ES2221201T3 - Aparato y procedimiento para la depuracion de agua. - Google Patents

Abstract

Aparato para depurar agua potable, que comprende una boca de entrada de agua de alimentación y una boca de salida dispensadora de agua potable y un dispositivo de filtro (54) interpuesto entre dicha boca de entrada y dicha boca de salida; caracterizado porque: a) el dispositivo de filtro (54) comprende un prefiltro (52) y un filtro de membrana microporosa (53); porque b) el aparato comprende medios de caudal constante (58) para hacer funcionar dicho filtro a un caudal constante; c) y porque el aparato comprende medios para monitorizar el tiempo desde la instalación del dispositivo de filtro (54), medios para monitorizar el tiempo total durante el cual el agua ha fluido a través del dispositivo de filtro (54) y medios de cierre adaptados para impedir el flujo de agua a través del dispositivo de filtro (54) cuando cualquiera de dichos tiempos haya alcanzado un valor de umbral predeterminado.

Description

Aparato y procedimiento para la depuración de agua.

Campo de la invención

Esta invención se refiere a un aparato para depurar agua, que esté o pueda estar contaminada por microorganismos, y potabilizarla, y a un procedimiento para hacerlo funcionar.

Antecedentes de la invención

En muchas localidades no está disponible un suministro seguro y fiable de agua. Puede faltar un sistema de distribución de agua o, frecuentemente, puede existir un sistema de este tipo pero que suministre agua que no es o puede que no sea segura y apta para beber porque está contaminada, en concreto por microorganismos. El problema de proporcionar agua segura y potable en estas localidades ha recibido amplia atención y se han descubierto diversas soluciones en la técnica.

El filtrado es uno de los medios que se pueden usar. En la mayor parte de los casos, los filtros usados en aparatos de depuración funcionan en modo de presión constante; por ejemplo, se coloca un filtro en una fuente de presión constante y se le permite filtrar agua hasta que su velocidad de filtrado está por debajo de algún valor inaceptable predeterminado. En algunos casos se proporciona cierto grado de control de caudal. Por ejemplo, el documento USP5.503.735 desvela un sistema de depuración de líquidos que proporciona una membrana de filtro de ósmosis inversa en un cartucho de filtro. No toda el agua pasa a través de la membrana, y el agua que no pasa a través de la membrana pasa a través de una válvula de seguridad que se puede ajustar para variar la presión y caudal de agua en el sistema. En los sistemas en los que fluye agua, por ejemplo, sistemas de riego, se emplean dispositivos que mantienen un caudal constante y presiones variables. Se conocen también procedimientos para controlar la velocidad de flujo transversal de los dispositivos de infiltración del filtro. Un dispositivo de este tipo se describe en el documento USP5.238.559.

El documento JP05185070 ("Kokai" de solicitud de patente japonesa Nº 5-185070) hace notar que en depuradoras de agua domésticas el módulo de filtro debe sustituirse cuando el agua que ha fluido a través de este haya superado la capacidad de absorción permisible del absorbente dentro del módulo, y que se conocen depuradoras de agua que están provistas de un medidor de duración capaz de visualizar el tiempo de sustitución del módulo de filtro. No obstante, se dice que los dispositivos conocidos son poco fiables porque miden solo el tiempo del flujo de agua y esto no proporciona una indicación debida a fluctuaciones en el caudal de agua. Por tanto, dicha aplicación propone una depuradora de agua doméstica que comprende una válvula de caudal constante, un sensor para detectar comienzo e interrupción de flujo de agua y generar señales correspondientes y medios para medir un tiempo de funcionamiento integrado basado en dichas señales y visualizar una señal cuando dicho tiempo integrado alcanza un valor preajustado. La aplicación muestra diversas estructuras de válvulas de caudal constante pero, en lo que al módulo de filtro se refiere, no muestra ninguna estructura y explica que la invención puede utilizar diversas estructuras de la técnica anterior.

El documento EP-A-0438372 desvela un sistema de ósmosis inversa que comprende una combinación de un filtro de sedimentos, un filtro de ósmosis inversa y un filtro de impurezas con disposiciones para hacer funcionar el sistema de ósmosis inversa a caudal constante.

