ES2253390T3 - Tubo de condensacion solar. - Google Patents

Abstract

Una instalación para la condensación de agua procedente de un líquido acuoso por medio de un gradiente de temperatura, cuya instalación comprende una zona de condensación (4) y un dispositivo que a su vez comprende; a) una cámara de vapor (5) que está en contacto, a través de una superficie inferior abierta o permeable al agua, con la zona de condensación (4), en cuya zona al menos parte del vapor de agua procedente del líquido acuoso se condensa, cuya zona está situada dentro de dicha cámara de vapor. b) un compartimiento de vaporación (2) que tiene al menos una pared con una superficie exterior y que comprende una membrana hueca, cerrada, y permeable al agua, y en el que la cámara de vapor tiene una superficie exterior que comprende un faldón aislante (3) sustancialmente impermeable al agua, con una superficie interior y otra exterior, de modo que hay un hueco (5) entre la superficie interior del faldón aislante y la superficie exterior del compartimiento de evaporación, y en el que la cámara de vapor tiene una superficie inferior de una anchura activa (w) que es al menos el 10% del diámetro efectivo (d) del compartimiento de evaporación (2), y en el que la superficie inferior se define como la parte de la cámara de vapor (5) que está en comunicación de flujo líquido y de vapor con la zona de condensación (4).

Description

Tubo de condensación solar.

La presente invención se refiere a un dispositivo para la condensación de vapor de agua por medio de un material de base. Más particularmente, la invención se refiere a un dispositivo para permitir la evaporación de agua de un líquido acuoso que contiene desechos, y la condensación del vapor de agua resultante por medio de un gradiente de temperatura entre el líquido acuoso y un material de base. La presente invención se refiere también al uso de dicho dispositivo para la irrigación de plantas, desalación de suelos salinosos, recuperación de agua dulce, purificación de agua contaminada, desecación de líquidos de agua contaminada, y/o concentración de aguas de desecho.

En muchas partes del mundo, la irrigación por goteo ha llegado a ser una técnica ampliamente aceptada en la agricultura. La razón principal de este hecho es su posibilidad de proporcionar cantidades casi iguales de agua en los puntos de goteo, con independencia de las pequeñas diferencias en la elevación que existen invariablemente en cualquier campiña. Sin embargo, ha de hacerse uso del agua dulce que se halle realmente presente, por ejemplo, en acuíferos, para alimentar el sistema de irrigación por goteo. Esto da por resultado que los recursos de agua dulce llegan con el tiempo a aumentar su salinidad, lo que no sólo constituye un problema ambiental sino que conduce a la escasez de esa agua en regiones completas.

Otro procedimiento es partir de líquidos acuosos que contengan desechos, tal como agua del mar, retirar dichos desechos de estos líquidos acuosos, y utilizar el agua dulce resultante para irrigar las plantas. Esta retirada puede ser lograda, por ejemplo, mediante ósmosis inversa. Sin embargo, las desventajas de este técnica son bastante complicadas en cuanto a operación y mantenimiento.

Otro dispositivo bien conocido para la producción de agua dulce a partir de un líquido acuoso contenedor de desechos es el estanque solar, como se describe, por ejemplo, en "Solar Energy Engineering" (Ingeniería de energía solar), de A.A.M. Saying (ed), Nueva York, 1977. Agua salida es conducida a unos estanques superficiales en los que se produce la evaporación por energía solar, y el vapor de agua resultante es condensado. No obstante, el sistema sólo puede ser empleado en superficies niveladas, pues de otro modo, el líquido acuoso contendor de los desechos situado en los estanques rebosará sobre el borde de aquéllos, y estropeará el material de base de la instalación. Por tanto, la aplicación de estos dispositivos se limita a áreas completamente niveladas.

Se conoce otro dispositivo que permite la evaporación del agua de líquidos acuosos contenedores de desechos y la condenación del vapor de agua resultante, por ejemplo, por el documento US 4.698,135. Una realización descrita en este documento de referencia es un dispositivo irrigador hecho de una lámina impermeable al vapor de agua en forma de arco, dividido en un compartimiento superior y otro inferior por una lámina permeable al agua. Dado que toda la superficie superior del compartimiento superior contenedor de líquido acuoso está en contacto directo con las zonas circundantes, una parte sustancial de la energía solar absorbida por el líquido acuoso se pierde en dichas zonas. Por tanto, un objeto de la presente invención es reducir esta pérdida de energía térmica. El diseño de este dispositivo es bastante complicado y susceptible de resultar dañado. Otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo de diseño más robusto y sencillo.

Otra realización descrita en el documento US 4.698.135 es un dispositivo irrigador que comprende un compartimiento de condensación tubular y un compartimiento de evaporación tubular. Para una condensación efectiva, la pared de la zona de condensación debe tener una temperatura significativamente menor que la temperatura del líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación. Al menos en las zonas con una alta temperatura ambiental, dicho gradiente de temperatura no puede ser conseguido con este dispositivo. Para asegurar una efectiva condensación del vapor de agua, las paredes de la zona de condensación están dotadas de dispositivos de enfriamiento exteriores que contienen agua como medio refrigerador. Por tanto, otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo que permita una condensación eficiente del agua evaporada, sin que sea necesaria la construcción de un sistema de refrigeración exterior.

En el documento FR 2.707.281 se describe un dispositivo que comprende un compartimiento de condensación. Este compartimiento está situado parcialmente bajo tierra. La parte situada bajo tierra contiene pequeñas aberturas para permitir la liberación del agua condensada al suelo. La eficiencia de la evaporación de este dispositivo es bastante baja. El dispositivo hace necesario practicar orificios en suelo, por lo que resulta una construcción bastante costosa. Por tanto, otro objeto de la presente invención es proporcionar un dispositivo que pueda ser accionado por encima del suelo con una alta efi-
ciencia.

El documento WO 98/16474 describe como realización menos preferida, un dispositivo de irrigación que comprende un material hidrófilo empapado con agua salada y calentado por el sol. El vapor de agua resultante es insuflado fuera del tubo por medio de un ventilador. Dado que los dispositivos para uso en la agricultura tienen en general una longitud de bastantes cientos de metros, la retirada del líquido acuoso rico en sal constituye un problema, lo que hace que la aplicación de dicho dispositivo resulte bastante desventajosa.

Finalmente, la solicitud de patente internacional no prepublicada PCT/EP99/08159 describe un dispositivo de irrigación formado por un compartimiento de evaporación que comprende una lámina superior que es capaz de absorber la luz del sol, y una lámina inferior que comprende una membrana permeable al agua e impermeable a un líquido acuoso, cuyas láminas forman una cavidad para ser rellenada con agua del mar. El dispositivo de irrigación está dispuesto sobre un material que sostiene la planta, y la condensación se produce directamente sobre dicho material que sostiene la planta.

Se ha comprobado que todos los objetivos expuestos pueden ser logrados mediante un dispositivo (1) para la condensación del agua procedente de un líquido acuoso por medio de un gradiente de temperatura, cuyo dispositivo comprende:

a) una cámara de vapor (5) que puede ser puesta en contacto con una zona de condensación (4) en la que al menos parte del vapor de agua procedente del líquido acuoso se condensa, y cuya zona está situada dentro de dicha cámara de vapor;

b) un compartimiento de evaporación (2) que tiene al menos una pared con una superficie exterior y que comprende una membrana permeable al agua hueca y cerrada, y cuya cámara de vapor tiene una superficie exterior que comprende un faldón aislante (3) sustancialmente impermeable al agua con una superficie interior y otra exterior, de modo que hay un hueco entre la superficie interior del faldón aislante y la superficie exterior del compartimiento de evaporación, y en el que la cámara de vapor tiene una superficie inferior con una anchura activa (w) que tiene al menos un 10% de diámetro efectivo (c) del compartimiento de evaporación.

