entre el calentador (2) y el tanque (3).
En el EJEMPLO 1, cuando la unidad de control (14) activa la bomba (8), la primera válvula (10) está en un modo abierto, la segunda válvula (11) está en un modo cerrado, y un fluido a purificar es bombeado hacia el calentador (2). Allí, el sensor de nivel (13) obtiene un dato de nivel del fluido del calentador (2) que es enviado a la unidad de control (14) la cual permite establecer si el calentador (2) tiene su capacidad llena. Cuando la capacidad del calentador (2) está llena, la bomba (8) para de bombear y se cierra la primera válvula (10). Una vez dispuesto el fluido a purificar en el calentador (2), dicho fluido comienza a calentarse y el sensor de temperatura (12) obtiene un dato de temperatura de dicho fluido que es enviado a la unidad de control (14). Dicha unidad de control (14) establece si la temperatura del fluido es superior a 80°C y si la temperatura del fluido se encuentra en dicho rango de temperatura, se abre la segunda válvula (11) y el fluido a purificar pasa del calentador (2) hacia el tanque (3).
Dicho sensor de nivel (13) del tanque (3) permite establecer cuando el tanque (3) se encuentra lleno. Una vez el fluido a purificar calentado se encuentra en el tanque (3), se activa el transductor de ultrasonido (4) y el sensor de entropía (5). Dicho sensor de entropía (5) envía los datos de la entropía multiescala del tanque (3) hacia la unidad de control (14), y cuando dicha entropía está en un rango establecido por un usuario, el transductor de ultrasonido (4) deja de operar y se activa el enfriador (7) y la bomba de vacío (6). Lo anterior permite que la bomba de vacío (6) genere una presión negativa dentro del tanque (3) lo que permite extraer el vapor de agua purificada hacia el enfriador (7), donde dicho enfriador (7) condensa el vapor de agua y luego dicha agua es almacenada dentro del tanque de almacenamiento (9). En dicho EJEMPLO 1 se logró obtener unos valores de Entropía multiescala MSE medidos por el sensor de entropía (5), tanto en agua apta para consumo humano, como para agua salada o agua contaminada con otros elementos.
Figure imgf000017_0001
Adicionalmente se obtuvo agua destilada, es decir es agua desprovista de sales minerales, electrolitos, microorganismos y posibles sustancias dañinas disueltas en ella. EJEMPLO 2
Se desarrolló un sistema de purificación de agua como el del EJEMPLO 1, en donde la bomba (8), la unidad de control (14), los diferentes sensores, el transductor de ultrasonido (4), el enfriador (7) y el tanque de almacenamiento (9) estaban conectados con una fuente de alimentación (15) correspondiente con un panel solar de 1 kilovatio cuya salida de 14 voltios DC carga un grupo de baterías alojadas en la UPS. Adicionalmente la UPS suministra voltajes de + 5v (36) y +12 v (37). Lo anterior permitió resultados similares al Ejemplo 1.
EJEMPLO 3
En dicho Ejemplo 3, y en forma paralela se compararon los valores de asimetría de la bioimpedancia de la muestra de agua con su contenido de sal con el fin de crear un testigo. Se buscó adquirir y procesar señales eléctricas de bioimpedancia obtenidas en varias muestras de agua salada y dulce mediante el dispositivo del Ejemplo 2, para así obtener la asimetría de la bioimpedancia (magnitud de la impedancia y fase) para 2 frecuencias de 100 y 2 KHz, en función de la salinidad expresada en partes por millón: ppm y luego obtener una ecuación de salinidad. Lo anterior también se logró mediante una fuente de corriente Howland de acuerdo con la FIG. 4.
Las asimetrías de los líquidos analizados calcularon de acuerdo con las siguientes ecuaciones:
Az = [|Z100hz - Z2khz |/ |Z100hz + Z2khz|] xl00% (2)
Ae = [|01OOhz - 02khz| / |01OOhz + 02khz|] xl00% (3)
AT= AZ + Ae (4)
En la siguiente tabla, se muestra los datos de fase 0 e impedancia Z, en función de la frecuencia de excitación de las muestras de agua y su salinidad expresada en ppm, a 100 hercios y a 2 khz, para cada muestra de ppm (0, 1, 6, 13, 20, 24, 34, 40 y 44 ppm).