El documento US-A-4.801.375 proporciona una máquina expendedora de agua en la que una membrana semipermeable separa el agua de alimentación en (i) un permeado que contiene una cantidad reducida de sólidos y sustancias disueltas (principalmente cloruro sódico) y (ii) un concentrado, que se debe drenar, que contiene cantidades enriquecidas de sólidos y sustancias disueltas. No obstante, este documento no pretende proporcionar un aparato doméstico para suministrar agua que esté libre de contaminación por microorganismos.

El documento US-A-5.045.197 desvela justamente una estructura mecánica de un sistema de depuración de agua de ósmosis inversa, con funcionamiento bastante convencional. No se desvelan medios para hacer funcionar el sistema a caudal constante.

Los sistemas de depuración de agua de la técnica anterior, en concreto aquellos pensados no meramente para retirar sustancias sólidas, sino para retirar microorganismos y potabilizar completamente el agua, no son completamente satisfactorios desde varios puntos de vista. Su rendimiento es por regla general bajo, de modo que los filtros se deben cambiar frecuentemente, deben tener una gran área superficial y son muy caros.

Un objeto de esta invención es proporcionar un aparato para depurar agua potable y que esté libre de los defectos de los dispositivos existentes.

Otro objeto de esta invención es proporcionar un procedimiento para depurar agua que esté libre de los defectos de procedimientos de la técnica anterior.

Otro objeto más de esta invención es proporcionar un procedimiento para optimizar el funcionamiento de un aparato para la depuración de agua potable, eligiendo una combinación de caudal y área superficial.

Otros objetos y ventajas de la invención aparecerán según se desarrolle la descripción.

Resumen de la invención

La invención proporciona un aparato para depurar agua, que comprende una boca de entrada de agua de alimentación y una boca de salida de agua depurada, un filtro con capas de filtro de profundidad y capas de membrana de filtro microporoso interpuestas entre dicha boca de entrada y dicha boca de salida, medios para impeler el agua a través del filtro a un caudal constante, medios para monitorizar el tiempo desde la instalación del filtro, medios para monitorizar el tiempo total durante el cual el agua ha fluido a través del filtro y medios para impedir el flujo de agua a través del filtro cuando cualquiera de dichos tiempos haya alcanzado un valor de umbral predeterminado. Los medios para impeler el agua a través del filtro a caudal constante pueden comprender medios para aplicar presión al filtro y medios para controlar el caudal con independencia de cambios en la caída de presión a través de las capas de filtro, como, por ejemplo, un reductor de flujo de un tipo conocido.

En una forma de realización preferida del aparato, los medios de filtro de profundidad y medios de membrana microporosa están estructurados y ensamblados como se describirá más adelante para constituir un dispositivo de filtro, pero dicho dispositivo de filtro no es, por sí mismo, una parte de la invención y no se reivindica en la presente descripción por sí mismo, sino que es la materia objeto de la solicitud pendiente de tramitación Nº 121884 en el nombre de Osmotek, S.A.; y el aparato de la invención se podría proporcionar con filtros de diferente estructura, siempre que comprendan medios de filtro de profundidad y filtro de membrana microporosa a través de los cuales fluya sucesivamente el agua para depurarse.

El dispositivo de filtro de la forma de realización preferida está compuesto de varios elementos de filtro componentes, aunque cada elemento de filtro por sí mismo sería capaz de una acción de filtrado. Un elemento de filtro de este tipo comprende:

a) - una capa más interna de drenaje, preferentemente una malla plástica fundamentalmente abierta;

b) - dos capas de membrana microporosa, cada una preferentemente sostenida en una capa de tela de soporte dispuesta entre esta y dicha capa de drenaje; y, más preferentemente, con una retentividad mayor que 95% para microorganismos, estando dispuestas dichas dos capas simétricamente adyacentes a los dos lados de dicha capa de drenaje;

c) - dos capas de un filtro de profundidad o prefiltro (siendo usados estos dos términos como sinónimos en esta memoria descriptiva), preferentemente un filtro de fibra de vidrio, dispuestas simétricamente adyacentes a los dos lados exteriores de dichas capas de membrana microporosa;

d) - estando selladas entre sí dichas capas de membrana microporosa y dichas capas de filtro de profundidad a lo largo de un borde superior, que se extiende preferentemente por encima de la parte superior de dicha capa de drenaje y de dichas capas de tela de soporte, si están presentes;

e) - extendiéndose dicha capa de drenaje y dichas capas de membrana microporosa, así como dichas capas de tela de soporte, si están presentes, en su parte inferior por debajo de la parte inferior de dichas capas de tela de soporte, si las hay, y estando selladas entre sí a lo largo de sus bordes laterales; y

f) - siendo dichas capas de membrana microporosas y dichas capas de filtro de profundidad más anchas que dicha capa de drenaje y dichas capas de tela de soporte, si las hay, y estando selladas entre sí a lo largo de sus bordes laterales.