El aspecto crucial de la invención reside en el hecho, entre otras cosas, de que cuando el dispositivo está en funcionamiento hay un gradiente de temperatura entre un líquido acuoso y un compartimiento de condensación, que puede ser un material de base, y la superficie de dicho material de base por debajo de la cámara de vapor tendrá una temperatura significativamente inferior a la de la parte superior del sistema de irrigación, y en particular a la del líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación. Debido al gradiente de temperatura vertical resultante, la condensación se produce en la parte inferior del dispositivo, y sobre todo en la zona de condensación, tal como sobre la superficie del material de base. De este modo, el agua es destilada mediante el uso de una membrana, un procedimiento citado en general como de destilación por membrana. Por tanto, se ha comprobado sorprendentemente que es posible una condensación altamente eficiente sin que sea necesario dispositivo alguno de enfriamiento exterior. Ha de hacerse notar que la expresión "superficie inferior" en esta invención se refiere a la superficie que no está dirigida hacia la fuente de calor, y la expresión "superficie superior" es la dirigida hacia dicha fuente de calor.

En el dispositivo de la presente invención, el gradiente vertical de temperatura se logra, entre otros, por los medios siguientes:

I) el compartimiento de evaporación está situado dentro de la cámara de vapor, de modo que hay un hueco entre la superficie interior del faldón aislante y la superficie exterior del compartimiento de evaporación. Debido a la presencia de este hueco, cualquier pérdida de energía térmica absorbida, por ejemplo, en forma de energía solar, por el líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación, es evitada o al menos reducida. De este modo es posible calentar el agua a temperaturas suficientemente altas, tales como por ejemplo, por encima de 60°C, y preferiblemente por encima de 70°C, con objeto de conseguir un procedimiento de destilación por membrana eficiente. En lugar de un compartimiento de evaporación pueden ser utilizados también dos o más. La expresión "compartimiento de evaporación" utilizada en esta invención se refiere a uno o a múltiples compartimientos de evaporación.

II) Debido al hecho de que la cámara de vapor está en contacto o conectada con la zona de condensación, cuando por ejemplo, la superficie inferior de la cámara de vapor es el material de base, un material que permanece en flujo líquido o flujo de vapor está en comunicación con dicho material de base. De este modo, la zona de condensación es humedecida por el agua de condensación. Cuando la zona de condensación consiste en los materiales de base, debido a la alta conductividad de temperatura y capacidad térmica del material de base húmedo (en contraste con un material de base seco), y la masa relativamente alta de dicho material de base correspondiente al dispositivo, la energía térmica es conducida de modo efectivo lejos de la superficie de dicho material de base. Esto da por resultado una temperatura suficientemente baja de la superficie de dicho material de base.

Con independencia de la alta capacidad térmica y alta conductividad del material de base, la secuencia día-noche, preferiblemente presente cuando el dispositivo está en uso, aumenta más el gradiente de temperatura durante la noche, y la energía térmica absorbida por el material de base por debajo del faldón aislante durante el día es perdida hacia las zonas circundantes. Por tanto, la secuencia día-noche permite un uso permanente y duradero del dispositivo.

Ha de hacerse notar que si no se cumplen las condiciones anteriores I) y II), el gradiente de temperatura no siempre será suficientemente alto para una evaporación y condensación eficientes, como se describe más adelante.

Si, por ejemplo, una parte sustancial de la superficie del dispositivo permanece en contacto directo con las partes circundantes, como es el caso en el dispositivo de las figs. 1 y 2 del documento US 4.698.135, una parte sustancial de la energía solar absorbida por el líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación se pierde hacia las partes circundantes, y el gradiente de temperatura se reduce hasta un nivel bajo inaceptable.

Además, si por ejemplo, la superficie inferior de la cámara de vapor es un material impermeable a líquidos, y en consecuencia, dicha cámara de vapor no está en comunicación fluida de líquido y de vapor con la zona de condensación debajo de la cámara de vapor, como es el caso en el documento WO 98/16474, el material de base no será humedecido por el agua de condensación, y el calor no será conducido de manera efectiva lejos de la superficie del material de base.

Además, si la superficie del material de base no está disponible para la condensación del vapor de agua, como es el caso, por ejemplo, en las figs. 3 a 5 del documento US 4.698.135, no es posible una condensación eficiente del vapor de agua. No obstante, un uso efectivo de la temperatura inferior del material de base puede ser hecho sólo si la anchura efectiva de la superficie inferior de la cámara de vapor está por encima de un cierto valor, en relación con el diámetro efectivo del compartimiento de evaporación. Las expresiones "diámetro efectivo" y "anchura efectiva" se explican en el párrafo "Métodos de caracterización / Definiciones", más adelante.

La membrana adecuada para la presente invención es permeable al agua y preferiblemente resistente a la sal. La sal puede ser transportada a través de la membrana en tanto esté disuelta en el agua. Además, ha de hacerse notar que la superficie exterior de la membrana está en contacto con el aire. Cuando la membrana es resistente a la sal, esto significa que el polímero de dicha membrana no se degrada bajo la influencia de las soluciones acuosas salinas calientes. Más preferiblemente, la membrana es hidrófila, no porosa, y homogénea. La zona de condensación puede ser un vaso, recipiente, cubeta, o similar, pero más preferiblemente, la zona de condensación está formada por un material tal como el de base, por ejemplo, de tierra natural o artificial, que permanece en comunicación tanto de fluido líquido como vapor con la cámara de vapor. En particular, cuando la zona de condensación es de tierra natural o artificial contenida en un recipiente o similar, es ventajoso que la cámara de vapor comprenda medios para obtener una corriente de convección que mejore la evaporación procedente del compartimiento de evaporación, y/o el transporte del vapor de agua desde la cámara de vapor al compartimiento de condensación, tal como un ventilador o similar. Si así se desea, dicho recipiente puede ser rellenado con tierra natural o artificial.

Sorprendentemente se ha comprobado que un gradiente de temperatura suficientemente alto puede ser obtenido sin que sea necesario situar parte de la cámara de vapor bajo tierra. Por el contrario, el dispositivo de la presente invención puede ser situado completamente sobre la superficie superior del material de base. Dicho en otros términos, se prefiere que la superficie inferior de la cámara de vapor sea la superficie superior del material de base y/o un material que permanezca en comunicación de flujo líquido y de vapor con dicha superficie superior del material de base. En este caso, no se precisa practicar hoyos, como era necesario en el caso del documento FR 2.707.281, para construir el dispositivo de la presente invención.

Para el dispositivo de las figs. 1 y 2 del documento US 4.698.135 se necesitan técnicas de obturación complicadas, que pueden ser suprimidas en el dispositivo de la presente invención.

Finalmente, dado que el compartimiento de evaporación comprende una membrana permeable al agua, son posibles diseños muy sencillos de dicho compartimiento de evaporación. Más particularmente, la totalidad del compartimiento de evaporación puede ser hecho de esta membrana permeable al agua, y puede prescindirse del uso de tubos parcialmente abiertos con flotadores de antirrebose, como son utilizados en el dispositivo del documento FR 2.707.281, o la combinación un tubo impermeable a vapor de agua y a líquido acuoso con un material hidrófilo, como se aplica en el documento WO 98/16474.

