BRPI0620455A2 - um método e um sistema para desempenho de manutenção sobre uma membrana possuindo propriedades semipermeáveis - Google Patents

Abstract

UM MéTODO E UM SISTEMA PARA DESEMPENHO DE MANUTENçãO SOBRE UMA MEMBRANA POSSUINDO PROPRIEDADES SEMIIPERMEáVEIS. A presente invenção se refere a um método e a um sistema para desempenho de manutenção sobre uma membrana possuindo propriedades semipermeáveis e que é utilizada para operação normal fundamentada sobre osmose retardada de pressão (PRO - pressure retarded osmosis), a membrana possuindo uma primeira lateral de alta pressão e uma segunda lateral de pressão mais baixa. Em concordância com a presente invenção, uma primeira válvula ou bomba controlável por tempo (31; 41; 51; 61; 71; 81; 91) é conectada entre uma entrada (12) para a lateral de baixa pressão da membrana (13') e uma entrada (11) para a lateral de alta pressão da membrana (13'), referida primeira válvula ou bomba sendo operável para entrega seletivamente de um calado de água (21) de um segundo tipc de água (FW) para a primeira lateral da membrana para concentração mais baixa de substância/s dissolvida/s em água de um primeiro tipo (SW) na mesma, por intermédio disso, criação de uma função de contracorrente de pressão PRO com a água do segundo tipo (FW) a partir da primeira lateral para a segunda lateral da membrana pressurizada sobre referida primeira lateral por suprimento de alta pressão de água do primeiro tipo (SW) à montante de referido calado (21) de água do segundo tipo (FW).

Description

"UM MÉTODO E UM SISTEMA. PARA DESEMPENHO DE MANUTENÇÃO SOBRE UMA MEMBRANA POSSUINDO PROPRIEDADES SEMI PERMEÁVEIS"

CAMPO TÉCNICO DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção se refere a um método e a um sistema para desempenho de manutenção sobre uma membrana possuindo propriedades semipermeáveis e que é utilizada para operação normal fundamentada sobre osmose retardada de pressão (PRO — pressure retarded osmosis), a membrana possuindo uma primeira lateral de alta pressão e uma segunda lateral de pressão mais baixa, referida membrana sobre sua operação de PRO normal sendo configurada sobre sua primeira lateral para recepção de um suprimento de alta pressão de um primeiro tipo de água possuindo uma primeira concentração de substância/s dissolvida/s, e sobre referida segunda lateral para recepção de um suprimento de baixa pressão de um segundo tipo de água possuindo uma segunda e mais baixa concentração de substância/s dissolvida/s, como indicado nos preâmbulos das reivindicações de patente independentes 1 e 11 posteriormente.

PANORAMA DO ESTADO DA TÉCNICA DA PRESENTE INVENÇÃO

Uma tal membrana, e bem como um método e um dispositivo para proporcionar energia elétrica através da utilização de osmose retardada de pressão, é apresentada na patente norueguesa número NO 314575. A membrana apresentada possui uma camada fina de um material não poroso, a assim chamada pele de difusão, e uma camada porosa. A referência para referida patente implica na inclusão de sua apresentação neste pedido de patente. Durante a operação de PRO normal daquela técnica do estado da técnica, isto é, quando um tal dispositivo está para proporcionar energia, a primeira lateral da membrana é configurada para recepção de um suprimento de alta pressão de água do mar, e correspondentemente a segunda lateral da membrana é configurada para recepção de um suprimento de baixa pressão de água fresca.

Uma planta de energia de osmose retardada de pressão é comparável com uma planta de dessalinização funcionando em ordem inversa. Entretanto, uma planta de PRO irá ter capacidade para gerar energia a partir de água fresca em vez de consumir energia. Água fresca filtrada adentra a membrana a partir da lateral de baixa pressão da mesma e uma alta percentagem de água fresca, por exemplo, de 70 % - 90 %, é transferida por osmose através da membrana para a água do mar pressurizada sobre a lateral de alta pressão da membrana, que preferivelmente pode possuir a pele de difusão orientada em direção da lateral de alta pressão. A pressão osmótica aumenta o fluxo volumétrico da água de alta pressão e é a chave de transferência de energia em uma tal planta de energia. Isto requer uma membrana que possui um alto fluxo de água e uma alta retenção de sal. Desempenho de membrana típico deveria ser de pelo menos 4 W por metro quadrado de área de face de membrana, embora desempenho mais alto possa ser conceptível. Água salgada é bombeada a partir do mar ou de uma outra fonte de água salgada e filtrada antes de pressurização a alimentação para a membrana. Uma consideração potencial poderia ser em casos especiais para substituição de sal por um soluto contendo substância/s diferencial/ais. Em um módulo contendo a membrana, a água do mar é diluída pela água fresca chegando através da membrana, e alimentação volumétrica de água do mar é tipicamente aproximadamente de duas vezes aquela da água fresca.

Como apresentado na patente norueguesa anteriormente mencionada, a água salobra resultante a partir do módulo de membrana é dividida em dois fluxos, aproximadamente 1/3 da água salobra indo para a turbina para gerar energia e aproximadamente 2/3 retornando por intermédio de um trocador de pressão para uma saída, conseqüentemente, por intermédio do trocador de pressão contribuindo para a pressurização da alimentação de água do mar. Adequadamente, a pressão de água do mar está na faixa de 11 bar - 15 bar, equivalente para uma cabeça de água de 100 metros - 150 metros em uma planta de hidro-energia, o que implica a geração de energia na faixa de 1 MW por metro cúbico por segundo de água fresca suprida.