Los términos "parte superior" y "parte inferior" se refieren a la posición que tendrá el elemento de filtro en el dispositivo de filtro completo.

Dicho dispositivo de filtro comprende una placa de base con una abertura central y una superficie superior y una pluralidad de elementos como se definió anteriormente, dispuestos paralelos entre sí y perpendiculares a dicha placa de base y atravesando dicha abertura central de esta con la parte inferior de sus capas de filtro de profundidad al nivel de dicha superficie superior de la placa de base, estando encapsulados dichos elementos de filtro con dicha placa de base llenando con adhesivo el espacio entre ellos y el borde interior de la abertura central de dicha placa de base. Dicho filtro comprende además una caja sellada, en la que la placa de base con los elementos de filtro encapsulados con esta está encerrada de manera hermética.

En una variante de dicho filtro, las capas de membrana microporosa y las capas de filtro de profundidad o prefiltro del elemento de filtro mencionado están selladas entre sí por medio de adhesivo.

En otra variante de dicho filtro, las capas de filtro de profundidad son laminadas, comprendiendo cada una capa de tela termoplástica porosa, y las capas de membrana microporosa y sus capas de soporte son termoplásticas. Si la temperatura de fusión de la capa de membrana microporosa es al menos 50ºC mayor que la de al menos una de las capas termoplásticas restantes, las capas se pueden sellar entre sí mediante la aplicación de presión y calor como se explica mejor más adelante.

En una forma de realización típica de la invención, el aparato comprende:

un prefiltro,

un filtro de membrana, que puede ser independiente del prefiltro o combinado con este en una unidad estructural única;

un regulador de presión;

un medidor de flujo;

un temporizador;

una boca de salida de agua depurada; y

válvulas y manómetros, según puedan ser necesarios.

La invención proporciona también un procedimiento para depurar agua potable que comprende hacer que el agua fluya a un caudal constante a través de un aparato que comprende un filtro de depuración, que comprende medios de filtro de profundidad o prefiltro y filtro de membrana microporosa, monitorizar el tiempo desde la instalación del filtro, monitorizar el tiempo total durante el cual el agua está fluyendo a través del filtro e impedir el flujo de agua a través del filtro cuando cualquiera de estos tiempos haya alcanzado un valor de umbral predeterminado. Los medios para impeler el agua a través del aparato a un caudal constante pueden comprender medios para alimentar el agua que se debe depurar aplicando presión y medios para controlar el caudal, como, por ejemplo, un reductor de flujo de un tipo conocido. Los medios de filtro de profundidad y medios de membrana microporosa están estructurados y ensamblados preferentemente como en el elemento de filtro descrito anteriormente, para que todo el filtro sea el dispositivo de filtro definido anteriormente, pero el procedimiento de la invención se podría llevar a cabo con un aparato que comprenda filtros de estructura diferente, siempre que comprendan medios de filtro de profundidad y filtro de membrana microporosa a través de los cuales fluya sucesivamente el agua para depurarse. El procedimiento de esta invención está dirigido a la depuración de agua potable, y la depuración de agua para fines no potables se rehúsa en la presente descripción.

La expresión "depurar agua potable", como se usa en esta memoria descriptiva y reivindicaciones, incluye tanto hacer potable agua que no es apta para beber como aumentar la pureza de agua que ya es agua potable, puesto que ya es potable. Sería deseable que el agua depurada fuera fundamentalmente estéril.