Además, si el compartimiento de evaporación está hecho enteramente de material no poroso, hidrófilo, homogéneo, y permeable al agua, toda la superficie del compartimiento de evaporación permitirá que el vapor de agua se evapore, lo que conduce a una eficiencia de la evaporación muy alta, de modo que el dispositivo resulta adecuado para la purificación del agua mediante destilación por membrana.

Finalmente, la aplicación del dispositivo de la presente invención no se limita a áreas niveladas, sino que puede ser aplicado con independencia de la elevación de la superficie, es decir, que puede ser aplicado en zonas tanto planas como onduladas.

Breve descripción de los dibujos

Las figs. 1, 2a, y 2b son cortes transversales de varias realizaciones preferidas del dispositivo de la presente invención.

La fig. 2c muestra el dispositivo de la fig. 1 con diferentes anchuras activas (w).

La fig. 3 es una vista tridimensional del dispositivo de la fig. 1.

La fig. 4 ilustra la definición de anchura activa (w) y de distancia (h).

La fig. 5 ilustra la definición de diámetro efectivo (d) para compartimientos de evaporación de geometría diferente.

La fig. 6 muestra una geometría del faldón aislante menos preferida.

La fig. 7 muestra el dispositivo (10) de la presente invención.

Seguidamente se describirá la invención con más detalle.

Dispositivo de la presente invención

La presente invención se refiere a un dispositivo (1) para la condensación de agua por medio de un gradiente de temperatura entre un líquido acuoso y una zona de condensación (4). En una realización preferida, el dispositivo comprende medios para llenar el compartimiento de evaporación con líquido acuoso, y opcionalmente, medios para hacer salir el residuo del líquido acuoso que es obtenido después de la evaporación del agua, y transporte del vapor de agua desde el compartimiento de evaporación a la cámara de vapor y a la zona de condensación. En otra realización preferida, el compartimiento de evaporación es una membrana hueca cerrada sin costuras.

Como antes se ha dicho, se prefiere en el dispositivo de la presente invención que la superficie de vapor de la cámara de vapor sea la superficie del material de base por debajo de la cámara de vapor, y/u otro material que permanezca en comunicación de flujo líquido y de vapor con dicho material de base (es decir, que el material de base y opcionalmente el otro material forman la zona de condensación). Debido a la temperatura inferior de la superficie del material de base por debajo de la cámara de vapor, una parte sustancial del vapor de agua se condensará sobre dicha superficie. Por supuesto que esto no excluye que una pequeña parte del vapor de agua contenida en la cámara de vapor se condense sobre la superficie interior del faldón aislante de la cámara de vapor. No obstante, para un buen rendimiento del dispositivo se prefiere que al menos el 25% del agua se condense en la zona de condensación. Más preferiblemente, más del 50%, y con más preferencia, más del 75% del agua se condensa en la zona de condensación.

Debido al hecho de que la superficie inferior de la cámara de vapor puede ser material de base y/o un material que permanezca en comunicación de flujo líquido y de vapor con dicho material de base, la cámara de vapor permanece en comunicación de flujo de líquido y de vapor con dicho material de base. Por tanto, una parte principal del vapor de agua contenido en la cámara de vapor se condensará sobre el material de base. Además, cualquier vapor de agua que se condense sobre la superficie interior del faldón aislante fluirá a lo largo de dicha superficie interior, y entrará en el material de base. En consecuencia, el material de base es humedecido automáticamente cuando el dispositivo está en funcionamiento. Como en particular, el material de base húmedo tiene una alta capacidad térmica, cualquier calor será conducido efectivamente lejos de la superficie del material de base. De este modo es posible con el dispositivo de la presente invención, lograr gradientes de temperatura extremadamente altos entre la parte superior del dispositivo y en particular, el líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación, y la superficie del material de base.

Como antes se ha dicho, el material de base puede estar cubierto con otro material. Sin embargo, en este caso debe tenerse cuidado de que este otro material sea permeable a líquidos y a vapores, pues de otro modo la cámara de vapor ya no estaría en comunicación de flujo de líquido y de vapor con el material de base. "Permeable a líquidos", en el sentido de la presente invención, se refiere a que el agua fluye esencialmente libre a través de este material. Más específicamente, la permeabilidad al agua de este material es en general tal que a una presión de 0,001 MPa, el flujo del agua a través del material es al menos 1 l/(m^{2}\cdots), preferiblemente al menos 10 l(m^{2}\cdots), más preferiblemente de al menos 100 l(m^{2}\cdots), y más preferiblemente aún al menos 200 l(m^{2}\cdots). En general, si el material es permeable a líquidos, automáticamente es también permeable a vapores.

Sobre la base de lo expuesto, es claro que no sería adecuado cubrir toda la superficie del material de base con material impermeable al vapor de agua, como en el caso del documento WO 98/15474, con lo que el material de base por debajo del faldón aislante no puede ser humedecido, y no puede conseguirse un gradiente de temperatura suficientemente alto.

Un material adecuado con el que el material de base podría ser cubierto es un paño de raíces, lo que evita que las raíces o plantas penetren en el dispositivo de la presente invención.

La transferencia térmica puede ser incrementada más mediante el uso de un material de base que por si mismo (es decir, ya en estado seco) tenga una alta capacidad y conductividad térmicas. Más particularmente, se prefiere que el material de base tenga una capacidad térmica de al menos 0,5 kJ/(kg\cdot°C, y preferiblemente de al menos 0,8 kJ/(kg\cdot°C). Materiales de base adecuados comprenden, por ejemplo, cualesquiera materiales de base de plantas convencionales, tales como tierra natural, por ejemplo, arena, arcilla, o mezclas de ellas, siendo preferida la arcilla, o tierra artificial tal como un sustrato de materiales conocidos por el cultivo hidropónico, y materiales porosos hidrófilos, por ejemplo Oasis^{TM}. El material de base puede estar también en forma de mantilla, En una realización preferida, la tierra natural o artificial contiene un sistema de drenaje que permite la recogida del agua condensada.

Como antes se ha dicho, preferiblemente la superficie inferior de la cámara de vapor es la superficie superior del material de base y/o de un material que está en comunicación de flujo líquido y de vapor con dicha superficie superior del material de base. De este modo se evita tener que practicar orificios, como es necesario en el sistema descrito en el documento FR 2.707.281.

Como se ha explicado anteriormente, para una condensación efectiva del vapor de agua es esencial que la anchura activa (w) de la superficie inferior de la cámara de vapor sea de al menos el 10% del diámetro efectivo del compartimiento de evaporación. Preferiblemente es de al menos el 20%, más preferiblemente de al menos el 30%, más preferiblemente aún de al menos el 40%, todavía más preferiblemente de al menos el 50%, y con más preferencia de al menos el 100% del diámetro efectivo (d) del compartimiento de evaporación, y preferiblemente inferior al 200% de dicho diámetro efectivo (d) del compartimiento de evaporación. Si la anchura activa de la superficie inferior de la cámara de vapor está por debajo del 10%, la superficie disponible para la condensación es demasiado pequeña en relación con la superficie que permite la evaporación del agua. En este caso, la condensación efectiva del agua no es posible.