Algum pré-tratamento de água do mar e de água fresca supridas tem que ser desempenhado através de utilização de filtragem mecânica. Entretanto, embora filtragem mecânica possa ser efetiva na maior parte dos casos, existem todavia partículas e micróbios que não são filtrados para fora e que passam para a membrana a partir da lateral de baixa pressão. Ao longo do tempo, o desempenho da membrana irá ser reduzido e, conseqüentemente, o desempenho da planta de energia, a menos que alguma manutenção seja desempenhada para limpeza da membrana.

Uma maneira para desempenho de manutenção deveria ser remoção de membranas para limpeza e re-instalação depois disso das membranas para operação adicional, ou instalação de membranas de substituição quando as outras membranas são limpas. Entretanto, a planta de energia deveria para a extensão possível proporcionar energia sobre uma base contínua, com um mínimo de tempo parado ou capacidade reduzida, e acima de tudo com um mínimo de pessoal de equipe de manutenção para realização de remoção, limpeza e re-instalação. Deverá também ser apreciado que remoção física de um grande número de membranas para limpeza deveria também ser muito consumidor de tempo e deveria requerer numerosas válvulas de interrupção de entrada e de saída de módulo de membrana. Entretanto, se um pequeno número de módulos de cada vez é submetido para manutenção/limpeza através de tal remoção física e re- instalação, isto poderia implicar em que 0,25 % - 1 % dos módulos fossem removidos e re-instalados sobre uma base diária, provocando que a planta irá possuir uma capacidade reduzida por 0,25 % - 1 % se manutenção viesse a acontecer por um dia inteiro. Medidas mais freqüentes, tal como limpeza, deveriam ser feitas in situ, e não deveriam levar mais do que uns poucos segundos ou minutos, dependendo da freqüência de tais medidas por módulo. A presente invenção é tipicamente direcionada em proporcionar para que tais medidas mais freqüentes sejam tornadas possíveis de uma maneira eficiente, simples. Deverá ser apreciado primordialmente que manutenção ou lavagem/limpeza de um módulo não deveria necessitar ser feita mais freqüente do que, por assim dizer, a cada 6 meses e até 24 meses.

É, conseqüentemente, um objetivo da presente invenção o de evitar uma manutenção consumidora de tempo, tecnicamente complicada e dispendiosa, e em vez disso proporcionar um método muito eficiente e um sistema muito eficiente para desempenho de tal manutenção, e que irá requerer um mínimo de pessoal de equipe, um mínimo de tempo e nenhuma remoção/ re-instalação de membrana. A presente invenção possui também como um objetivo o de proporcionar para controle remoto da manutenção.

No contexto da presente invenção, a utilização de uma geral "um material semipermeável".

Em vista do fato de que a maior parte das plantas de energia normalmente proporciona mais saída de energia do que requerida em um ponto específico de tempo, deverá ser apreciado que uma perda de energia temporária diga-se de 5 % - 10 % não irá ser crítica, o que implica em que a pluralidade de membranas (ou módulos de membrana) requerida em uma tal planta de energia pode ser submetida para manutenção, isto é, pelo desempenho de operação de limpeza sobre as membranas sucessivamente, ou as membranas como grupos.

APRESENTAÇÃO DA PRESENTE INVENÇÃO

Em concordância com a presente invenção, o referido método compreende interrupção temporariamente da operação normal da membrana por introdução de um calado/uma entidade do segundo tipo de água sobre a primeira lateral da membrana para alteração de concentração de substância/s dissolvida/s em água na mesma; e criação de uma função de contracorrente com a água do segundo tipo a partir da primeira lateral para a segunda lateral da membrana por aplicação da alta pressão da água do primeiro tipo sobre referida primeira lateral em cima do calado/entidade de água do segundo tipo.

Concretizações adicionais do método em concordância com a presente invenção irão se tornar aparentes a partir das reivindicações de patente dependentes 2-10 posteriormente e bem como da apresentação detalhada com referência para as Figuras dos Desenhos acompanhantes.

Em concordância com a presente invenção, o referido sistema compreende uma primeira válvula ou bomba controlável por tempo conectada entre uma entrada para a lateral de baixa pressão da membrana e uma entrada para a lateral de alta pressão da membrana, referida primeira válvula ou bomba sendo operável para entrega seletivamente de um calado/uma entidade de um segundo tipo de água para a primeira lateral da membrana para alteração de concentração de substância/s dissolvida/s em água na mesma, por intermédio disso, criação de uma função de contracorrente com a água do segundo tipo a partir da primeira lateral para a segunda lateral da membrana pressurizada sobre referida primeira lateral por alta pressão de água do primeiro tipo aplicada em cima do calado/entidade de água do segundo tipo.

Isto implica em que a função de contracorrente assistida de pressão PRO é proporcionada pela utilização da água do segundo tipo a partir da primeira lateral para a segunda lateral da membrana pressurizada sobre a primeira lateral pela alta pressão do primeiro tipo de água que já existe devido para o fato do processo de PRO e pode ser suprida tanto à montante e quanto à jusante do módulo de membrana na linha de fluxo hidráulico para o primeiro tipo de água. Em outras palavras, é utilizada uma pressão já existente disponível sobre a primeira lateral da membrana. Por conseqüência, nenhuma pressão hidráulica é criada particularmente para a operação de contracorrente.

Concretizações adicionais do sistema em concordância com a presente invenção irão se tornar aparentes a partir das reivindicações de patente dependentes 12 - 21 posteriormente e bem como da apresentação detalhada com referência para as Figuras dos Desenhos acompanhantes.