Breve descripción de los dibujos

En los dibujos:

Fig. 1 es una vista en sección transversal del elemento de filtro según una forma de realización de la invención;

Fig. 2 es una vista anterior del mismo elemento;

Fig. 3 es una vista en perspectiva de un dispositivo de filtro según una forma de realización de la invención, en una etapa intermedia de su fabricación;

Fig. 4 es una vista en sección transversal de un dispositivo de filtro según una forma de realización de la invención, tomada en un plano que pasa a través de las líneas centrales de los elementos de filtro;

Fig. 5 es una vista en sección transversal del dispositivo de filtro de la Fig. 4, tomada en un plano paralelo al elemento de filtro y que pasa a través de la línea central del elemento de filtro;

Fig. 6 es una vista en sección transversal similar a la Fig. 1 de un elemento de filtro según una forma de realización de la invención diferente;

Fig. 7 es un diagrama en el que se representa Rendimiento total para alcanzar una caída de presión de 2,533 bar (2,5 atm), en miles de litros, frente a Velocidad de fluido en cm/min.; y

Fig. 8 es una ilustración esquemática de diagrama de bloques de un aparato según una forma de realización de la invención.

Descripción detallada de formas de realización preferidas

Como se muestra en la Fig. 8, un aparato según la invención comprende una boca de entrada 50, que incluye preferentemente un manómetro y un regulador de presión, de cualquier tipo conocido. La presión para impeler el agua a través del aparato puede ser proporcionada por la misma fuente de agua, como mediante un grifo o tubería principal de agua o, si ésta falta o es insuficiente, mediante una bomba 51 de cualquier clase adecuada. 52 y 53 indican, respectivamente, un prefiltro y un filtro de membrana, que se pueden integrar en un único dispositivo de filtro 54, como se indica mediante las líneas rotas de la Fig. 8. Al filtro le sigue preferentemente un manómetro de boca de salida 55 y un regulador de presión constante 56. Después de dicho regulador se puede proporcionar una válvula de aguja 57. Desde esta, el agua fluye a través de una unidad 58, que es preferentemente un componente integrado que comprende un medidor de flujo, un temporizador y una válvula de cierre, y alcanza la boca de salida.

Las Fig. 1 a 5 ilustran un dispositivo de filtro usado en una forma de realización del aparato de la invención. Como se explicó anteriormente, dicho dispositivo de filtro, por sí mismo, no es una parte de esta invención y es materia objeto de otra solicitud pendiente de tramitación.

En dichas figuras, un elemento de filtro 10 comprende dos capas exteriores de filtro de profundidad o prefiltro 11 y 11', que están hechas preferentemente de fibra de vidrio. Internamente, de las capas 11 y 11', el elemento comprende capas 12 y 12' de membrana microporosa, preferentemente con una retentividad mayor que 95% para microorganismos, que están soportadas respectivamente sobre telas de soporte 13 y 13'. Todas las capas mencionadas están dispuestas simétricamente alrededor de una malla plástica fundamentalmente abierta 14, que constituye una capa de drenaje para llevar fuera el fluido que pasa a través de las capas mencionadas 11-11', 12-12' y 13-13'. Las capas 11-11' y 12-12' son congruentes y están selladas entre sí por medio de adhesivo, en concreto un adhesivo de termoimpregnación, o mediante soldadura. Las capas de filtro de profundidad 11-11' y las capas de membrana microporosa 12-12' están también selladas entre sí en los bordes 22. La capa de drenaje 14 y las capas de soporte de tela 13-13' no se extienden hasta la parte superior del elemento, por ejemplo hasta el sello 15, aunque, en una forma de realización de la invención en la que se usa soldadura, las capas 13 y 13' pueden llegar al sello de borde y sellarse termoplásticamente entre sí. En las Fig. 1 y 2, ambas capas 11-11' no llegan a la parte inferior del elemento, pero las capas de membrana microporosa, capas de tela de soporte y capas de drenaje sobresalen más allá de ellas hacia la parte inferior. Las capas de filtro de profundidad 11-11' están selladas en 20-20' a las capas de membrana microporosa 12-12'. Las capas de soporte 13-13' y capa de drenaje 14 son más estrechas que las otras capas y no toman parte en los sellos 22.

Varios elementos de filtro 10 están conectados para proporcionar un dispositivo de filtro, como se ilustra en las Fig. 4 y 5, indicando la Fig. 3 una etapa intermedia de la fabricación del dispositivo de filtro. Este último, en general indicado en 30, comprende una placa de base 31 con una abertura central 32, cuyo borde periférico está indicado en 33. Elementos de filtro 10 se pasan a través de dicha abertura central 32 y se colocan de tal modo que sus bordes 20 estén al mismo nivel que el borde superior de la placa de base 31. En la Fig. 3, la abertura 32 no está llena de elementos de filtro 10, sino que se deja un espacio en esta en la parte anterior del dispositivo como se ve en el dibujo.

