ES2205479T3 - Sistemas modulares de filtrado. - Google Patents
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Abstract
Sistema de filtrado modular (5; 105; 305) comprendiendo: Una trayectoria del flujo de fluido de alimentación (12A; 134A; 334A), una trayectoria del flujo de fluido de desecho (12B; 334B) y una trayectoria del flujo de fluido de producto (12C; 134C; 334C); Una pluralidad de módulos de producción (12; 110; 310), cada uno de los cuales incluye un filtro de membrana de ósmosis inversa (14; 150; 314) el cual separa un primer fluido (120A) en la trayectoria del flujo de fluido de alimentación (12A; 134A; 334A), en un segundo fluido (120B) en la trayectoria del flujo de fluido de desecho (12B; 334B) y un tercer fluido (120C) en la trayectoria del flujo de fluido de producto (12C; 134C; 334C); Los módulos de producción (12; 110; 310) dispuestos en el interior de una carcasa exterior (390), en la cual los módulos de producción adyacentes (12; 110; 310) están mecánicamente acoplados en serie mediante colectores (210) los cuales fluídicamente los acoplan en paralelo con relación a las trayectorias delflujo de fluido (12A; 134A; 334A) (12B; 334B)(12C; 134C; 334C); Las trayectorias del flujo (12A; 134A; 334A) (12B; 334B) (12C; 134C; 334C) siendo paralelas unas a otras a lo largo de la longitud de cada uno de los módulos de producción (12; 110; 310) y Los acoplamientos fluidos entre la trayectoria del flujo de fluido de alimentación (12A; 134A; 334A) y los filtros de membrana (14; 150; 314) en los módulos de producción (12; 110; 310) están provistos mediante canales (216) definidos por los colectores (210).
Description
Sistemas modulares de filtrado.
Existe una amplia demanda mundial de fluidos
purificados, uno de los comercialmente más importantes es la
producción de agua fresca a partir de agua salada o salobre
utilizando la tecnología de la ósmosis
\hbox{inversa.}
La mayoría de las unidades de filtrado consisten
en un recipiente cilíndrico que contiene un filtro y tres
trayectorias del flujo que comunican con el exterior. Una de las
trayectorias del flujo transporta un fluido de alimentación, otra
trayectoria del flujo transporta fluido filtrado (es decir, el
producto) y la tercera trayectoria del flujo transporta el rechazo
el cual es referido también a veces como fluido de desecho. En el
caso de unidades de ósmosis inversa utilizadas para purificar el
agua salobre, el fluido de alimentación sería el agua salobre, el
fluido filtrado sería el agua destilada (fresca), mientras que el
fluido de desecho sería el agua salada.
Las plantas de filtrado generalmente incluyen una
multitud de unidades de filtrado físicamente separadas dispuestas en
o cerca del nivel del suelo. Los fluidos de alimentación, filtrado y
de desecho son transportados por tres tuberías separadas,
respectivamente, y cada unidad de filtrado está fluídicamente
acoplada a cada una de las tuberías que utiliza una manguera u otro
tipo de conducto. En las realizaciones de este tipo, todo el sistema
está formado por módulos, con las diversas unidades de filtrado
comprendiendo los módulos. Los diversos módulos están dispuestos
mecánicamente más o menos en paralelo y las diversas membranas están
fluídicamente dispuestas en paralelo. Existen muchas ventajas en una
disposición de este tipo, no siendo la menos importante de ellas el
que los módulos individuales se puedan desconectar del sistema para
operaciones de mantenimiento, mientras el resto del sistema no se ve
afectado.
El documento
US-A-4,125,463 de Chenoweth sigue
esta misma estrategia, excepto en que sus diversos módulos de
ósmosis inversa (denominados conjuntos de permeación) están
dispuestos en conjuntos de cinco alrededor de una tubería ascendente
común. Esta adaptación permite ajustar cientos de módulos
convenientemente dentro de un entubado de pozo único. Aquí otra vez,
sin embargo, no se explica ni se sugiere ninguna clase de
súper-módulo el cual pueda encerrar conjuntos de
cinco módulos de ósmosis inversa y los cuales se puedan disponer en
serie.