Em conexão com o sistema de contracorrente, existe uma opção de utilização de um agente de desinfecção, que é uma solução de cloro, conforme definido na reivindicação de patente independente 22 posteriormente, embora outros agentes possam ser utilizados.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS DA PRESENTE INVENÇÃO

A presente invenção irá agora ser descrita em maiores detalhes com referência para as Figuras dos Desenhos acompanhantes que indicam concretizações alternativas, mas de nenhuma maneira limitativas, do escopo da presente invenção.

A Figura Ia ilustra a estrutura de planta de energia de PRO do estado da técnica da patente norueguesa número NO 314575.

A Figura Ib ilustra uma outra estrutura do estado da técnica na forma de uma planta de energia de PRO subterrânea ou submarina.

A Figura 2a ilustra algumas considerações fundamentais relacionadas para contracorrente de membranas em uma planta de energia fundamentada em PRO, e as Figuras 2b - 2d são mais propriamente ilustrações esquemáticas de perfis de fluxos de água e de concentração de sal para PRO, contracorrente e contracorrente reforçada, respectivamente.

A Figura 3 ilustra uma concretização de contracorrente de PRO aplicada sobre uma instalação de planta de energia de PRO de superfície.

A Figura 4 ilustra uma concretização de contracorrente de pressão PRO reforçada de osmose.

A Figura 5 ilustra uma contracorrente de pressão PRO com injeção de água fresca de menos pressão.

A Figura 6a e a Figura 7 ilustram concretizações de contracorrente utilizando PRO reforçada, a concretização da Figura 6a utilizando assistência de bomba, e a concretização da Figura 7 utilizando operação de válvula.

A Figura 6b ilustra uma concretização de contracorrente de pressão PRO aplicada sobre uma instalação de planta de energia de PRO subterrânea como mostrada na Figura 1b e também indicada na Figura 11, e representa uma alternativa para a concretização de instalação de planta de energia de PRO de superfície da Figura 6a.

A Figura 8a e a Figura 9 ilustram concretizações de contracorrente de pressão PRO reforçada de osmose, a concretização da Figura 8 utilizando assistência de bomba, e a concretização da Figura 9 utilizando operação de válvula.

A Figura 10 é um diagrama de blocos simplificado para ilustração de controle remoto de operação de bombas e de válvulas representadas nos respectivos Desenhos das Figuras 3 - 9. A Figura 11b ilustra uma concretização prática da planta de energia de PRO subterrânea continua esquematicamente mostrada na Figura Ib.

As Figuras são somente representações esquemáticas e a presente invenção não está limitada para as concretizações nelas representadas.

DESCRIÇÃO DAS CONCRETIZAÇÕES DA PRESENTE INVENÇÃO

Na descrição posteriormente da presente invenção e com referência para os Desenhos acompanhantes, as seguintes abreviações irão ser utilizadas para os vários fluxos de água:

(SW) = um primeiro tipo de água, por exemplo, água do mar.

(FW) = um segundo tipo de água.

(FB) = sangria de um segundo tipo de água, por exemplo, sangria de água fresca. (BW) = água salobra.

(PRO) = (Pressure Retarded Osmosis) = Osmose Retardada de Pressão.

(DA) = agente de desinfecção. Lateral (SW) = primeira lateral. Lateral (FW) = segunda lateral.

A Figura 1a ilustra em termos gerais a planta de energia de PRO do estado da técnica apresentada na patente norueguesa número NO 314575 possuindo uma entrada (SW) (11) pressurizada uma entrada (FW) (12) pressurizada. Tipicamente, a pressão (SW) do estado da técnica está na vizinhança de 12 bar na entrada para o módulo de membrana e a pressão (FW) é de menos do que 0,5 bar, o que implica neste exemplo que a pressão (BW) irá ser de menos do que 0,5 bar mais baixa do que a pressão (SW) na entrada para o módulo de membrana. Estas figuras de pressão são, entretanto, justamente exemplos típicos, e não deveriam de qualquer maneira ser considerados como sendo limitativos para o escopo da presente invenção, que está para ser adicionalmente descrita. Uma ou mais membranas (13') estão presentes em um módulo de membrana ou aparelhagem de membrana (13). Em uma concretização prática de uma planta de energia de PRO irá ser compreendido que uma pluralidade de tais módulos ou aparelhagens irá ser utilizada. Devido para processo de PRO, a saída (14) sobre a lateral de alta pressão do módulo irá entregar (BW) em uma pressão um pouco mais baixa do que 12 bar, por exemplo, de menos do que 0,5 bar mais baixa, e no exemplo típico também mencionado na introdução, aproximadamente 2/3 da (BW) irá passar para uma saída (BW) (15) por intermédio de um trocador de pressão (16) que proporciona para aplicação de pressão para a entrada (SW) (11) . O remanescente 1/3 da (BW) irá passar através de uma turbina (17) para a saída (BW) (18) . A (FB) a partir do módulo de membrana através da saída de baixa pressão (19) irá tipicamente possuir no presente exemplo uma pressão de menos do que 0,5 bar e um pouco abaixo da pressão (FW) .

A Figura Ib ilustra uma variação da concretização da Figura la. A Figura Ib mostra uma planta de energia de PRO subterrânea ou submarina, como adicionalmente mostrada e descrita em conexão com a Figura 11. É observado que o trocador de pressão (16) como mostrado na Figura Ia não está de qualquer forma presente, na medida em que a submersão da planta de energia torna a instalação de um trocador de pressão (16) desnecessária. Em uma planta de energia subterrânea ou submarina, (FW) possuindo alta pressão é direcionada por intermédio da turbina (17'), que está localizada sobre a lateral (FW) da aparelhagem de membrana (13) à montante da mesma e após isso diretamente para a lateral (FW) da aparelhagem de membrana (13).