En las Fig. 4 y 5, el agente de relleno está completo y la abertura central 32 está llena de elementos 10. Los elementos de filtro están colocados, están encapsulados con la placa de base llenando el espacio vacío entre ellos y el borde interior 33 de la abertura 32 con un adhesivo adecuado, de modo que no exista ningún trayecto de flujo de fluido entre los elementos 10 y la placa de base 31. La placa de base 31 se sella después mecánicamente a una caja de filtro apropiada 35. La caja está abierta en la parte superior, como se indica en 36, para proporcionar una boca de entrada para agua que se deba filtrar. El agua pasa a través de diversas capas de cada elemento 10, entrando por las capas de profundidad exteriores 11-11' y saliendo por la capa de drenaje 14, y alcanza una abertura de la caja 35, indicada en 37, que es la boca de salida de agua filtrada.

En una variante del elemento de filtro, ilustrada en la Fig. 6, las capas de prefiltro son sustituidas por laminados de capa de fibra de vidrio 40-40' y capas de tela sintética porosa 41-41' de temperatura de fusión T_{1}, se preparan capas de membrana microporosa 42-42' de material termoplástico con temperatura de fusión T_{2} y las capas de soporte 43-43' son también de tela sintética porosa de temperatura de fusión T_{3} y son congruentes con las capas precedentes a lo largo de los bordes 15 y 22 (estos últimos no mostrados en esta figura, sino en la Fig. 2). Siempre que T_{2} sea al menos 50ºC mayor que T_{1} o T_{3}, entonces las juntas mencionadas 15 y 22 del elemento se pueden crear en una etapa única soldando bajo presión con un troquel en caliente cuya temperatura sea mayor que cualquiera de T_{1} o T_{3}.

Se depura agua potable, según la invención, pasándola a través de un elemento de filtro o una pluralidad de elementos de filtro a un caudal constante. Con filtros que incluyen un filtro de profundidad y una membrana microporosa, se ha descubierto que el funcionamiento del filtro a caudal constante es muy ventajoso con respecto al funcionamiento a presión constante, ya que un dispositivo de filtro que funcione a caudal constante necesita un área superficial de membrana mucho menor, incluso diez veces menor, para lograr el mismo rendimiento en conjunto de un dispositivo que funcione a presión constante. Un dispositivo de filtro comprendido en un aparato según una forma de realización de la invención, con un área de filtro de 0,05 metros cuadrados, puede producir 3.000 litros de agua filtrada al caudal constante de 2 litros/minuto, al funcionar en agua corriente con un valor de índice de filtrado promedio de 10, y no necesita cambiarse, antes de producir dicho volumen de agua filtrada, más que una vez cada tres meses.

Al funcionar a presión constante, en un filtro que comprende un prefiltro y una membrana microporosa ocurren los fenómenos siguientes. En el comienzo del procedimiento, la resistencia hidráulica del filtro es la más baja, el caudal está en un máximo y la eficiencia del prefiltro es la más baja, ya que esta disminuye al aumentar la velocidad de las partículas. Por consiguiente, las partículas pasan a través del filtro y son capturadas en la superficie de la membrana microporosa, bloqueando poros y reduciendo el caudal. Al continuar el filtrado, la velocidad del fluido continúa disminuyendo y, por consiguiente, la eficiencia de captura del prefiltro finalmente mejora. La resistencia del prefiltro y membrana aumenta hasta que la resistencia combinada es tal que el filtro ya no proporciona un caudal útil. Cuando funciona a caudal constante, es posible elegir una velocidad de fluido tal que se capturen un número máximo de partículas mediante el prefiltro desde el comienzo del procedimiento de filtrado, de modo que el rendimiento total del filtro aumenta mucho.

El procedimiento general de optimización del funcionamiento de un aparato según la forma de realización mencionada, que comprende, por ejemplo, un filtro como se ha descrito en concreto anteriormente, y, más en general, de un filtro que comprende un filtro de profundidad y un filtro de membrana microporosa, consiste en las etapas siguientes:

1. Un elemento de filtro que funciona a algún caudal constante inicialmente conveniente, se prueba hasta que se haya alcanzado una caída de presión total predeterminada a través del filtro.

2. Los resultados se representan como en la Fig. 7, en la que se representa Rendimiento total frente a Velocidad de fluido (obtenida dividiendo el caudal por el área superficial del elemento de filtro).