Con preferencia, el compartimiento de evaporación tiene un diámetro efectivo (d) dentro de un margen de 2 a 20 cm, más preferiblemente de 6 a 12 cm. Se prefiere también que la anchura activa (w) de la superficie inferior de la cámara de vapor esté dentro de un margen de 4 a 60 cm. El diámetro efectivo y la anchura activa con preferencia no exceden a los límites superiores dados, con objeto de no cubrir demasiada superficie del material de base con el dispositivo, y mantener en un mínimo la cuantía del material necesario para dicho dispositivo. Además, con dimensiones demasiado grandes, el dispositivo puede resultar mecánicamente inestable.

Como antes se ha explicado, otro aspecto clave del dispositivo de la presente invención es que el compartimiento de evaporación está situado dentro de la cámara de vapor, de modo que hay un hueco entre la superficie interior del faldón aislante y la superficie exterior del compartimiento de evaporación. Debido a la presencia de este hueco, la superficie interior del faldón aislante no toca, o casi no toca la superficie exterior del compartimiento de evaporación. Más particularmente, con preferencia menos del 30%, más preferiblemente menos del 20%, más preferiblemente aún menos del 10%, y todavía más preferiblemente menos del 5% de la superficie interior del faldón aislante, está en contacto con la superficie exterior del compartimiento de evaporación. Aún con más preferencia, la superficie exterior del compartimiento de evaporación no toca con nada de la superficie interior del faldón aislante. En estos casos, cualquier pérdida de calor absorbida por el líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación hacia las zonas circundantes es al menos reducida considerablemente o incluso eliminada del todo.

La anchura media más corta (s) del hueco es preferiblemente de al menos 0,1 cm, más preferiblemente de 0,1 a 5 cm, y con más preferencia de 0,1 a 2 cm. La "anchura media más corta" (s) es la distancia más corta entre la superficie interior del faldón aislante y la superficie exterior del compartimiento de evaporación, promediada sobre la longitud (L) del dispositivo. Una parte principal, y con preferencia sustancialmente la totalidad del hueco, comprende vapor de agua y un gas tal como aire. No obstante, para asegurar que la superficie exterior del compartimiento de evaporación no toca con la superficie interior del faldón aislante, el hueco puede contener adicionalmente un espaciador. Dicho espaciador puede ser seleccionado, por ejemplo, de entre materiales tales como Enkamat^{TM} (ex Akzo Nobel/Acordis) o un almohadillado vejigoso. Ha de hacerse notar que dicho almohadillado puede ser utilizado al mismo tiempo como faldón aislante y material espaciador. El almohadillado vejigoso se dispone preferiblemente de modo que sus nodos apunten hacia el compartimiento de evaporación. La superficie exterior de dicho almohadillado impermeable al líquido acuoso así como al vapor de agua, puede actuar entonces como faldón aislante, mientras que los nodos contenidos en la superficie interior actuarán como espaciador entre el faldón aislante y el compartimiento de evaporación. Otro aspecto preferido de la invención es el compartimiento de evaporación (2), hueco y cerrado sin costuras, que tiene unas paredes con una superficie interior y exterior que comprende una membrana hidrófila, homogénea, resistente a la sal y más preferiblemente también permeable al agua. Dicho compartimiento de evaporación resistente a la sal es nuevo. La expresión "resistente a la sal" significa que el polímero de la membrana no se degrada bajo la influencia del agua salada caliente.

El faldón aislante puede ser de cualquier material adecuado. Ejemplos de materiales que pueden ser utilizados para aislar al menos parcialmente la cámara de vapor son materiales polímeros, metal, materiales de cerámica, vidrio u otros materiales transparentes. La superficie superior del faldón aislante puede comprender, y preferiblemente consiste esencialmente en un material que es transparente a la luz visual, y que es opaco a otras longitudes de onda. El faldón aislante debe ser impermeable tanto a líquidos acuosos como a vapor de agua. Aunque en la práctica, con frecuencia esto no es necesario, para reducir más la radiación de energía térmica fuera del líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación, el faldón aislante comprende preferiblemente al menos dos láminas impermeables al vapor de agua y al líquido acuoso que definen un hueco, con una anchura media (g) dentro de un margen de al menos 0,1 cm, más preferiblemente de 0,1 a 5 cm, y más preferiblemente aún de 0,1 a 2 cm (véase la fig. 1). Dicho hueco contiene preferiblemente un gas, tal como aire, y opcionalmente un espaciador.

Preferiblemente menos del 30%, más preferiblemente menos del 20%, aún más preferiblemente menos del 10%, y con más preferencia menos del 5% de la superficie interior de la lámina exterior del faldón aislante, está en contacto con la superficie exterior de la lámina interior de dicho faldón aislante. Aún más preferiblemente, las láminas del faldón aislante no se tocan entre sí. Esto puede ser asegurado mediante un espaciador, que preferiblemente se selecciona de entre materiales tales como Enkamat^{TM} o un almohadillado vejigoso. Dicho almohadillado está también dispuesto de modo que los nodos apunten hacia el compartimiento de evaporación.

Materiales adecuados de los que puede estar compuesto el faldón aislante son, por ejemplo, vidrio o polímeros tales como poliolefinas, por ejemplo, polietileno, polipropileno, poli(cloruro de vinilo), poliésteres, policarbonato tal como Lexan^{TM}, PMMA tal como Plexiglas^{TM} o Perspex^{TM}. Estos materiales serán citados aquí como materiales aislantes.

Preferiblemente, el faldón aislante comprende dos láminas con un espaciador entre ellas, y un segundo espaciador entre la superficie interior de la lámina interior y la superficie exterior del compartimiento de evaporación.

Si el dispositivo ha de ser empleado mediante la exposición a la luz del sol, cualquier material aislante del que esté compuesto el faldón aislante, cualquier espaciador entre las láminas individuales de dicho faldón, y cualquier espaciador entre el faldón aislante y el compartimiento de evaporación son preferiblemente translúcidos a la radiación solar, que calienta el líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación, lo que significa que al menos el 80%, y preferiblemente al menos el 90% de esta radiación solar, puede alcanzar el compartimiento de evaporación y producir el aumento de la temperatura del líquido acuoso contenido en él. Además, se prefiere que cualquier material aislante del que esté hecho el faldón aislante, cualquier espaciador entre las láminas individuales de dicho faldón, y cualquier espaciador entre el faldón aislante y el compartimiento de evaporación tengan químicamente suficiente estabilidad con respecto a la radiación solar que calienta el líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación. El faldón aislante puede comprender adicionalmente un material que sea translúcido a cualquier radiación solar que caldee el líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación, pero que no sea translúcido a la luz UV.

En otra realización, el compartimiento de evaporación es enfriado exteriormente, con preferencia mediante agua, agua del mar, aire, o tierra.

Aunque la mayor parte del vapor de agua se condensa en la zona de condensación, tal como la superficie del material de base, no puede excluirse del todo que una pequeña parte del vapor de agua se condense sobre la superficie interior del faldón aislante. Si esto sucede sobre la parte de la superficie interior de dicho faldón que queda frente a la superficie exterior del compartimiento de evaporación, agua condensada puede gotear sobre la superficie exterior del compartimiento de evaporación, en función de la forma del faldón aislante. Como consecuencia de ello, la eficiencia del compartimiento de evaporación resultaría reducida.

Por tanto, es deseable que la forma del faldón aislante sea elegida de tal modo que esencialmente el agua que se haya condensado sobre la superficie interior del faldón aislante no gotee sobre la superficie exterior del compartimiento de evaporación. Esto puede lograrse mediante la elección de una superficie interior del faldón aislante de tal modo que el agua condensada en la superficie interior de dicho faldón sea conducida a lo largo de dicha superficie hasta encima de la superficie del material de base.