Nas seguintes Figuras dos Desenhos, a turbina (17) não foi, por razões de simplicidade, mostrada, na medida em que a mesma não faz parte da operação de contracorrente. A mesma deveria, entretanto, ser considerada como presente. Embora, justamente um módulo de membrana seja mostrado, deverá ser apreciado que dois ou mais módulos ou aparelhagens de membrana podem estar presentes. Um trocador de pressão único pode operar sobre um módulo, embora preferivelmente irão existir diversos módulos conectados para cada trocador de pressão. Isto significa que preferivelmente diversos módulos irão ser submetidos para contracorrente de pressão PRO simultaneamente.

A Figura 2a ilustra o conceito fundamental da presente invenção. Um calado (21) de (FW) foi injetado para o fluxo (SW) e para o tempo em que (FW) se movimenta através da membrana para a lateral de baixa pressão da membrana (isto é, na lateral de baixa pressão do módulo de membrana, o processo osmótico irá parar). Conseqüentemente, a (FW) irá ser pressionada pela alta pressão (SW), que possui uma pressão mais alta do que a pressão sobre a lateral de baixa pressão da membrana, através da membrana como contracorrente em filtração de membrana comum. Dever ser apreciado que se água salgada ou (SW) estiver presente sobre a normalmente lateral de baixa pressão da membrana como indicado pela flecha (22), fluxo reverso poderia ser aumentado, mas a (SW) deveria necessitar se difundir ou penetrar para a estrutura de membrana primeiramente.

Todas as alternativas que são descritas posteriormente utilizam um ou mais efeitos para conseguir contracorrente.

Injeção de (FW) em uma seção do, ou o comprimento completo do, módulo de membrana (13) e por intermédio disso localmente removendo a força de condução osmótica. A pressão na linha de (SW) é mantida na planta de energia de PRO devido a que o processo de PRO continua em outros módulos/aparelhagens da planta de energia. A pressão irá forçar o fluxo de água através da membrana na direção oposta comparada com PROr por intermédio disso colocando em contracorrente a membrana localmente, como indicado na Figura 2a. O fluxo oposto irá drenar água a partir da, ao invés de alimentar água para a, lateral (SW) da membrana. Por conseqüência, a quantidade de água de contracorrente a partir dos módulos/aparelhagens em contracorrente irá temporariamente cair.

Se (SW) é injetada para a lateral (SW) da membrana na localização como (FW) é injetada para a lateral (SW) da membrana, irá existir uma força osmótica para conduzir água a partir da lateral (SW) para a lateral (FW) da membrana. 0 fluxo (osmótico) resultante, irá chegar em adição para o fluxo de contracorrente gerado pela pressão PRO na tubulação (SW), por intermédio disso aumentando o fluxo de água de contracorrente total. A força osmótica irá necessitar algum tempo para atuar devido para o fato de que sal tem que se difundir para a membrana. A difusão necessita da ordem de um minuto, em torno do mesmo tempo como o tempo de fluxo através do módulo durante PRO. As concretizações exemplificativas a serem apresentadas com referência para os Desenhos, não são de nenhuma maneira para serem consideradas exaustivas do conceito inventivo, mas são meramente incluídas para explanar como a presente invenção poderia ser colocada em prática.

No processo de PRO uma pressão normal de 4 bar - 30 bar poderia estar presente na alimentação (SW) (11) e uma pressão de menos do que 1 bar, adequadamente de menos do que 0,5 bar, na alimentação (FW) (12). Adequadamente, a pressão mais alta deveria estar no mais restrita na faixa de 8 bar - 16 bar, e em experimentações feitas a pressão foi de 0 bar - 20 bar, mas tipicamente de 12 bar. As pressões nas saídas (BW) e (FB) (14, 19) são adequadamente de menos do que 0,5 bar abaixo das respectivas entradas (SW) e (FWB) (11, 12) . Estes níveis de pressão podem ser mantidos por módulos/aparelhagens que ainda são mantidos em operação de PRO. A contracorrente local na planta de energia de PRO deveria ser conseguida com um mínimo de válvulas, bombas e perda de energia, e a partir da apresentação a seguir deverá ser apreciado que a presente invenção oferece uma operação de contracorrente muito eficiente e simples.

Se contracorrente é para acontecer em um módulo completo ou somente em uma seção de seu comprimento de cada vez, irá que ser decidido sobre fundamento da estrutura efetiva do módulo e/ou da estrutura e operação da planta de energia. Similarmente, condições operacionais e a estrutura de planta de energia irão ditar se contracorrente é para ser realizada simultaneamente em uns poucos módulos, justamente em um único módulo/aparelhagem de cada vez ou em um grande número de módulos/aparelhagens simultaneamente.

A Figura 2a ilustra PROf a flecha (23) indicando fluxo de água osmótico e (Cs) indicando concentração de sal no módulo (13) relativamente para a membrana (13'), onde (13'') indica pele de difusão e (13''') indica uma estrutura porosa. Se a estrutura porosa é em camada ou de outra configuração, dependente de materiais de estrutura utilizados, não é importante no presente contexto levando- se em consideração os princípios da presente invenção.

A Figura 2c ilustra contracorrente, o numerai de referência (24) indicando fluxo de contracorrente conduzido por pressão hidráulica gerada por PRO na planta de energia.

A Figura 2d ilustra contracorrente reforçada, o numerai de referência (25) indicando fluxo de contracorrente conduzido por pressão hidráulica gerada por PRO na planta de energia e adicionalmente osmose local.