3. Se continúa la prueba, bien cambiando el caudal constante, o bien cambiando el área superficial de los elementos, hasta que se ha generado toda la Fig. 7.

4. Se elige el rendimiento total deseado, y se elige entonces una combinación conveniente de caudal constante y área superficial de elemento de membrana.

5. Se hace funcionar el filtro en modo de flujo constante, de acuerdo con el número 4 anterior.

Datos para Rendimiento total (a una caída de presión de 2,533 bar-2,5 atm) se muestran en la Fig. 7 para un elemento de filtro de membrana de lámina plana que contiene un filtro de profundidad de fibra de vidrio y una membrana microporosa de tamaño de poro nominal de 0,2 micras. Se puede ver claramente que cuando funciona a flujo constante, por debajo de una velocidad constante, el Rendimiento total del filtro de membrana puede aumentarse varias veces.

El prefiltro o capa de filtro de profundidad 12 es preferentemente cualquier material de prefiltro conocido en la técnica y podría incluir, sin estar limitado a fibroso o particulado, material inorgánico u orgánico como, por ejemplo, fibra de vidrio, carbono, celulosa, poliolefinas u otros materiales poliméricos sintéticos. El prefiltro puede ser también en forma de un bloque comprimido y muy poroso de fibras, microfibras o partículas, que contenga poros al menos 5X el diámetro de los poros en la membrana, o en forma de una tela entrelazada o no entrelazada, todos los cuales son conocidos en la técnica. Para el uso en el filtrado de agua corriente se prefiere especialmente un material de fibra de vidrio no entrelazado, que no contenga agentes aglomerantes, con un espesor aproximado de 450x10^{-6} mt y un régimen nominal de retirada de partículas de 1 micra.

La capa de membrana de microporos 14 es preferentemente un filtro microporoso con poros entre 0,05x10^{-6} mt y 0,45x10^{-6} mt (micras) y que está fabricada normalmente de polímeros termoplásticos de temperatura elevada, como, por ejemplo, polisulfona, nailon, fluoruro de polivinilideno, o materiales inorgánicos, como, por ejemplo, materiales cerámicos, o metales, y tiene una permeabilidad al agua entre 0,05-30 cc/cm^{2}/s/atm, como se conocen generalmente en la técnica, como los descritos en los capítulos 2-4 de "Filtration in the pharmaceutical industry", por Theodore H. Melzer, Marcel Dekker, S.A., Nueva York, Copyright 1987, ISBN 0-8247-7519-8.

Las capas de soporte de membrana 13-13' son preferentemente telas entrelazadas o no entrelazadas de un material sintético que no se hinche o deforme en agua. Las telas no entrelazadas preparadas a partir de poliolefinas son en concreto útiles para este objeto, ya que su intervalo de temperatura de fusión está muy por debajo de la de muchos de los polímeros usados para fabricar la capa de membrana 14. Idealmente esta capa debería tener una permeabilidad máxima, pero de todos modos no menos de diez veces la de la capa de membrana soportada.

La malla plástica 14, para separar capas de material de filtro para crear un trayecto fluido, está disponible en muchísimos materiales plásticos, preparados mediante extrusión u otros procedimientos, como, por ejemplo, entretejiendo filamentos plásticos continuos, y es bien conocida en la técnica. Ejemplos de este material son las redes de polipropileno fabricadas por Plásticos Nalle, Austin, Texas, bajo la marca comercial Naltex.

El ejemplo siguiente ilustra el rendimiento de un aparato según la forma de realización preferida de la invención mencionada.

Se preparó un elemento de filtro de membrana con un área superficial de filtro efectiva de aproximadamente 24 cm^{2} a partir de material de prefiltro de fibra de vidrio A/E (Ciencias Gelman, Ann Arbor, Michigan, EE UU), membrana microporosa Super 200 (Ciencias Gelman, Ann Arbor, Michigan, EE UU), una tela no entrelazada de polipropileno como la capa de soporte de membrana y una red de polipropileno (Plásticos Nalle, Texas, EE UU) para crear el trayecto de drenaje. Para crear las juntas de adhesivo se usó adhesivo de epoxia. Se encapsularon varios de estos elementos con adhesivo de epoxia en una placa de base plástica de 4 mm de espesor para formar un conjunto de filtro, para crear conjuntos de filtro con áreas superficiales de filtrado entre 50 y 500 cm^{2}. Adhesivos de termoimpregnación, aprobados para contacto directo con alimento líquido, están disponibles en el mercado, por ejemplo de las empresas Bostik, H.B. Fuller y Colano.