Todavía otra descripción sugiere la creación de
un alojamiento subacuático profundo para contener los módulos de
filtrado. Otra vez, los módulos se contemplan estando físicamente
dispuestos más o menos en paralelo, mientras los filtros se
contemplan estando fluídicamente dispuestos en paralelo.
Las disposiciones conocidas de módulos no están
libres, sin embargo, de sus limitaciones. La colocación de los
módulos en paralelo requiere un espacio considerable y cuando se
colocan en el suelo en una realización comercial a menudo requiere
una "huella" relativamente grande. El concepto del tipo
Chenoweth de utilizar un pozo profundo produce una utilización
relativamente buena del espacio, pero es impracticable debido al
amplio número de interconexiones
requeridas.
requeridas.
El documento
US-A-4,702,842 describe un mecanismo
de elemento de membrana de bombeo y circulación que comprende una
carcasa cilíndrica que actúa como una vasija de presión capaz de
soportar la presión de la ósmosis inversa y un módulo de membrana de
forma global cilíndrica de menor diámetro que la carcasa, dicho
módulo de membrana estando sostenido en el interior de la carcasa de
forma que exista un espacio continuo entre el módulo de membrana y
la superficie interior de la carcasa, dicho módulo de membrana
estando provisto de un paso central longitudinal por dentro del cual
pasa el permeado, dicho paso de membrana estando cerrado
herméticamente en el extremo del impulsor por medios de junta y
alineados en un extremo de conexión con un conector de forma que el
permeado pueda fluir desde el paso de membrana dentro del paso
adjunto del conector.
El documento
US-A-5,470,469 describe un aparato
de separación de membrana de fibra estrecha que comprende una vasija
de presión provista de uno o más cartuchos de membrana de fibra
estrecha deslizantes en el interior, reemplazables dispuestos
longitudinalmente en su interior.
El documento
US-A-4,083,780 describe un sistema
de purificación de fluidos que comprende una vasija de presión que
contiene una pluralidad de elementos de membrana envueltos en
espiral.
Es un objeto de la presente invención
proporcionar un sistema de filtrado modular el cual ahorra espacio y
es eficiente en cuanto al coste y sin embargo proporciona buenos
resultados de filtrado.
Esto se consigue mediante un filtrado modular de
acuerdo con la reivindicación 1. Las realizaciones preferidas se
describen en las reivindicaciones dependientes.
En la presente invención se proporciona un
aparato en el cual el filtro de membrana de ósmosis inversa que
contiene los módulos de producción está mecánicamente acoplado en
serie, mientras que los filtros contenidos en los módulos de
producción están fluídicamente acoplados con las trayectorias de los
flujos de los fluidos de alimentación, filtrado y desecho, en
paralelo.
Entre las muchas posibilidades diferentes
contempladas, cada módulo de producción puede ventajosamente
contener no sólo el filtro, sino, también, las tres trayectorias del
flujo, de forma que se pueda instalar, acceder y desmontar, una
serie de módulos acoplados como una única unidad. Se contempla
adicionalmente que los módulos acoplados se puedan desplegar en el
espacio de una manera eficaz, tal como por ejemplo mediante la
inserción dentro de un pozo profundo o superficial, una torre, a lo
largo del suelo al lado de una colina o montaña, o incluso bajo una
carretera o un terreno de aparcamiento. También se contempla que los
módulos de producción adyacentes puedan estar diseñados para
acoplarse uno con otro utilizando una junta de ajuste deslizante y
que los módulos de producción se puedan mantener en la relación de
acoplamiento a través de conexiones a cables o varillas de
soporte.
Diversos objetos, características, aspectos y
ventajas de la presente invención se harán más evidentes a partir de
la siguiente descripción detallada de realizaciones preferidas,
conjuntamente con los dibujos que se acompañan, en los que números
iguales representan componentes iguales.
La figura 1 es un esquema explosionado de un
sistema de filtrado de acuerdo con la presente invención.
La figura 2 es un esquema de una realización
preferida de un sistema de filtrado basado en un pozo de acuerdo con
la presente invención.