Exemplos mais detalhados vão agora ser explanados com referência para as Figuras 3-9.

A Figura 3 é a versão a mais simples da presente invenção. O numerai de referência (31) simboliza uma bomba volumétrica de alta pressão com válvula de não retorno inclusa (por exemplo, como bombas de pistão) que "injeta" uma determinada quantidade de (FW) em um determinado intervalo de tempo para a lateral (FW) da membrana. Pressão hidráulica é mantida nesta lateral pela linha de alimentação (SW) (11) na operação de PRO. A energia para a bomba (31) é recuperada na turbina (mínima perda de eficiência).

Por conseqüência, na concretização da Figura 3, é introduzido por intermédio da bomba (31) um calado de (FW) sobre a primeira lateral ou lateral (FW) da membrana (13') de módulo (13) para alteração de concentração de substância/s dissolvida/s (com efeito: salinidade) em (SW) na mesma, e função de contracorrente de pressão PRO é por intermédio disso criada com (FW) a partir da primeira lateral [lateral (SW)] para a segunda lateral [lateral (FW)] da membrana por utilização da alta pressão de (SW) sobre referida primeira lateral para pressurização de referido calado de (FW). Este principio fundamental é também válido para as concretizações das Figuras 4—9.

A Figura 4 ilustra o principio de contracorrente de pressão PRO reforçada de osmose. A bomba (41) possui a mesma função como a bomba (31) na Figura 3. Entretanto, ao mesmo tempo a bomba (41) opera para injeção de (SW) para a lateral (FW) da membrana (13') no módulo (13) e que reforça a função de contracorrente por adição de uma força e fluxo de condução osmótica para a contracorrente de pressão PROr como ilustrado na Figura 2d.

A Figura 5 ilustra contracorrente de pressão PRO com injeção de água fresca de menos pressão.

Nesta concretização, uma válvula (54) e uma válvula (55) fecham (interrompem) (SW) e (BW), respectivamente. Subseqüente abertura de uma válvula (56) libera a pressão sobre a lateral (SW) da membrana (13') no módulo (13) e possibilita que (FW) venha a fluir para esta lateral [lateral (SW)] da membrana (13') através de uma válvula aberta (51). Quando a válvula (51) e a válvula (56) são subseqüentemente fechadas e a válvula (54) e a válvula (55) são abertas, uma função de contracorrente irá ser criada. Como mostrado pelas linhas tracejadas, opcionalmente (SW) pode ser conduzida para a lateral (FW) da membrana por intermédio de uma válvula adicional (57) (FW) a partir da tubulação de alimentação (SW) para a entrada (FW) para adicionar fluxo osmótico. Entretanto, esta última opção irá adicionar para o número de válvulas requeridas, para a complexidade e custo de planta de energia.

A Figura 6a ilustra contracorrente por pressão PRO intercambiada, utilizando uma bomba (61) para proporcionar o calado de (FW) para a lateral (SW) da membrana (13').

A bomba (61) é adequadamente uma bomba de baixa pressão que possui suficiente energia de bombeamento para superar a pressão na linha de alimentação (SW) (11) à montante do trocador de pressão (16) e, conseqüentemente, substituir (SW) com um calado de (FW) na alimentação de liquido para o trocador de pressão (16), por intermédio disso injetando (FW) para a lateral (SW) da membrana (13'). A operação é estreitamente similar para a concretização da Figura 3, exceto que somente uma bomba do tipo de baixa pressão (61) é necessitada e a perda de energia na planta de energia é menor.

A Figura 7 ilustra contracorrente por pressão PRO intercambiada, utilizando assistência a partir de um par de válvulas (71) e (74) ao invés da bomba (61) na Figura 6a.

A válvula (74) fecha (interrompe) a alimentação (SW) para o trocador de pressão (16) e (FW) é conduzida para o trocador de pressão (16) por abertura da válvula (71). De outro modo, o principio é similar para aquele da Figura 6. Subseqüentemente, depois do calado de (FW) ter sido introduzido para a lateral (SW), a válvula (71) irá fechar e a válvula (74) irá abrir.

A Figura 6b, sendo uma variação subterrânea da concretização da Figura 6a, possui operação similar para a concretização da Figura 6a levando-se em consideração a função de contracorrente. Entretanto, é observado, como apresentado em relação à Figura Ib e à Figura 11, que a turbina (17') está localizada sobre a lateral (FW) da membrana (13') à montante da mesma.

A Figura 6b também proporciona contracorrente por existência de pressão PRO, utilizando uma bomba (61) para proporcionar o calado de (FW) para a lateral (SW) da membrana (13'). A bomba (61) é adequadamente uma bomba de baixa pressão que possui suficiente energia de bombeamento para superar a pressão na linha de alimentação (SW) (11) à montante da membrana (13') e, conseqüentemente, substituir (SW) com um calado de (FW) na alimentação de liquido para a lateral de alta pressão da membrana (13'), por intermédio disso injetando (FW) para a lateral (SW) da membrana (13'). A operação é, por conseqüência, estreitamente similar para a concretização da Figura 6a, entretanto, com a diferença de que existe uma instalação subterrânea que com efeito torna o trocador de pressão (16) supérfluo, e também similar para a concretização da Figura 3, exceto que somente uma bomba do tipo de baixa pressão (61) é necessitada e a perda de energia na planta de energia é menor.

As concretizações da Figura 8 e da Figura 9 são ambas relacionadas para a contracorrente de pressão PRO reforçada por osmose.

