ES2275671T3 - Sistema de electrodesionizacion mejorado. - Google Patents
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Abstract
Un sistema de electrodesionización para eliminar iones de líquidos que son hechos pasar por él, que comprende: un módulo (10) de desionización de paso directo; una fuente de alimentación eléctrica (12) que proporciona intensidad constante o voltaje constante, conectada eléctricamente a los electrodos (14, 16) de dicho módulo de electrodesionización, con el fin de establecer un gradiente de voltaje entre ellos; primeros medios (18) para vigilar el valor de una propiedad del flujo de salida de líquido desde dicho módulo de electrodesionización; y segundos medios para establecer un margen de valores objetivo prefijados para una propiedad de dicho flujo de salida de líquido; y medios de control (20) que responden a dichos primeros medios (18) de vigilancia, y destinados a activar y desactivar por impulsos dicha fuente de alimentación con un ciclo de trabajo proporcional a la calidad del agua de salida dentro del margen de tal manera que la fuente de alimentación esté activa cuando la propiedadvigilada está por debajo del margen, esté desactivada cuando la propiedad vigilada esté por encima del margen y se active en forma intermitente cuando la propiedad vigilada esté dentro del margen.
Description
Sistema de electrodesionización mejorado.
Este invento se refiere a un sistema de
electrodesionización mejorado en el que la fuente de alimentación
de corriente es hecha funcionar a impulsos, activándola y
desactivándola, a fin de mantener una calidad del agua de salida,
por ejemplo la resistividad de salida, dentro de un margen
predeterminado.
Los sistemas de electrodesionización se utilizan
para eliminar iones de líquidos, especialmente del agua. Estos
sistemas requieren una fuente de alimentación que aplique un voltaje
al módulo de electrodesionización. Típicamente, estas fuentes de
alimentación son fuentes de alimentación de corriente continua, de
voltaje constante, en las que se hace variar la intensidad para
mantener un voltaje constante. Otra opción consiste en utilizar una
fuente de alimentación de corriente continua, de intensidad
constante, en la que se hace variar el voltaje según sea necesario
para mantener una intensidad constante.
La calidad del líquido de salida, medida en
términos de resistividad, depende en parte de la calidad del agua
de entrada y, en parte, del voltaje aplicado al módulo de
electrodesionización. Debido a las diferencias en la concentración
y la composición iónicas del líquido de alimentación, las fuentes de
alimentación de voltaje constante tienen que dimensionarse para una
intensidad de salida suficiente a fin de tratar alimentaciones con
elevada concentración de iones, especialmente agua que contenga
altas concentraciones de especies débilmente ionizadas, tales como
dióxido de carbono y sílice. Las fuentes de alimentación de
intensidad constante adolecen del mismo inconveniente. Además, si
el agua de alimentación tiene una concentración iónica más baja,
especialmente de dióxido de carbono o de sílice, dichas fuentes de
alimentación son, con frecuencia, grandes y más caras de lo
necesario para conseguir el resultado. Asimismo, en tales casos, el
módulo de electrodesionización está sometido continuamente a un
voltaje (o una intensidad) mayor de lo necesario, lo que puede
contribuir a un mal comportamiento, así como a acortar la vida útil
del módulo. Además, la formación de incrustaciones en el módulo de
electrodesionización puede constituir un problema cuando se le
aplica al módulo más intensidad de la necesaria.
El documento US A 5.425.858 y el documento WO
99/17864 A describen, respectivamente, un sistema de
electrodesionización para eliminar iones de líquidos que son hechos
pasar a su través, el cual comprende un módulo de
electrodesionización de paso directo, una fuente de alimentación
conectada eléctricamente a los electrodos del citado módulo de
electrodesionización con el fin de establecer un gradiente de
voltaje entre ellos, y medios para vigilar el valor de una
propiedad del flujo de salida de líquido del citado módulo de
electrodesionización.
Estos sistemas son sistemas de voltaje variable
constantemente activados a no ser que tengan que ser regenerados o
hasta que haya necesidad de regenerarlos. Entonces, se corta la
corriente y no puede dispensarse agua pura utilizando esa célula
hasta que se haya regenerado el medio de EDI. Para superar esto,
podrían utilizarse dos células de forma que siempre haya una en
regeneración. Ambos sistemas tienen activos sus electrodos
continuamente y utilizan monitores para hacer variar simplemente la
energía alimentada mientras funcionan.
Por tanto, un objeto de este invento es
proporcionar un sistema mejorado de electrodesionización que pueda
utilizar una fuente de alimentación de corriente más eficaz.
Otro objeto de este invento es proporcionar un
sistema de esta clase que reduzca el consumo de corriente,
especialmente en el caso de aguas de alimentación con baja
concentración iónica, del orden del 30-50%.