Al final se presenta un cuadro resumen y la FIG. 5 muestra una gráfica comparativa entre asimetría en el eje “X” y ppm en el eje “Y”.
Figure imgf000019_0001
Tabla 1 - Datos de fase O e ímpedancía Z, en función de la frecuencia de excitación de las muestras de agua y su salinidad
Figure imgf000019_0002
Tabla 2-Información consolidada de la Tabla 1
Teniendo en cuenta la tabla anterior, al final se obtuvo la ecuación calibración del sistema electrónico en función de la asimetría total e impedancia de la cavidad de agua.
Sppm = 6a t_ 9.778. (5) Gracias a la gráfica de la FIG. 5, se obtiene una ecuación que le permite al controlador electrónico determinar la cantidad de sal en la muestra de agua. Esta ecuación se puede reescribir así:
SPpm = 6At - 9.778 (1) Donde: Sppm indica el contenido de sal en la muestra obtenida. At es la asimetría de la bioimpedancia de la muestra de agua Se debe entender que la presente invención no se halla limitada a las modalidades descritas e ilustradas, pues como será evidente para una persona versada en el arte, existen variaciones y modificaciones posibles que no se apartan del espíritu de la invención, el cual solo se encuentra definido por las siguientes reivindicaciones..

Claims

REIVINDICACIONES
1. Un sistema de purificación de agua, que comprende:
- un tanque (3) conectado con un calentador (2), dicho tanque (3) está configurado para almacenar un fluido calentado previamente en el calentador (2);
- un transductor de ultrasonido (4) dispuesto dentro del tanque (3), dicho transductor de ultra sonido (4) está configurado para convertir el fluido líquido en vapor de agua;
- un sensor de entropía (5) dispuesto dentro del tanque (3), configurado para detectar un valor correspondiente a la entropía de multiescala de las cavidades generadas en el tanque (3);
- una bomba de vacío (6) conectada con el tanque (3); donde la bomba de vacío (6) está configurada para generar una presión negativa que permite extraer el vapor de agua del fluido del tanque (3).
2. El sistema de la Reivindicación 1, en donde el calentador (2) está conectado con una bomba (8) configurada para distribuir el fluido hacia el calentador (2).
3. El sistema de la Reivindicación 2, en donde la bomba de vacío (6) está conectada con un tanque de almacenamiento (9), el cual permite almacenar el fluido purificado proveniente de la bomba de vacío (6).
4. El sistema de la Reivindicación 3, en donde la bomba de vacío (6) está conectada con un enfriador (7), donde la bomba de vacío (6) está configurada para generar una presión negativa que permite extraer el vapor de agua del fluido del tanque (3) hacia el enfriador (7).
5. El sistema de la Reivindicación 4, en donde la bomba de vacío (6) está conectada con un enfriador (7), dicho enfriador (7) está conectado a su vez con un tanque de almacenamiento (9); donde la bomba de vacío (6) está configurada para generar una presión negativa que permite circular el vapor de agua condensado del tanque (3) hacia el enfriador (7) y posteriormente hacia el tanque de almacenamiento (9).
6. El sistema de la Reivindicación 1, en donde el transductor de ultrasonido (4) está configurado para operar a una frecuencia de entre 90 kHz y 2 MHz.
7. El sistema de la Reivindicación 1, en donde el calentador (2) es un calentador solar.
8. El sistema de la Reivindicación 7, en donde dentro del calentador (2) se dispone un sensor de temperatura (12) configurado para obtener un valor de temperatura de hasta 90°C.
9. El sistema de la Reivindicación 1, en donde el sensor de entropía (5) está configurado para obtener un valor de entre 0 hasta 0,5 nats.
10. Un método para purificar agua, que comprende las etapas de: calentar un fluido a purificar a una temperatura entre 30°C y 90°C; emitir una frecuencia de entre 90 kHz y 2 MHz en el fluido calentado y obtener un vapor de agua; obtener un valor de entre 0 hasta 0,5 nats en el fluido calentado; y condensar el vapor de agua obtenido en la etapa anterior.
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