Na Figura 8, a concretização é operada por bomba levando-se em consideração a injeção de um calado de (FW) para a lateral (SW) da membrana (13'). Por conseqüência, a injeção de (FW) para a lateral (SW) da membrana (13') é conseguida por uma bomba de baixa pressão (81) como o tipo da bomba (61) representada na Figura 6. Quando a bomba (81) opera, uma válvula (84) irá operar para conduzir (SW) para a lateral (FW) da membrana (13'), o que reforça a contracorrente por adição de uma força e fluxo de condução de pressão osmótica para a contracorrente de pressão PROr como apresentado na Figura 2d.

Na Figura 9, a concretização a bomba (81) é substituída por duas válvulas (91) e (94) . Por conseqüência, a injeção de (FW) para a lateral (SW) da membrana (13') é conseguida como na concretização da Figura 7. A válvula (94) fecha e a válvula (91) abre de maneira a introduzir um calado de (FW) para a entrada do trocador de pressão (16) e subseqüentemente para a lateral (SW) da membrana (13'). Ao mesmo tempo, uma válvula (95) conduz (SW) para a lateral (FW) da membrana (13' ) , adicionando uma força e fluxo de condução de pressão osmótica para a contracorrente de pressão PROr como na concretização da Figura 8. Subseqüentemente, depois do calado de (FW) ter sido introduzido para a lateral (SW)r s válvulas (91) e (95) irão fechar e a válvula (94) irá abrir.

Por conseqüência, deverá ser apreciado que o calado de (FW) injetado sobre a lateral (SW) da membrana (13') irá requerer que (SW) de alta pressão esteja subseqüentemente lá para forçadamente empurrar o calado de (FW) a partir da lateral (SW) para a lateral (FW) da membrana (13') .

Da Figura 3 e até a Figura 9, foi indicada uma válvula (32), (42), (52), (62), (72), (82), e (92), respectivamente, a operação da qual é para injeção de um agente de desinfecção (DA) para o calado de (FW) quando o último é injetado para a lateral (SW) da membrana (13').

Da Figura 3 e até a Figura 9, foi indicada uma válvula (33), (43), (53), (63), (73), (83), e (93), respectivamente, a operação da qual é para injeção de um agente de desinfecção (DA) para a (FW) de maneira a deixar que o agente de desinfecção (DA) venha a adentrar a membrana (13') a partir da lateral de baixa pressão, isto é, a lateral (FW)r da mesma por um tempo pré-determinado precedentemente para injeção de referido calado de (FW) para a lateral (SW) da membrana (13') . A vantagem desta operação de desinfecção é a de que o agente de desinfecção (DA) irá se movimentar para a membrana (13') e ser parado pela pele de difusão (13' ' ) , e quando a contracorrente começa com (FW) se movimentando a partir da lateral (SW) para a lateral (FW) da membrana (13'), bactérias e outros microorganismos indesejáveis localizados na membrana (13') irão sofrer descarga para fora juntamente com o agente de desinfecção (DA).

O agente de desinfecção (DA) proporcionado para a lateral (SW) da membrana (13'), isto é, para a lateral (SW) da pele de difusão (13''), irá meramente tomar conta de bactérias e de outros microorganismos indesejáveis localizados sobre a superfície da mesma. Por conseqüência, o agente de desinfecção (DA) pode ser aplicado tanto para uma ou outra lateral da membrana (13') ou quanto justamente uma única, como julgado necessário. Adequadamente, referido agente de desinfecção (DA) é uma solução de cloro, embora outros agentes possam ser utilizados.

A Figura 10 ilustra uma unidade de controle e de processamento (101) que pode operar automaticamente em concordância com um programa de manutenção ou possuir recursos de domínio (102) para garantir controle manual por um operador (não mostrado). Um mostrador (display) (103) é adequadamente proporcionado para garantir a um operador monitorar como uma operação de contracorrente progride na planta de energia. A unidade (101) possui saídas para operação de controle das bombas e válvulas como requerido, isto é, para controle de partida e de parada das bombas e de abertura e de fechamento das válvulas como requerido. A unidade (101) pode adequadamente possuir uma estrutura de microprocessador ou (PC), governada por software e/ou firmware adequado.

A Figura 11 ilustra uma planta de energia de PRO subterrânea operando continuamente. Alimentação (FW) (111) é proporcionada para uma turbina (112) [similar para a turbina (17')] da Figura Ib e da Figura 6b) a partir de um suprimento (FW) (113), por exemplo, um rio. Uma aparelhagem de módulo (114) [similar para a membrana (13')] está sobre a lateral (FW) conectada para a saída a partir da turbina (112) , e a sangria (FW) (BW) (115) a partir da aparelhagem de módulo (114) é direcionada para um reservatório de (SW) (116), por exemplo, o mar. Alimentação (SW) (117) adentra a lateral de alta pressão da aparelhagem de módulo (114) e deixa a (sai da) aparelhagem de módulo (114) como (BW) que á alimentada por intermédio de linha (118) de volta para o reservatório (116).

Embora justamente uma única aparelhagem de módulo (114) seja mostrada na Figura 11, e também nas outras Figuras dos Desenhos, deverá ser compreendido que uma pluralidade de ou ainda mesmo uma substancial pluralidade de módulos de membrana (13; 114) deveria normalmente estar envolvida na operação de uma planta de energia de PRO.

Adicionalmente, deverá ser apreciado que os princípios de operação de contracorrente como apresentados em conexão com a Figura 5, a Figura 6a, a Figura 7, a Figura 8, e a Figura 9 irão ser aplicados igualmente bem no caso em que a turbina (17; 112) ao invés disso está localizada sobre a lateral (FW) à montante da aparelhagem de membrana, por conseqüência implicando em que operação de contracorrente venha a ser feita sobre uma instalação subterrânea, mais preferivelmente do que sobre uma instalação de superfície.