Otro objeto más de este invento es proporcionar
un sistema de esta clase que permita establecer un margen objetivo
de resistividad del líquido de salida.
De acuerdo con el presente invento, el objeto
antes mencionado se consigue por medio de un sistema de
electrodesionización como se especifica en la reivindicación 1. Las
reivindicaciones dependientes se dirigen a otros aspectos ventajosos
del invento.
Otro objeto de este invento es proporcionar un
sistema de esta clase que pueda reducir la formación de
incrustaciones que se produce en el módulo de
electrodesionización.
Este invento es el resultado de la comprensión
de que puede conseguirse un margen deseado de la calidad del agua
de salida en un sistema de electrodesionización haciendo funcionar a
impulsos la fuente de alimentación de corriente, activándola y
desactivándola, según un ciclo de trabajo proporcional a la calidad
del agua de salida dentro del margen. Esto permite el uso de una
fuente de alimentación sencilla, económica, de intensidad constante
o de voltaje constante, para conseguir un resultado de la calidad
deseada.
Este invento consiste en un sistema de
electrodesionización mejorado para eliminar iones de líquidos que
son hechos pasar por él, que comprende: un módulo de
electrodesionización de paso directo; una fuente de alimentación
conectada eléctricamente al módulo de electrodesionización con el
fin de establecer un gradiente de voltaje en él; primeros medios
para vigilar el valor de una propiedad (por ejemplo, la
resistividad) del flujo de salida de líquido del módulo de
electrodesionización; y medios, que responden a los primeros medios
de vigilancia, para controlar el período de tiempo que está activa
la fuente de alimentación.
La fuente de alimentación es una fuente de
intensidad constante o de voltaje constante. El sistema puede
incluir, también, medios de control para vigilar el valor de la
propiedad del flujo de entrada de líquido al módulo de
electrodesionización, y los medios de control pueden responder,
además, a los medios de control para vigilancia.
Los medios de control pueden comprender unos
medios de control de banda proporcional para controlar el período
de tiempo que está activa la fuente de alimentación
proporcionalmente dentro de un margen de valores de la propiedad
medida. Entonces. el sistema puede incluir, además, medios para
establecer el margen de valores.
En una realización preferida, este invento
consiste en un sistema mejorado de electrodesionización para
eliminar iones de líquidos hechos pasar por él, que comprende: un
módulo de electrodesionización de paso directo que tiene una
entrada de líquido y una salida de líquido; una fuente de
alimentación conectada eléctricamente a los electrodos del módulo
de electrodesionización con el fin de establecer un gradiente de
voltaje entre ellos; un monitor de resistividad para vigilar la
resistividad del flujo de salida de líquido del módulo de
electrodesionización; medios para establecer un margen de
resistividades objetivo para el flujo de salida de líquido; y
medios de control de banda proporcional que responden al monitor de
resistividad y al margen de resistividades objetivo, para controlar
de forma proporcional el período de tiempo que está activa la fuente
de alimentación, de tal modo que ésta esté activa continuamente
cuando la resistividad se encuentra por debajo del margen y esté
inactiva continuamente cuando la resistividad se encuentre por
encima del margen, y sea activada de forma intermitente cuando la
resistividad esté comprendida en el margen.
Los medios de control pueden establecer un
tiempo de ciclo para la fuente de alimentación. Cuando la
resistividad esté comprendida en el margen objetivo. los medios de
control pueden activar la fuente de alimentación en una parte del
tiempo de cada ciclo inversamente proporcional a la resistividad
vigilada con relación al margen.
A los expertos en la técnica se les ocurrirán, a
partir de la siguiente descripción de las realizaciones preferidas
y de los dibujos adjuntos, otros objetos, características y
ventajas; en los dibujos:
la Fig. 1 es un diagrama esquemático de una
realización del sistema mejorado de electrodesionización del
invento; y
la Fig. 2 ilustra conceptualmente el control de
la fuente de alimentación de banda proporcional preferido para el
invento.
Este invento puede conseguirse merced a un
sistema mejorado de electrodesionización para eliminar iones de
líquidos que son hechos pasar por él. El sistema incluye un módulo
de electrodesionización de paso directo con una fuente de
alimentación conectada eléctricamente a los electrodos del módulo
con el fin de establecer un gradiente de voltaje en el módulo, como
es conocido en la técnica. Hay primeros medios, tales como un
monitor de resistividad, para vigilar el valor de una propiedad (tal
como la resistividad) del flujo de salida de líquido del módulo de
electrodesionización. El período de tiempo en que se encuentra
activa la fuente de alimentación es controlado mediante un
controlador que responde al monitor de resistividad.
Preferiblemente, el controlador es un controlador de banda
proporcional que determina el tiempo que está activada la fuente de
alimentación en proporción inversa al valor de la resistividad de
salida con respecto a un margen de valores de salida prefijado.