Por tanto, una superficie interior como la que se muestra en la fig. 6 es menos preferida, ya que el agua condensada puede recogerse en el punto 9 y gotear sobre la superficie exterior del compartimiento de evaporación. Igualmente, es menos preferida una superficie interior en la que la parte de ella que queda frente a la superficie exterior del compartimiento de evaporación comprenda una sección transversal horizontal. No obstante, ha de hacerse notar que una superficie interior del faldón aislante que contenga en parte una sección transversal horizontal puede aún ser preferida, en tanto que esta parte horizontal de dicha superficie interior no quede frente a la superficie exterior del compartimiento de evaporación.

En una realización preferida de la invención, la sección transversal del faldón aislante situada verticalmente por encima del compartimiento de evaporación, tiene forma de arco, como se muestra en las figs. 1 y 2a.

El vapor de agua que abandone la cámara de vapor hacia el espacio circundante se pierde, dado que ya no se condensará cobre la superficie del material de base. Por tanto, la cámara de vapor está construida preferiblemente de modo que se evite cualquier pérdida de vapor de agua hacia el espacio circundante. Más particularmente, el faldón aislante impermeable al vapor de agua es obturado preferiblemente al material de base para evitar la pérdida de dicho vapor de agua de la cámara de vapor. Es posible, por ejemplo, enterrar los bordes del faldón aislante en el material de base, o colocar, por ejemplo, piedras, barras de hierro, o arena, sobre los bordes exteriores de dicho faldón aislante.

Las paredes del compartimiento de evaporación comprenden una membrana permeable al agua e impermeable al líquido acuoso. La expresión "permeable al líquido acuoso" según esta invención significa que el material no tiene abertura macroscópica alguna a través de la que puede fluir libremente un líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación al interior de la cámara de vapor. Preferiblemente, la membrana permeable al agua e impermeable al líquido acuoso comprende, y más preferiblemente consiste esencialmente en una membrana no porosa e hidrófila, tal como una membrana hecha de copolieteramida, copolieteruretano, o copiolieteréster. Más preferiblemente, la membrana comprende, y con más preferencia consiste esencialmente en una copolieteramida. En la copolieteramida más preferida, las secuencias de polieter y poliamida son enlazadas a través de unos puentes de amida. Dicho polímero es descrito en detalle en la solicitud de patente internacional no publicada PCT/EP 99/08159. Preferiblemente, la membrana tiene una permeabilidad al vapor de agua de al menos 500 g/(24 h-m^{2}). Dicha permeabilidad al vapor de agua es medida sobre una membrana con un grosor de 15 mm, como se describe en la norma de la ASTM E98-66 (Método B modificado; temperatura del agua, 30°C; temperatura ambiental, 21°C con un 80% de humedad relativa). Preferiblemente, la membrana tiene un grosor de 10 a 200 \mum, y más preferiblemente de 20 a 100 \mum. En una realización preferida, el material de la membrana está dotado de negro de humo, para mejorar el gradiente de temperatura requerido.

Las paredes del compartimiento de evaporación, con preferencia consisten esencialmente en la membrana antes descrita. No obstante, es posible también que una parte de las paredes comprenda la membrana citada, y otra parte comprenda otro polímero impermeable al líquido acuoso así como impermeable al vapor de agua.

Preferiblemente, una amida de copoliéter obtenible a partir de la polimerización de un monómero lactam que tenga de 3 a 12 átomos de carbono, y una diamina de la fórmula H_{2}N-(CRH)_{y}-(OQ)_{x}-NH_{2}, en la que R es independientemente H o CH_{3}, x es un número entero de 1 a 100, y es un número entero de 1 a 20, Q es R^{2}-R^{1} siendo R^{2} un grupo alquileno C2-C4 sustituido por R^{1}, que es hidrógeno o un grupo alquilo C1-C4, y que es utilizado para la membrana hidrófila homogénea permeable al agua y resistente a la sal. Particularmente útil es una amida de copoliéter obtenible de la polimerización de e-caprolactan, ácido adípico, y una mezcla de poli(óxido de etileno) y poli(óxido de propileno), que ambos contienen grupos 2-aminopropil terminados y tienen un peso molecular aproximado de 2000. Dichos materiales son conocidos en esa técnica. Se hace referencia a la solicitud de patente europea EP 0.761.715, que describe la síntesis de estos materiales.

Además, el compartimiento de evaporación puede comprender un material de refuerzo, que puede estar situado dentro de dicho compartimiento o sobre la superficie exterior del mismo. El material de refuerzo preferiblemente no reduce la cuantía del agua evaporada. Materiales de refuerzo adecuados son por tanto materiales porosos, tales como telas, géneros trenzados, o materiales no tejidos de polietileno, polipropileno, poliéster, poliamida, o combinaciones de ellos, tales como Colback^{TM} (ex Akzo Nobel/Acordis). Si el material de refuerzo está situado sobre la superficie exterior del compartimiento de evaporación, preferiblemente el material de refuerzo no es translúcido a la radiación solar, con objeto de proteger la membrana del compartimiento de evaporación de la luz solar, y en particular de la radiación UV. Más particularmente, se prefiere que el material de refuerzo tenga una estructura absorbente a la luz del sol, preferiblemente que sea de color oscuro y más preferentemente negro. De este modo, en el material de refuerzo la luz solar se convierte en calor, que calienta el líquido acuoso contenido en el compartimiento de evaporación.

La forma del compartimiento de evaporación se elige preferiblemente de modo que tenga una área superficial alta, en forma tubular o de estrella, siendo preferida la primera. La membrana de dicho compartimiento de evaporación de forma tubular puede ser preparada, por ejemplo, mediante moldeo por insuflación. Este moldeo ofrece en general el efecto beneficioso de la estabilidad mecánica de la membrana resultante moldeada por insuflación del compartimiento de evaporación. Con preferencia, dicho compartimiento consiste esencialmente en un material polímero sencillo. Esto hace que el diseño del citado compartimiento resulte particularmente robusto y sencillo. Otras ventajas principales del compartimiento de evaporación de acuerdo con la invención son los altos rendimientos que pueden obtenerse en la purificación o desalinización, y la facilidad de fijar su dimensión, ya que puede ser hecho prácticamente sin fin, o al menos tan largo como resulte necesario. En las figs. 1, 2a y 5 se muestran varias formas de compartimientos de evaporación.

Preferiblemente, la superficie exterior del compartimiento de evaporación (2) y la superficie del material de base están separadas una distancia (h), que puede ser asegurada mediante un espaciador, seleccionado preferiblemente de material, por ejemplo, Enkamat^{TM}. Preferiblemente, el espaciador es permeable al agua.

En general, el dispositivo de la presente invención puede comprender uno o más compartimientos de evaporación, siendo preferido uno con objeto de maximizar la cantidad de radiación solar sobre dicho compartimiento y reducir la complejidad del dispositivo. La longitud (L) de dicho dispositivo (véase la fig. 3) está preferiblemente dentro de un margen de varios metros a cientos de metros.