La figura 3 es una sección parcial en tres
dimensiones de un colector de un módulo de producción de acuerdo con
la presente invención.
La figura 4 es un esquema de una realización
preferida de un sistema de filtrado por encima del suelo de acuerdo
con la presente invención.
En la figura 1 un sistema de filtrado 5
globalmente comprende una pluralidad de módulos de producción 10
unidos a tope extremo a extremo. Cada módulo 10 incluye tres
conductos, un conducto de alimentación 12A, un conducto de desecho
12B y un conducto de producto 12C. Los diversos conductos están
fluídicamente acoplados a filtros 14 a través de derivaciones 16A,
16B y 16C, respectivamente. En general, el fluido de alimentación
fluye a través de los conductos 12A y 16A al filtro 14, el cual
separa las corrientes de desecho y de producto. El desecho fluye a
través del conducto 16B y en el conducto 12B, mientras que el
producto fluye a través del conducto 16C y dentro del conducto 12C.
Los conductos 12A, 12B y 12C están acoplados de un módulo al otro de
forma que cada tipo de fluido fluya a través de todos los módulos en
paralelo.
En la figura 2 el sistema 105 se observa
incluyendo otros módulos y conexiones útiles para una realización
preferida. Aquí, el agua de alimentación 120A, tal como agua salada
o salobre, es conducida por la bomba 133 hacia arriba a través del
conducto de suministro 131 dentro de una planta de producción de
ósmosis inversa basada en un pozo. El agua de alimentación 120A
fluye entonces hacia abajo a lo largo de la trayectoria del flujo
134A al filtro 150 en el módulo 110, el cual separa el producto de
agua fresca 120C del agua de desecho 120B. El producto de agua
fresca 120C fluye hacia arriba en la trayectoria del flujo 134C al
depósito de retención 140, ayudado por la bomba 135. El agua de
desecho 120B fluye hacia arriba en la trayectoria del flujo del agua
de desecho 134B y es descargada del sistema 105. De esta manera, los
diversos módulos 110 están mecánicamente conectados en serie,
mientras que los filtros de fluido 150 están conectados en paralelo,
con relación a las trayectorias del flujo 134A, 134B y 134C.
También se ilustran en la figura 2 un módulo de
tomas 111 y de transición 160 que realiza la transición entre la
bomba o los módulos de producción y la superficie. Se contempla
también que se puedan diseñar módulos de producción adyacentes 100
para acoplarlos unos con otros utilizando una junta de ajuste
deslizante (no representada) y que los módulos de producción se
puedan mantener en relación de acoplamiento a través de conexiones a
cables y varillas de soporte.
La figura 3 ilustra un colector 210 el cual se
puede colocar en un extremo de un módulo de producción para
acoplarlo a ambos módulos adyacentes y acoplar las diversas
trayectorias del flujo. Entre otras cosas, el colector 210 define
diversos canales 216 a través de los cuales pasa un fluido de
alimentación (véase la flecha 206) desde un espacio de suministro de
fluido de alimentación 134A (véase la figura 2) a un espacio de
flujo interior 200, antes de fluir sobre un filtro (no
representado). Los diversos canales 216 están formados dentro de
nervaduras 217, las cuales sirven también para sostener una tubería
260 que define la trayectoria del flujo del producto. Como se
apreciará rápidamente, el fluido de desecho que fluye pasando el
filtro (o filtros) en el módulo 210 fluye en la dirección de la
flecha 208 y entonces a lo largo de la trayectoria 134B (véase la
figura 2).