En la Figura 1 se muestra un sistema 8 mejorado
de electrodesionización, de acuerdo con este invento. El sistema 8
incluye un módulo de electrodesionización 10 de paso directo y una
fuente 12 de alimentación conectada eléctricamente a los electrodos
14, 16 del módulo con el fin de establecer un gradiente de voltaje
en el módulo 10, en forma conocida en la técnica. La fuente de
alimentación 12 es una fuente de alimentación de intensidad
constante o de voltaje constante, si bien se prefiere una fuente de
alimentación de intensidad constante, ya que la calidad del agua de
salida está relacionada, en parte, con la corriente que circula en
el módulo 10. Preferiblemente, la intensidad de salida de la fuente
de alimentación 12 puede fijarse antes de cada uso del sistema,
dependiendo de la calidad del agua de entrada y del margen de
salida deseado. El agua de alimentación entra en el módulo 10 por
la entrada 30 de líquido y el agua limpia sale del módulo 10 por la
salida 32. El residuo abandona el módulo 10 por el lugar 33.
Este invento lleva a cabo un control de
activación-desactivación de la fuente de
alimentación 12 con el fin de proporcionar un margen deseado para
la calidad de la salida del líquido. Este resultado puede
conseguirse mediante la combinación de primeros medios (celda de
resistividad 18), para vigilar el valor de una propiedad del flujo
de salida de líquido del módulo 10 de electrodesionización, y de
medios (tales como el circuito de control 20) que respondan a la
celda de resistividad 18, para controlar el período de tiempo que
está activada la fuente de alimentación 12.
Preferiblemente, el circuito de control 20
constituye unos medios de control de banda proporcional. Tales
medios de control de banda proporcional tienen un margen prefijado
de resistividades de salida que, si se desea, puede ser constante
en el sistema o puede ser establecida por el operador. Estos medios
de control controlan proporcionalmente el período de tiempo que
está activa la fuente de alimentación 12, de tal manera que la
fuente de alimentación 12 está activa continuamente cuando la
resistividad sea inferior al margen predeterminado, esté inactiva
continuamente cuando la resistividad sea superior a este margen y
sea activada y desactivada de forma intermitente en proporción
inversa a la resistividad del líquido del flujo de salida con
relación al margen cuando la resistividad esté dentro del margen
predeterminado.
El funcionamiento de una realización preferida
con tal esquema de control de banda proporcional se ilustra en la
Figura 2. El margen de resistividad de salida prefijado es el
comprendido entre el límite inferior de 40 y el límite superior de
42, que se ilustra en el eje Y. Preferiblemente, la dimensión de
este margen y su situación a lo largo de la línea de posibles
valores de resistividad, es prefijada por el operador a través del
control 44 del programa de software. Cuando la resistividad de
salida está por debajo del límite inferior de 40, medida por la
celda 18 de resistividad, Fig. 1, el circuito de control 20 habilita
a la fuente de alimentación 12 para que esté activa de manera
continuada. Por el contrario, cuando la resistividad está por encima
del límite alto 42 del margen, la fuente de alimentación está
inactiva continuamente. Cuando la resistividad se encuentra dentro
de la banda proporcional 46, la fuente de alimentación es activada
durante un tiempo inversamente proporcional a la resistividad de
salida con relación al margen. Este control proporcional se ilustra
esquemáticamente en la Figura 2 para los valores de 75 por ciento,
50 por ciento y 25 por ciento del tiempo.
En la realización preferida, este control de
banda proporcional se consigue de la forma siguiente. El circuito
de control 20 incluye un relé de estado sólido u otro interruptor
que sea capaz de activar y desactivar la fuente de alimentación 12.
El circuito 20 de control establece un tiempo de ciclo de la fuente
de alimentación que puede ser, por ejemplo, de 10 segundos. Durante
cada uno de tales ciclos de 10 segundos, el circuito de control 20
controla el ciclo de trabajo de la fuente de alimentación o el
período de tiempo en que la fuente de alimentación está activa. Por
ejemplo, si la resistividad de salida está un 25 por ciento por
encima del límite inferior del margen de resistividad, la fuente de
alimentación es activada durante el 75 por ciento de cada ciclo de
10 segundos. A la inversa, si la resistividad de salida es superior
al límite inferior en un 75 por ciento del margen, la fuente de
alimentación es activada durante un 25 por ciento de cada ciclo.
Este control de banda proporcional mantiene la resistividad de
salida dentro del margen prefijado, al tiempo que ahorra energía.