Una realización preferida de la presente invención se muestra en la fig. 1 (corte transversal) y en la fig. 3 (vista tridimensional). El dispositivo (1) de estas figuras comprende una cámara de vapor (5) formada por un faldón aislante (3) que tiene forma de arco, y que comprende dos láminas que definen un hueco con una anchura media (g). El faldón aislante (3) está apoyado por sus dos bordes más largos en el material de base (4), lo que define así una anchura activa (w) de la superficie inferior de la cámara de vapor (6). El compartimiento de evaporación (2) tiene forma tubular, y está situado dentro de la cámara de vapor (5), con lo que define así un hueco entre su superficie exterior y la superficie interior del faldón aislante, con una anchura media más corta (s). La superficie inferior de la cámara de vapor (6) está formada por la superficie superior del material de base (4), y el compartimiento de evaporación (2) está separado de la superficie superior del material de base (4) una distancia (h). El dispositivo (1) tiene una longitud (L) como se muestra en la fig. 3. La fig. 2c muestra cortes transversales de un dispositivo tal como el de la fig. 1, con diferentes anchuras activas (w).

En la fig. 2a se muestra la sección transversal de otra realización preferida. El dispositivo (1) de esta figura es similar al de las figs. 1 y 3, excepto en que la sección transversal del compartimiento de evaporación (2) tiene forma de triángulo.

Otra realización preferida más se muestra en la fig. 2b. El dispositivo (1) es similar al de las figs. 1 y 3, excepto en que el faldón aislante (3) tiene forma de triángulo. Dicha geometría del faldón aislante es obtenida típicamente cuando son utilizadas placas de vidrio para formar dicho faldón aislante.

Si así se desea, el material de base (4) puede comprender un sistema de drenaje, que permita la recogida del agua condensada.

El compartimiento de evaporación puede ser llenado con el líquido acuoso por medio, por ejemplo, de una bomba que bombee dicho líquido fuera de un depósito de líquido acuoso que contenga desechos, al interior del compartimiento de evaporación. Otra posibilidad es conectar el compartimiento de evaporación a un depósito de líquido acuoso que contenga desechos situado por encima del nivel de dicho compartimiento de evaporación, de modo que el líquido acuoso situado por encima de el citado líquido penetre en el compartimiento de evaporación por gravedad. Por razones de simplicidad, en las figuras no se muestras dichos medios para llenar el compartimiento de evaporación con el líquido acuoso.

Un ejemplo de dispositivo (10) se muestra en la fig. 7. En esta figura se emplean los mismos signos de referencia que en la fig. 1, lo que indica que las definiciones y realizaciones (preferidas) antes descritas para el dispositivo (1) se mantienen también para el dispositivo (10) de la presente invención.

La totalidad del dispositivo de la presente invención consiste preferiblemente de modo exclusivo de materiales polímeros. Por tanto, el diseño del dispositivo de la presente invención puede ser así extremadamente sencillo. No obstante, parte de él puede estar hecho de vidrio.

La invención corresponde también a un procedimiento para permitir la evaporación y la condensación del agua procedente de un líquido acuoso por medio de un gradiente de temperatura, cuyo procedimiento comprende:

a) llenar un compartimiento de evaporación con el líquido acuoso, cuyo compartimiento está hecho a partir de un compartimiento de evaporación (2) hueco, que tiene al menos una pared con una superficie exterior, y que comprende una membrana permeable al agua hueca y cerrada;

b) transportar el agua a través de la membrana a una cámara de evaporación (5) que está a una temperatura inferior a la del compartimiento de evaporación, para obtener un gradiente de temperatura, y en el que se condensa al menos parte del vapor de agua procedente del líquido acuoso, y en el que el compartimiento de evaporación está situado dentro de la cámara de vapor; y

c) opcionalmente, extraer los residuos del líquido acuoso que son obtenidos después de la evaporación del agua y del transporte del vapor de agua desde el compartimiento de evaporación a la cámara de vapor y al compartimiento de condensación.

Uso de la presente invención

El dispositivo de la presente invención puede ser utilizado, por ejemplo, para la irrigación de plantas que crecen sobre un material de base. En este caso, las plantas crecen en proximidad inmediata al dispositivo, de modo que sus raíces pueden alcanzar el agua condensada en dicho material de base de las plantas. Puede ser aconsejable también cubrir la superficie superior del material de base, fuera del dispositivo, con una lámina compuesta por un material impermeable a líquido acuoso así como impermeable al vapor de agua, que contenga aberturas para las plantas. De este modo puede evitarse o al menos reducirse la transevaporación del agua condensada fuera del material de base. Otros usos son la desalinización del agua, la purificación de agua contaminada, o la desecación de líquidos o suspensiones contaminados con agua.

La fuente de calor es preferible la luz solar, aunque otras fuentes tales como gas caldeado o calor retirado del suelo o del agua pueden utilizarse igualmente bien. Puede hacerse uso también de intercambio térmico mediante, por ejemplo, el empleo de los residuos de un líquido acuoso para caldear dicho líquido antes de que entre en el compartimiento de evaporación del dispositivo. Igualmente, para esta finalidad puede ser utilizada también la condensación térmica.

Para mejorar la eficiencia del calor, la cámara de vapor puede contener reflectores dirigidos hacia el compartimiento de evaporación. Dichos reflectores están hechos preferiblemente de una película permeable al gas. En otra realización, la toma de calor del compartimiento de evaporación es mejorada mediante el equipamiento del compartimiento de evaporación, por ejemplo, con un manguito o tubo (con preferencia negro), preferiblemente dotado de unas hebras en contacto con la membrana hidrófila homogénea, de modo que se forme una lanilla peluda en torno al compartimiento de evaporación. Materiales de lanilla adecuados está hechos, por ejemplo, de nilón y polipropileno.

Debido a la alta eficiencia de la evaporación y de la condensación, la cantidad de agua condensada puede ser elegida para que sea tan alta que pueda ser drenada fuera del material de base con un sistema de drenaje. En este caso, el dispositivo puede ser utilizado también para desalación o para la recogida de agua dulce. La desalación es adecuada en particular en los casos en que el dispositivo ha de funcionar sobre un material de base que contenga cantidades altas de sal, caso frecuente en áreas semiáridas. En esta ocasión, el agua condensada fluye a través del material de base y disuelve la sal contenida en dicho material. El agua condensada que contiene sal es recogida luego a través del sistema de drenaje, y la sal contenida en el material de base es retirada así de manera efectiva. El material de base así desalado puede ser utilizado luego para la agricultura. Opcionalmente, el agua retirada conteniendo sal puede ser utilizada para alimentar el dispositivo de la presente invención.

Por otra parte, si el material de base contiene compuestos poco o nada solubles en agua, el agua condensada recogida a través del sistema de drenaje puede ser utilizada como agua dulce.

En ambos casos, la superficie superior del material de base fuera del dispositivo, preferiblemente es cubierta por una lámina impermeable a líquidos acuosos y al vapor de agua, con objeto de evitar o al menos reducir la reevaporación de agua condensada en dicho material de base.

En todos los casos anteriores, el compartimiento de evaporación es rellenado al menos parcialmente, con un líquido acuoso, que puede seleccionar de cualquier agua que contenga desechos tales como agua salobre, agua de cloaca, agua contaminada con metales pesados tales como cadmio, agua contaminada de otro modo tal como con arsénico, agua del mar, una mezcla de agua y compuestos orgánicos tales como residuos de petróleo crudo obtenidos como subproducto en la producción de gas y petróleo (formación de agua), o el agua de drenaje conteniendo sal antes descrita. Típicamente, el líquido acuoso contiene uno o más de los siguientes componentes: sodio, calcio, magnesio, sulfatos, cloruros, carbonato de hidrógeno, o iones de carbonato. Preferiblemente, el líquido acuoso comprende cloruro sódico, y más preferiblemente es agua del mar o agua salobre. Preferiblemente, el líquido acuoso se elige de modo que tenga escasa o ninguna capacidad de incrustación biológica y/o escamación, cuya carencia es una de las ventajas de la presente invención. Si es necesario, el líquido acuoso puede ser filtrado antes del uso, con objeto de reducir su capacidad de incrustación y/o escamación. En particular, este puede ser el caso con el agua del mar.