A presente invenção foi descrita com referência para concretizações específicas, e deverá ser observado por aqueles especializados no estado da técnica que a presente invenção não é para ser considerada como estando limitada para estas concretizações exemplificativas, preferidas e vantajosas descritas anteriormente, mas certamente, um número de variações e de modificações é conceptível, e a presente invenção pode ser livremente variada e está unicamente delimitada dentro do escopo e do espírito de proteção das reivindicações de patente posteriormente.

Claims (22)

1. Um método para desempenho de manutenção sobre uma membrana (13') possuindo propriedades semipermeáveis para operação normal fundamentada sobre osmose retardada de pressão (PRO - pressure retarded osmosis), a membrana possuindo uma primeira lateral de alta pressão e uma segunda lateral de pressão mais baixa, referida membrana sobre sua operação de PRO normal sendo configurada sobre sua primeira lateral para recepção de um suprimento de alta pressão de um primeiro tipo de água possuindo uma primeira concentração de substância/s dissolvida/s, e sobre referida segunda lateral para recepção de um suprimento de baixa pressão de um segundo tipo de água possuindo uma segunda e mais baixa concentração de substância/s dissolvida/s, caracterizado pelo fato de que o referido método compreende as seguintes etapas: - interrupção temporariamente da operação normal da membrana por introdução de um calado/uma entidade do segundo tipo de água (FW) sobre a primeira lateral da membrana (13' ) para alteração de concentração de substância/s dissolvida/s em água na mesma; e - criação de uma função de contracorrente com a água do segundo tipo (FW) a partir da primeira lateral para a segunda lateral da membrana (13') por aplicação da alta pressão da água do primeiro tipo (SW) sobre referida primeira lateral em cima do calado/entidade de água do segundo tipo (FW) .

2. Um método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o referido método compreende as seguintes etapas: a.) suprimento de referido calado/entidade de água de referido segundo tipo de água para referida primeira lateral subseqüente para suprimento de água do primeiro tipo para a primeira lateral sendo temporariamente interrompido e a saida a partir da primeira lateral da membrana conectada somente para a saida a partir da segunda lateral da membrana; b) interrupção do suprimento de água do segundo tipo para a primeira lateral da membrana e interrupção de conexão entre referidas saldas; e c) aplicação de água de referido primeiro tipo à montante de referida água de referido segundo tipo suprida para referido primeiro tipo na etapa a.).

3. Um método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido calado de água de referido segundo tipo de água é aplicado para referida primeira lateral quando suprimento de água do primeiro tipo é temporariamente interrompido, e em que o calado/entidade de água do segundo tipo para a primeira lateral da membrana é subseqüentemente interrompido e o suprimento do primeiro tipo de água é restaurado.

4. Um método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que referido calado/entidade de água do segundo tipo é aplicado temporariamente para referida primeira lateral para um fluxo de água do primeiro tipo (Figuras 3, 4, 6, 8).

5. Um método de acordo com as reivindicações 1 ou 4, caracterizado pelo fato de que suprimento de água do segundo tipo para a primeira lateral possui uma pressão que excede a alta pressão do primeiro tipo de água, referido suprimento sendo assistido pela ação a partir de uma bomba proporcionando pressão mais alta.

6. Um método de acordo com as reivindicações 1, 3, 4 ou 5, caracterizado pelo fato de que o referido método adicionalmente compreende: - introdução sobre a segunda lateral da membrana de um fluxo de água do primeiro tipo para o fluxo de água do segundo tipo para criação de uma função de contracorrente reforçada.

7. Um método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o fluxo de água do primeiro tipo entregue para a segunda lateral possui uma pressão de entrega igual para ou mais alta do que referida baixa pressão, mas mais baixa do que referida alta pressão.

8. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 7, caracterizado pelo fato de que o referido método adicionalmente compreende injeção de um agente de desinfecção para a água do segundo tipo durante operação de PRO normal da membrana de maneira a deixar o agente de desinfecção adentrar a membrana a partir da lateral de baixa pressão da mesma por um tempo pré- determinado precedentemente para introdução de referido calado/entidade de água do segundo tipo para a primeira lateral da membrana para interrupção da operação de PRO normal.

9. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 8, caracterizado pelo fato de que o referido método adicionalmente compreende injeção de um agente de desinfecção para o calado/entidade de água do segundo tipo quando referido calado/entidade de água é entregue para referida primeira lateral da membrana.

10. Um método de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 - 9, caracterizado pelo fato de que referida concentração de substância/s dissolvida/s é relacionada para salinidade, o primeiro tipo de água sendo água do mar e o segundo tipo de água sendo água fresca.