Cuando la fuente de alimentación está inactiva, la resina de
intercambio de iones continúa eliminando iones. La corriente
refuerza el régimen de transporte de iones y, también, regenera la
resina de intercambio iónico. El esquema de control permite el uso
de una fuente de alimentación de voltaje constante o de intensidad
constante económica, relativamente simple, que no tiene que ser
sobredimensionada para conseguir la resistividad deseada.
En situaciones en que pueda variar la calidad
del agua de entrada, también puede ser deseable disponer de un
segundo dispositivo medidor, como una celda de conductividad, no
representado en los dibujos, para medir la conductividad de la
alimentación de líquido de entrada al módulo de desionización. En
esta situación, los medios de control de banda proporcional pueden
responder, también, a la celda de conductividad. El perceptor de
conductividad determina los valores de entrada del líquido y, luego,
suministra ese valor al controlador. El controlador compara el
valor con un valor mínimo predeterminado y el voltaje presente y
determina si el sistema, así ajustado, será capaz de producir
líquido dentro del margen deseado. Si no lo es, el sistema informará
al operador de ello mediante un mensaje o una alarma, y éste puede
ajustar manualmente el sistema para proporcionar el voltaje
necesario para conseguirlo o puede, mediante la electrónica
apropiada, ajustar automáticamente el voltaje a fin de mantener el
líquido de salida dentro del margen deseado. Una opción es hacer que
el sistema compruebe, periódicamente, la entrada y cambiar el
voltaje para satisfacer las necesidades que presenta el suministro
corriente de líquido. De esta manera, se puede conseguir un sistema
que se regule constantemente, lo que puede ser de utilidad en el
caso de suministros de líquido cuya calidad cambie periódicamente, o
que puede utilizarse para regular de manera continua la fuente de
alimentación hasta alcanzar el nivel óptimo.
Aunque en unos dibujos se muestran
características específicas de este invento y en otros no, ello se
ha hecho únicamente por conveniencia, ya que las características
pueden combinarse de formas conocidas en la técnica y, aún así,
continuar cayendo dentro del alcance de las reivindicaciones. A los
expertos en la técnica se les ocurrirán otras realizaciones, que
también estén comprendidas dentro del alcance de las
reivindicaciones siguientes.
Claims (8)
1. Un sistema de electrodesionización para
eliminar iones de líquidos que son hechos pasar por él, que
comprende:
un módulo (10) de desionización de paso
directo;
una fuente de alimentación eléctrica (12) que
proporciona intensidad constante o voltaje constante, conectada
eléctricamente a los electrodos (14, 16) de dicho módulo de
electrodesionización, con el fin de establecer un gradiente de
voltaje entre ellos;
primeros medios (18) para vigilar el valor de
una propiedad del flujo de salida de líquido desde dicho módulo de
electrodesionización; y
segundos medios para establecer un margen de
valores objetivo prefijados para una propiedad de dicho flujo de
salida de líquido; y
medios de control (20) que responden a dichos
primeros medios (18) de vigilancia, y destinados a activar y
desactivar por impulsos dicha fuente de alimentación con un ciclo de
trabajo proporcional a la calidad del agua de salida dentro del
margen de tal manera que la fuente de alimentación esté activa
cuando la propiedad vigilada está por debajo del margen, esté
desactivada cuando la propiedad vigilada esté por encima del margen
y se active en forma intermitente cuando la propiedad vigilada esté
dentro del margen.
2. El sistema de electrodesionización de la
reivindicación 1, en el que dicha fuente de alimentación (12) es
una fuente de alimentación regulable, de voltaje constante, que
puede ajustarse manualmente o que puede programarse por
software.
3. El sistema de electrodesionización de la
reivindicación 1, en el que dicha fuente de alimentación (12) es
una fuente de alimentación regulable, de intensidad constante, que
puede regularse manualmente o que puede programarse por
software.
4. El sistema de electrodesionización de la
reivindicación 1, en el que dicha propiedad es la resistividad.
5. El sistema de electrodesionización de la
reivindicación 1, que incluye además medios de control para vigilar
el valor de dicha propiedad del flujo de entrada de líquido a dicho
módulo de electrodesionización.
6. El sistema de electrodesionización de la
reivindicación 1, que comprende además una entrada de líquido y una
salida de líquido; un monitor (18) de la resistividad para vigilar
la resistividad del flujo de salida de líquido del citado módulo de
electrodesionización.
7. El sistema de electrodesionización de la
reivindicación 9, en el que dichos medios de control establecen un
tiempo de ciclo de funcionamiento de la fuente de alimentación.
8. El sistema de electrodesionización de la
reivindicación 7, en el que cuando dicha resistividad está dentro
del margen objetivo mencionado, dichos medios de control activan
dicha fuente de alimentación durante una parte de cada uno de
dichos tiempos de ciclo de funcionamiento que es inversamente
proporcional a la resistividad del líquido de salida con relación
al mencionado margen.
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