Durante o antes del uso del dispositivo de la presente invención, el líquido acuoso que está contenido en el compartimiento de evaporación es calentado para asegurar la evaporación del agua. En una realización preferida, el líquido acuoso es calentado por el sol.

De modo alternativo o adicional, es posible también precalentar el líquido acuoso antes de penetrar en el compartimiento de evaporación. Este precaldeo puede ser en lugar del caldeo del líquido acuoso en el compartimiento de evaporación por el sol, o además de él.

El líquido acuoso puede ser bombeado a través del compartimiento de evaporación. No obstante, es posible también conectar el compartimiento de evaporación a un depósito de almacenamiento que contenga el líquido acuoso. En este caso, el agua que se evapore a través de la membrana permeable del compartimiento de evaporación es reemplazada por líquido acuoso procedente del depósito de almacenamiento.

Si el compartimiento de evaporación es alimentado con agua de desecho, cualquiera de los usos anteriores dará por resultado la concentración de dichas aguas. Por tanto, otro aspecto de la presente invención es utilizar el dispositivo para concentrar aguas de desecho.

Pueden ser imaginadas diversas variantes del dispositivo de la invención. En una realización de ella, el dispositivo puede ser montado en el aire mediante suspensión, y el vapor de agua puede se conducido al suelo (o zona de condensación) a través de un tubo.

En una realización particularmente preferida, el compartimiento de evaporación está separado de la zona de condensación por medio de un espaciador. Esto resulta útil cuando la zona de condensación es el suelo, para evitar el contacto directo entre el compartimiento de evaporación y dicho suelo.

Cuando el dispositivo de la invención es montado en proximidad a paredes transparentes de invernaderos, la absorción térmica del dispositivo conduce al enfriamiento de dicho invernadero, lo que constituye una ventaja adicional en su control de la temperatura.

La invención será ilustrada también por medio de los siguientes ejemplos.

Ejemplo 1

Este ejemplo ilustra el funcionamiento de un dispositivo expuesto en las figs. 1 y 3, el cual estaba compuesto por:

1) un compartimiento de evaporación,

2) un depósito de almacenamiento que está situado encima del nivel del compartimiento de evaporación y conectado a éste;

3) una cámara de vapor de la que su superficie superior está formada por un faldón aislante, y su superficie inferior es arena.

La anchura activa (w) y el diámetro efectivo (d) del dispositivo se eligieron para ser de 9 cm, es decir, que la anchura activa era el 100% del diámetro efectivo.

El compartimiento de evaporación tenía la forma tubular mostrada en las figs. 1 y 3, y las paredes de este compartimiento estaban hechas de una membrana de copolieteramida. como se describe en la solicitud de patente internacional no prepublicada PCT/EP99/08159. La membrana tenía un grosor de 0,050 mm y una permeabilidad al vapor de agua de 2500 a 2700 /(24 h-m^{2}), medido para una membrana con grosor de 15 \mum, de acuerdo con la norma de la ASTM E96-66 (Método B modificado; Temperatura del agua, 30°C; temperatura ambiental, 21°C con humedad relativa del 60%). La membrana fue producida como tubo sin fin moldeado por insuflación. La membrana tubular fue reforzada sobre su superficie exterior con un material no tejido, negro y altamente poroso compuesto de poliéster (Colback^{TM}; ex Akzo Nobel/Acordis).

El faldón aislante tenía forma de arco, como se muestra en las figs. 1 y 3, y estaba compuesto de dos almohadillas vejigosas creando un hueco (g) entre dichas almohadillas exterior e interior, con una anchura media de 3 mm. La superficie exterior del almohadillado vejigoso actuaba como superficie exterior del faldón aislante. Los nodos sobre la superficie interior de este almohadillado actuaban como espaciador entre esta superficie interior del aislante y el compartimiento de evaporación, definiendo así un hueco con unas anchuras medias más cortas de aproximadamente 3 mm.

La altura total del dispositivo (medida desde el material de base hasta el punto superior de la superficie exterior del faldón aislante) era de aproximadamente 7 cm, y la longitud (L) era de un metro.

Durante el ensayo, el compartimiento de evaporación se llenó con agua salada, que comprendía 10 g
de cloruro sódico por kg de agua. Para comprobar si durante el experimento se producía alguna fuga de agua salada, el depósito de almacenamiento se llenó con agua destilada. Si se fugase agua salada fuera del compartimiento de evaporación, esto daría por resultado una disminución en la concentración de sal en dicho compartimiento. ya que el agua salada fugada es reemplazada por agua destilada procedente del depósito de almacenamiento. Por otra parte, si no hay fuga de agua salada fuera del compartimiento de evaporación, la concentración de sal en dicho compartimiento permanece igual durante todo el experimento, ya que toda el agua que se evapore del compartimiento de evaporación (que no contenga sal) es reemplazada por agua destilada.

Subsiguientemente, el dispositivo fue expuesto: I) a luz solar "sintética" creada en laboratorio con una salida de 12 kWh/m^{2}\cdotdía; y II) a luz solar natural con una salida de 3,6 kWh/m^{2}\cdotdía. En el experimento I), la secuencia de día-noche fue imitada mediante irradiación del dispositivo durante 12 horas, seguido por 12 horas de oscuridad. En ambos casos, el experimento se efectuó durante un período de tiempo de una semana. Después del experimento se midió la concentración de sal en el compartimiento de evaporación, que fue idéntica a la concentración de sal antes del comienzo del experimento. En consecuencia, no se había fugado agua salada fuera del compartimiento de evaporación durante el experimento.

Como antes se ha descrito, durante el experimento anterior, el agua evaporada fuera del compartimiento de evaporación, que daba por resultado así agua dulce condensada, fue reemplazada por agua destilada procedente del depósito de almacenamiento. En consecuencia, la cantidad de agua dulce por período de tiempo puede ser expresada como la diferencia entre la cantidad de agua destilada en el depósito de almacenamiento al comienzo de dicho período de tiempo, y la cantidad de agua destilada en el citado depósito al final del citado período de tiempo. De este modo se pudo calcular que en el experimento I) se produjo un kg de agua dulce cada 24 horas, y en el experimento II) se produjo 0,4 kg de agua dulce cada 24 horas.

Métodos de caracterización/definiciones Definición de la anchura activa (w) de los dispositivos (1) y (2)

La anchura activa (w) de la superficie inferior de la cámara de vapor del dispositivo (1) es la distancia entre dos puntos en la sección transversal de dicho dispositivo donde la superficie inferior del faldón aislante se encuentra con el material de base (véase, por ejemplo, la fig 4). Si la anchura activa varía sobre la longitud (L) del dispositivo (1), dicha anchura activa (w), en el sentido de la presente invención, es el promedio de estas anchuras activas. Para el dispositivo (10), la anchura activa (w) es la anchura de la sección transversal del material permeable a líquidos que queda sobre la superficie del material de base. La anchura activa del dispositivo (10) es así idéntica a la anchura activa del dispositivo (1). Por tanto, la misma referencia (w) ha sido utilizada para ambos dispositivos, (1) y (10) de la presente invención.