En la figura 4 el sistema 305 ilustra una
realización por encima del suelo globalmente en la cual el agua de
alimentación 320A es conducida por una bomba 333 hacia arriba a
través del conducto de suministro 331 dentro de un filtro previo 335
y una bomba de intercambio de trabajo 336. El agua de alimentación
320A pasa entonces a través del conducto de suministro 331B a dos
unidades de producción 310 a través de la trayectoria del flujo del
fluido de alimentación 334A. Una vez dentro de las unidades de
producción 310, algo del fluido de alimentación 320A pasa a través
de los filtros 314 para formar producto 320C, el cual se recoge en
la trayectoria del flujo del producto 334C. El producto 320C fluye
entonces por gravedad al depósito de retención 340. El fluido el
cual deja de pasar a través de los filtros 314 se convierte en el
fluido de desecho 320B y es transportado a lo largo de la
trayectoria del flujo 334B y es expulsado del sistema. Por lo tanto,
en esta realización, como en la realización de la figura 2, las
secciones de una de las trayectorias del flujo (aquí la trayectoria
del flujo del fluido de alimentación 334A) están dispuestas entre
los módulos 310 y la carcasa exterior 390. Por supuesto, se
contemplan otras realizaciones en las cuales las secciones de una o
más trayectorias del flujo diferentes están incluidas dentro de
los
módulos 310.
módulos 310.
Un sistema como el de la figura 4 se contempla
para incluir preferentemente cualquiera desde dos hasta 50 o más
unidades de producción 310, con cada unidad de producción
preferiblemente variando en la gama de desde aproximadamente 3,05 m
(10 pies) hasta aproximadamente 6,1 m (20 pies) de longitud. La
carcasa exterior tiene preferiblemente 0,762 m (30 pulgadas) de
diámetro, pero puede tener ventajosamente diámetros mayores o
menores y puede, en efecto, tener secciones transversales distintas
de redonda. Sobre la base de los filtros existentes, un sistema de
este tipo se espera que produzca aproximadamente
7571 m^{3} (2 millones de galones) de agua fresca o bien otro producto fluido por día.
7571 m^{3} (2 millones de galones) de agua fresca o bien otro producto fluido por día.
Detalles adicionales de sistema preferidos los
cuales pueden ser aplicables al presente tema objeto de invención se
describe en el documento
WO-A-98/09718, el cual se incorpora
aquí en su totalidad. Detalles de este tipo se refieren a tipos
preferidos de bombas, dimensiones preferidas de los módulos,
orientaciones y colocaciones preferidas del sistema, filtros
preferidos y demás. Particularmente se contemplan realizaciones en
las cuales la presión necesaria para el funcionamiento de los
filtros está substancialmente provista por una bomba o una columna
de líquido. Las bombas de desplazamiento positivo se prefieren con
este propósito, especialmente en las que tales bombas están
incorporadas dentro de las unidades de intercambio de trabajo.
Columnas de fluido de alimentación se prefieren también,
especialmente en las que la columna tenga por lo menos una
profundidad de 61 m (200 pies), más preferiblemente por lo menos 152
m (500 pies) de profundidad, todavía más preferiblemente por lo
menos 305 m (1000 pies) de
profundidad y aún más preferiblemente por lo menos 457 m (1500 pies) de profundidad.
profundidad y aún más preferiblemente por lo menos 457 m (1500 pies) de profundidad.
Existen, por supuesto, innumerables otras
modificaciones que se pueden realizar y que todavía quedan dentro
del concepto general establecido aquí. Por ejemplo, en la figura 1,
los tres conductos de fluido 12A, 12B y 12C se representan
completamente contenidos en el interior de los módulos de producción
10. En las realizaciones alternativas, sin embargo, uno, dos o los
tres conductos de fluido pueden estar dispuestos fuera de los
módulos de producción 10. La figura 2 es un ejemplo que hace al
caso, ya que el fluido de alimentación 120A fluye en la trayectoria
134A fuera de los módulos 110, es decir, entre los módulos 110 y la
carcasa del pozo. En otras modificaciones, los sistemas de filtrado
de acuerdo con la materia objeto de la invención se pueden colocar
en una gran variedad de configuraciones y disposiciones. Por
ejemplo, los sistemas pueden estar configurados como un único tubo
largo, como una "explotación" de tubos cortos, o incluso en
curva o en círculo. También, los sistemas se pueden colocar por
encima del suelo, por debajo del suelo, parcialmente por encima y
parcialmente por debajo del suelo, verticalmente, horizontalmente y
formando cualquier ángulo entre ellos.