Cada conjunto de filtro se aseguró en una caja apropiada y su integridad se sometió en primer lugar a pruebas de integridad mediante la técnica de punto de burbujeo. Después de un breve chorro de agua, la entrada a la caja se conectó a una fuente de presión gaseosa y el tubo de salida que lleva agua filtrada desde la caja se colocó en un recipiente de agua. La presión del gas se elevó lentamente hasta que se vio brotar la primera corriente continua de burbujas desde el tubo de salida de la caja. Se descubrió que esta presión, 3,24 bar (3,2 atm), a la que se hace referencia como el punto de burbujeo, estaba a 0,1013 bar (0,1 atm) de la especificada por el fabricante para la membrana Super 200, confirmando de este modo que la caja y el conjunto de filtro eran de una pieza y que la membrana era del tamaño de poro nominal designado.

Un aparato depurador de agua según una forma de realización de la invención y que comprende dicho conjunto de filtro, se probó a un caudal constante de 2 litros por minuto. Manómetros antes y después del aparato midieron la caída de presión, y la prueba concluyó cuando la caída de presión superó 2,6 bar. Un medidor de agua integrador midió el rendimiento acumulado. Los datos de prueba para estos conjuntos se muestran en la Fig. 7. La calidad del agua se monitorizó periódicamente mediante la técnica de densidad de fango o de índice de filtrado, y se descubrió que el índice variaba entre 8 y 15 durante el día, con un valor promedio de 10-12.

Con referencia a la Fig. 7, se puede diseñar un filtro que use una cantidad mínima de prefiltro y filtro de membrana para lograr una meta predeterminada de rendimiento de filtro y caudal: por ejemplo, un filtro como se describe en la presente invención, que necesitó proporcionar un rendimiento total de 10.000 litros en una caída de presión máxima de 2,533 bar (2,5 atm) y caudal de 2 litros/min.

Como se muestra mediante la Fig. 7, la velocidad de fluido máxima para dicho rendimiento no debe superar 8 cm/min. Como el caudal necesario es 2.000 cc/min., el área superficial de filtro necesaria (tanto el prefiltro como el filtro de membrana) es el caudal total dividido por la velocidad, o 250 cm^{2}. Por supuesto, es posible proporcionar un área mayor para asegurar el rendimiento de filtro y tener en cuenta posibles variaciones en la calidad del agua (que, en el caso de los datos de la Fig. 7, se descubrió que era bastante constante).

Como una forma de realización específica de la invención, con referencia al dibujo esquemático de la Fig. 8, se unió una bomba centrífuga estándar con una capacidad de 10-20 litros por minuto a una presión de hasta 10,1325 bar (10 atm.) a un depósito de 50 litros que se rellenó constantemente a partir de una fuente de agua corriente. A la boca de salida de la bomba le siguió un regulador de agua estándar de 0-6 atmósferas dotado con manómetro (Braukmann GbH, Alem.) y ajustado a una presión de boca de entrada de 4,053 bar (4 atmósferas). Esta se unió a una caja de filtro que contenía un elemento de filtro fabricado como se describe en la presente invención. A un manómetro en la boca de salida le siguió un segundo regulador ajustado en 0,5 atmósferas, el ajuste más bajo al que regularía eficazmente. A este le siguió un medidor de agua integrador (Arad, S.A., Israel) y un medidor de flujo de bola con una válvula de aguja de una pieza (Fisher Porter, EE UU). Un controlador electrónico independiente controló una válvula de solenoide estándar para el cierre según el tiempo.

Aunque se han descrito formas de realización de la invención con objeto de ilustración, se comprenderá que la invención se puede ser llevada a la práctica por personas expertas con muchas modificaciones, variaciones y adaptaciones, sin superar el alcance de las reivindicaciones.