Definición del diámetro efectivo (d)

El diámetro efectivo es la dimensión más larga de la sección transversal del compartimiento de evaporación, que puede ser cubierta de una vez cuando se expone al sol (u otra fuente de calor) (es decir, la dimensión más larga de la sección transversal de la parte no en sombra). Esto se ilustra en la fig. 5. Una fuente de luz (7) (que representa el sol) está situada encima de los compartimientos de evaporación (2) de diferentes geometrías. Las partes de los compartimientos de evaporación en sus secciones transversales que están cubiertas en su mayor parte por la fuente de luz están indicadas por líneas gruesas. El diámetro efectivo (d) es la longitud de estas líneas. Por ejemplo, para un compartimiento de evaporación tubular (fig. 5a) con un radio r, el diámetro efectivo es \pir.

Si el diámetro efectivo varia con respecto a la longitud del compartimiento de evaporación, el diámetro efectivo (d) en el sentido de la presente invención es el promedio de estos diámetros efectivos.

Definición de la distancia (h) del dispositivo (1) de la presente invención

La distancia (h) del dispositivo es la distancia más corta entre la superficie exterior del compartimiento de evaporación y el nivel medio (8) de la superficie del material de base. Para una superficie no nivelada, la definición de (h) se ilustra en la fig. 4.

Claims (17)

1. Una instalación para la condensación de agua procedente de un líquido acuoso por medio de un gradiente de temperatura, cuya instalación comprende una zona de condensación (4) y un dispositivo que a su vez comprende;

a) una cámara de vapor (5) que está en contacto, a través de una superficie inferior abierta o permeable al agua, con la zona de condensación (4), en cuya zona al menos parte del vapor de agua procedente del líquido acuoso se condensa, cuya zona está situada dentro de dicha cámara de vapor.

b) un compartimiento de vaporación (2) que tiene al menos una pared con una superficie exterior y que comprende una membrana hueca, cerrada, y permeable al agua, y en el que la cámara de vapor tiene una superficie exterior que comprende un faldón aislante (3) sustancialmente impermeable al agua, con una superficie interior y otra exterior, de modo que hay un hueco (5) entre la superficie interior del faldón aislante y la superficie exterior del compartimiento de evaporación, y en el que la cámara de vapor tiene una superficie inferior de una anchura activa (w) que es al menos el 10% del diámetro efectivo (d) del compartimiento de evaporación (2), y en el que la superficie inferior se define como la parte de la cámara de vapor (5) que está en comunicación de flujo líquido y de vapor con la zona de condensación (4).

2. Un dispositivo (1) adecuado para uso en la instalación de la reivindicación 1, cuyo dispositivo comprende:

a) una cámara de vapor (5) que puede ser puesta en contacto, a través de una superficie inferior abierta o permeable al agua, con una zona de condensación (4) en la que al menos parte del vapor de agua procedente del líquido acuoso se condensa, cuya zona está situada dentro de dicha cámara de vapor (5);

b) un compartimiento de evaporación (2) que tiene al menos una pared con una superficie exterior, y que comprende una membrana hueca y cerrada permeable al agua, y en el que la cámara de vapor tiene una superficie exterior que comprende un faldón aislante (3) sustancialmente impermeable al agua, con una superficie interior y otra exterior, de modo que hay un hueco entre la superficie interior del faldón aislante y la superficie exterior del compartimiento de evaporación, y en el que la cámara de vapor tiene una superficie inferior de una anchura activa (w) que es, al menos, el 10% del diámetro efectivo (d) del compartimiento de evaporación (2), cuya superficie inferior se define como la parte de la cámara de vapor (5) que es adecuada para estar en comunicación de flujo líquido y de vapor con la zona de condensación (4).

3. El dispositivo de la reivindicación 2, en el que al menos una parte de la cámara de vapor está formada por la zona de condensación y/o por un material que permanece en comunicación tanto de flujo como de vapor con dicha zona de condensación.

4. El dispositivo de las reivindicaciones 2 o 3, en el que la anchura activa (w) es al menos el 30%, preferiblemente el 50% del diámetro efectivo (d) del compartimiento de evaporación (2).

5. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, en el que la membrana es resistente a la sal.

6. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, en el que la membrana está hueca y cerrada sin costuras.

7. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6, en el que el hueco entre la superficie interior del faldón aislante (3) y la superficie exterior del compartimiento de evaporación (2) tiene una anchura más corta media (s) de al menos 0,1 cm.

8. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 7, en el que el faldón aislante (3) comprende al menos dos láminas impermeables al vapor de agua y al líquido acuoso, y en el que el hueco entre dichas dos láminas tiene una anchura media (g) de al menos 0,1 cm.

9. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el compartimiento de evaporación (2) comprende una membrana homogénea, hidrófila y no porosa, seleccionada preferiblemente de entre un copolieteruretano, copolieteréster, y más preferiblemente una copolieteramida.

10. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que al menos parte del faldón aislante está hecho de un polímero, metal, material cerámico, o vidrio.

11. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la cámara de condensación es suelo natural o artificial contenido opcionalmente en un vaso, recipiente, cubeta, o similar.

12. El dispositivo de la reivindicación 11, en el que el suelo artificial se selecciona de materiales de sustrato conocidos de cultivo hidropónico, y materiales porosos hidrófilos.

13. El dispositivo de las reivindicaciones 11 o 12, en el que el suelo natural o artificial contiene un sistema de drenaje que permite la recogida del agua condensada.

14. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que cuenta con medios para rellenar el compartimiento de evaporación con el líquido acuoso, y opcionalmente, medios para extraer los residuos del líquido acuoso que son obtenidos después de la evaporación del agua y del transporte del vapor de agua desde el compartimiento de evaporación a la cámara de vapor y a la zona de condensación.

15. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la cámara de vapor comprende medios para obtener una corriente de convección que mejora la evaporación del compartimiento de evaporación y/o el transporte del vapor de agua desde la cámara de vapor a la zona de condensación.

16. El dispositivo de una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el compartimiento de evaporación (2) cerrado y preferiblemente sin costuras tiene una membrana de copoliéter amida obtenible de la polimerización de un monómero lactam que tiene de 3 a 12 átomos de carbono, un ácido dicarboxílico con 2 a 20 átomos de carbono, y una diamina de la fórmula H_{2}N-(CRH)_{y}-(OQ)_{x}-NH_{2}, donde R es independientemente H o CH_{3}, x es un número entero de 1 a 100, y es un número entero de 1 a 20, Q es R^{2}-R^{1}. siendo R^{2} un grupo alquileno C2-C4 sustituido por R^{1}, que es hidrógeno o un grupo alquilo C1-C4.

17. Un procedimiento para la condensación de agua procedente de un líquido acuoso por medio de un gradiente de temperatura, en un dispositivo de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, cuyo procedimiento comprende:

a) llenar un compartimiento de evaporación con el líquido acuoso, cuyo compartimiento de evaporación está formado por un compartimiento de evaporación (2) hueco, que tiene al menos una pared con una superficie exterior que comprende una membrana hueca y cerrada permeable al agua;

b) transportar el agua a través de la membrana al interior de una cámara de vapor (5) que es puesta en contacto con una zona de condensación (4) que tiene una temperatura inferior a la del compartimiento de evaporación para obtener un gradiente de temperatura, y en el que al menos parte del vapor de agua procedente del líquido acuoso se condensa, y en el que el compartimiento de evaporación está situado dentro de la cámara de vapor; y

c) opcionalmente, retirar los residuos del líquido acuoso que se obtienen después de la evaporación del agua, y transportar el vapor de agua desde el compartimiento de evaporación a la cámara de vapor y a la zona de condensación.