También debe apreciarse que los fluidos de
alimentación, desecho y producto pueden variar de un sistema a otro
sistema y se deben considerar en el sentido más general. Por
ejemplo, el fluido de alimentación puede estar contaminado con sólo
una pequeña cantidad de sal común o puede estar muy contaminado con
todo tipo de sólidos orgánicos, inorgánicos, disueltos o en
suspensión. De forma similar, el fluido de desecho en un sistema de
desalinización puede no ser totalmente de desecho, sino que puede
alimentar un segundo sistema de filtrado utilizando una presión más
elevada. Todavía adicionalmente, con respecto al filtrado de fluidos
dietéticos, tales como por ejemplo zumo de naranja, el fluido de
desecho puede tener un considerable valor comercial como
alimentación animal o fertilizante. A lo largo de los mismos
conductos, el fluido producto no necesita ser especialmente puro. La
pureza es relativa y se pueden utilizar algunos sistemas que
produzcan agua u otros fluidos los cuales no se consideran
globalmente como potables.
Por lo tanto, han sido descritos sistemas de
filtrado modular en los cuales los módulos están mecánicamente
acoplados en serie, mientras los filtros están fluídicamente
acopados en paralelo. Mientras han sido representadas y descritas
realizaciones y aplicaciones específicas, será evidente para
aquellos expertos en la técnica que son posibles muchas más
modificaciones sin salirse de estos conceptos inventivos. La
invención, por lo tanto, no está limitada sino por el espíritu de
las reivindicaciones anexas.
Claims (4)
1. Sistema de filtrado modular (5; 105; 305)
comprendiendo:
Una trayectoria del flujo de fluido de
alimentación (12A; 134A; 334A), una trayectoria del flujo de fluido
de desecho (12B; 334B) y una trayectoria del flujo de fluido de
producto (12C; 134C; 334C);
Una pluralidad de módulos de producción (12; 110;
310), cada uno de los cuales incluye un filtro de membrana de
ósmosis inversa (14; 150; 314) el cual separa un primer fluido
(120A) en la trayectoria del flujo de fluido de alimentación (12A;
134A; 334A), en un segundo fluido (120B) en la trayectoria del flujo
de fluido de desecho (12B; 334B) y un tercer fluido (120C) en la
trayectoria del flujo de fluido de producto (12C; 134C; 334C);
Los módulos de producción (12; 110; 310)
dispuestos en el interior de una carcasa exterior (390), en la cual
los módulos de producción adyacentes (12; 110; 310) están
mecánicamente acoplados en serie mediante colectores (210) los
cuales fluídicamente los acoplan en paralelo con relación a las
trayectorias del flujo de fluido (12A; 134A; 334A) (12B; 334B)(12C;
134C; 334C);
Las trayectorias del flujo (12A; 134A; 334A)
(12B; 334B) (12C; 134C; 334C) siendo paralelas unas a otras a lo
largo de la longitud de cada uno de los módulos de producción (12;
110; 310) y
Los acoplamientos fluidos entre la trayectoria
del flujo de fluido de alimentación (12A; 134A; 334A) y los filtros
de membrana (14; 150; 314) en los módulos de producción (12; 110;
310) están provistos mediante canales (216) definidos por los
colectores (210).
2. El sistema de la reivindicación 1 en el que
los módulos de producción (12; 110; 310) contienen cada uno de ellos
una sección de las trayectorias del flujo (12A; 134A; 334A) (12B;
334B) (12C; 134C; 334C).
3. El sistema de la reivindicación 1 ó 2
adicionalmente comprendiendo una bomba la cual presuriza la
trayectoria del flujo de fluido de alimentación (12A; 134A;
334A).
4. El sistema de la reivindicación 1 ó 2
adicionalmente comprendiendo una columna de fluido la cual presuriza
la trayectoria del flujo de fluido de alimentación (12A; 134A;
334A).
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
| US4300197P | 1997-04-14 | 1997-04-14 | |
| US43001P | 1997-04-14 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2205479T3 true ES2205479T3 (es) | 2004-05-01 |
Family
ID=21924920
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES98918153T Expired - Lifetime ES2205479T3 (es) | 1997-04-14 | 1998-04-13 | Sistemas modulares de filtrado. |
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