Claims (6)

1. Aparato para depurar agua potable, que comprende una boca de entrada de agua de alimentación y una boca de salida dispensadora de agua potable y un dispositivo de filtro (54) interpuesto entre dicha boca de entrada y dicha boca de salida; caracterizado porque:

a) el dispositivo de filtro (54) comprende un prefiltro (52) y un filtro de membrana microporosa (53);

porque

b) el aparato comprende medios de caudal constante (58) para hacer funcionar dicho filtro a un caudal constante;

c) y porque el aparato comprende medios para monitorizar el tiempo desde la instalación del dispositivo de filtro (54), medios para monitorizar el tiempo total durante el cual el agua ha fluido a través del dispositivo de filtro (54) y medios de cierre adaptados para impedir el flujo de agua a través del dispositivo de filtro (54) cuando cualquiera de dichos tiempos haya alcanzado un valor de umbral predeterminado.

2. El aparato según la reivindicación 1, en el que los medios para hacer funcionar dicho dispositivo de filtro (54) a un caudal constante comprenden medios para aplicar presión al dispositivo de filtro (54) y medios (58) que controlan el caudal con independencia de cambios en presión.

3. El aparato según la reivindicación 2, en el que el medio (58) para controlar el caudal comprende un reductor de flujo (57).

4. Aparato doméstico para depurar agua potable según la reivindicación 1, en el que el dispositivo de filtro (54) comprende al menos un elemento de filtro (10) que comprende:

(i) una capa de drenaje más interna (14);

(ii) dos capas (12, 12') de membrana microporosa, dispuestas simétricamente adyacentes a dos lados de dicha capa de drenaje (14);

(iii) dos capas (11, 11') de un prefiltro, dispuestas simétricamente adyacentes a las dos caras exteriores de dichas capas de membrana microporos (12, 12');

(iv) estando selladas dichas capas de membrana microporosa (12, 12') y dichas capas de prefiltro (11, 11') de una pieza a lo largo de un borde superior (15);

(v) estando selladas dicha de drenaje (14) y dichas capas de membrana microporosa (12, 12') a dichas capas de prefiltro (11, 11') en la parte inferior (20, 20') de estas capas; y

(vi) estando selladas dichas capas de membrana microporosa (12, 12') y siendo dichas capas de filtro de profundidad (11, 11') más anchas que dicha capa de drenaje (14) y estando selladas entre sí a lo largo de sus bordes laterales (22);

y el filtro (54) comprende además

a) uno o más de estos elementos de filtro (10) dispuestos paralelos entre sí y perpendiculares a una placa de base (31) con una abertura central (32) y una superficie superior, y que atraviesan dicha abertura central (32) de esta con la parte inferior de sus capas de prefiltro (11, 11') al nivel de la superficie superior de dicha placa de base (31);

b) estando adheridos dichos elementos de filtro (10) de una pieza a la placa de base (31) llenando con adhesivo el espacio entre ellos y un borde interior (33) de la abertura central (32) de dicha placa de base (31);

c) estando adheridos dicho elemento de filtro (10) y placa de base (31) de una pieza en una caja presurizable con fluido (35) de modo que se fuerza a que el agua sin filtrar que entra en la caja pase a través de los elementos de filtro (10) para salir de la caja (35) en un estado filtrado.

5. Procedimiento para depurar agua potable, caracterizado por hacer que el agua fluya a un caudal constante a través de un dispositivo de filtro de depuración (54) que comprende medios de prefiltro (52) y medios de filtro de membrana microporosa (53); monitorizar el tiempo desde la instalación del dispositivo de filtro (54); monitorizar el tiempo total durante el cual el agua está fluyendo a través del dispositivo de filtro (54); e impedir el flujo de agua a través del dispositivo de filtro (54) cuando cualquiera de estos tiempos haya alcanzado un valor de umbral predeterminado.

6. Un procedimiento para elegir una combinación de caudal y área superficial en un aparato según la reivindicación 1, que comprende las etapas siguientes:

I. hacer funcionar un elemento de filtro (10) a un caudal inicial hasta que se haya alcanzado una caída de presión total predeterminada a través del filtro;

II. durante dicho funcionamiento, monitorizar y representar el rendimiento total frente a la velocidad de fluido, obtenida dividiendo el caudal por el área superficial del elemento de filtro (10);

III. repetir las operaciones anteriores a velocidades de fluido diferentes, determinadas cambiando el caudal o el área superficial de filtro y representando el rendimiento como una función de la velocidad de fluido;

IV. elegir el rendimiento deseado y leer, de la representación mencionada, la velocidad de fluido correspondiente;

V. elegir una combinación de caudal y áreas superficiales del área del elemento de filtro (10) correspondiente al rendimiento elegido.