11. Um sistema para desempenho de manutenção sobre uma membrana possuindo propriedades semipermeáveis para operação normal fundamentada sobre osmose retardada de pressão (PRO — pressure retarded osmosis), a membrana possuindo uma primeira lateral de alta pressão e uma segunda lateral de pressão mais baixa, referida membrana sobre sua operação de PRO normal sendo configurada sobre sua primeira lateral para recepção de um suprimento de alta pressão de um primeiro tipo de água possuindo uma primeira concentração de substância/s dissolvida/s, e sobre referida segunda lateral para recepção de um suprimento de baixa pressão de um segundo tipo de água possuindo uma segunda e mais baixa concentração de substância/s dissolvida/s, caracterizado pelo fato de que o referido sistema para desempenho de manutenção e por intermédio disso interrupção temporariamente de referida operação normal compreendendo: uma primeira válvula ou bomba controlável por tempo (31; 41; 51; 61; 71; 81; 91) conectada entre uma entrada (12) para a lateral de baixa pressão da membrana (13') e uma entrada (11) para a lateral de alta pressão da membrana (13'), referida primeira válvula ou bomba sendo operável para entrega seletivamente de um calado/entidade de água (21) de um segundo tipo de água (Fff) para a primeira lateral da membrana para alteração de concentração de substância/s dissolvida/s em água na mesma, por intermédio disso, criação de uma função de contracorrente com a água do segundo tipo (FW) a partir da primeira lateral para a segunda lateral da membrana pressurizada sobre referida primeira lateral pela alta pressão de água do primeiro tipo (SW) aplicada em cima do calado/entidade de água do segundo tipo (FW) .

12. Um sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que uma segunda válvula ou bomba controlável (54) é conectada na entrada de suprimento (11) da água do primeiro tipo (SW) à montante da saida a partir da primeira válvula ou bomba (51) para a primeira lateral, em que uma terceira válvula controlável (55) é conectada para a saida (14) a partir de referida primeira lateral, e em que uma quarta válvula controlável (56) possui sua entrada conectada para a saida (14) a partir da primeira lateral à montante da terceira válvula controlável (55) e sua saida conectada para uma saida terminada em abertura (19) a partir da segunda lateral.

13. Um sistema de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que recursos são proporcionados e configurados em um primeiro estado operacional para provocar que referidas segunda e terceira válvulas (54; 55) venham a se fechar e referidas primeira e quarta válvulas (51; 56) venham a se abrir, e em um segundo estado operacional para fechamento da primeira e da quarta válvulas (51; 56) e abertura da segunda e da terceira válvulas (54; 55), por intermédio disso provocando que a função de contracorrente venha a ser efetuada.

14. Um sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referida primeira válvula (71; 91) é conectada para referida primeira lateral da membrana (13') tanto diretamente ou quanto por intermédio de uma entrada de um trocador de pressão (16), em que uma segunda válvula controlável (74; 94) é conectada à montante do trocador de pressão (16) ou à montante da primeira lateral da membrana (13') para o suprimento de entrada de água do primeiro tipo (SW) normalmente entregue para a primeira lateral da membrana (13') tanto diretamente ou quanto por intermédio do trocador de pressão (16), referida primeira válvula (71; 91) conectada para uma tubulação de entrega para água do primeiro tipo (SW) tanto em uma localização entre a segunda válvula (74; 94) e a membrana (13') ou entre a segunda válvula (74; 94) e a entrada para o trocador de pressão (16).

15. Um sistema de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que referida bomba (31; 41; 61; 81) é configurada para entrega temporariamente de referido calado/entidade de água do segundo tipo (FW) para referida primeira lateral para um fluxo de água do primeiro tipo (SW).

16. Um sistema de acordo com as reivindicações 11 ou 15, caracterizado pelo fato de que suprimento de água do segundo tipo (FW) para a primeira lateral assistido pela ação a partir de referida bomba (31; 41; 61; 81) possui uma pressão de saida do suprimento de água que excede referida alta pressão da água do primeiro tipo (SW).

17. Um sistema de acordo com as reivindicações 11, -14, 15 ou 16, caracterizado pelo fato de que o referido sistema adicionalmente compreende uma terceira válvula controlável (44; 84; 95) conectada entre uma entrada (11) para a primeira lateral e uma entrada (12) para a segunda lateral da membrana (13'), referida terceira válvula controlável (44; 84; 95) para introdução sobre a segunda lateral da membrana de um fluxo de água do primeiro tipo (SW) para o fluxo de água do segundo tipo (Fff) para criação de uma função de contracorrente reforçada.

18. Um sistema de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o calado ou entidade de água do primeiro tipo (SW) entregue para a segunda lateral por referida terceira válvula controlável (44; 84; 95) possui uma pressão de entrega igual para ou mais alta do que referida baixa pressão, mas mais baixa do que referida alta pressão.

19. Um sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 - 18, caracterizado pelo fato de que o referido sistema adicionalmente compreende um recurso de injetor de desinfetante (33; 43; 53; 63; 73; 83; 93) configurado para injeção controladamente de um agente de desinfecção (DA) para a água do segundo tipo (FW) à montante da lateral de baixa pressão da membrana (13') para deixar o agente de desinfecção adentrar a membrana (13') a partir da lateral dé baixa pressão da mesma por um tempo pré-determinado durante operação de PRO normal da membrana precedentemente para introdução de referido calado/entidade de água do segundo tipo (FW) para a primeira lateral da membrana para interrupção da operação de PRO normal e começo da função de contracorrente.

20. Um sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 - 19, caracterizado pelo fato de que o referido sistema adicionalmente compreende um recurso de injetor de desinfetante (32; 42; 52; 62; 72; 82; 92) configurado para injeção controladamente de um agente de desinfecção (DA) para o calado/entidade de água do segundo tipo (FW) quando o mesmo é entregue para a primeira lateral para começo da função de contracorrente.

21. Um sistema de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 - 20, caracterizado pelo fato de que referida concentração de substância/s dissolvida/s é relacionada para salinidade, o primeiro tipo de água sendo água do mar e o segundo tipo de água sendo água fresca.

22. Um agente de desinfecção, caracterizado pelo fato de que é para utilização com um sistema conforme definido nas reivindicações 19 ou 20, em que referido agente de desinfecção (DA) é uma solução de cloro.