ES2233121A1 - Destilador solar activado por termosifon. - Google Patents
Destilador solar activado por termosifon.Info
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Abstract
Destilador solar activado por termosifón, por conjunción de radiación solar como agente evaporador y de la refrigeración ambiente, atmosférica y terrestre, para producir la condensación de la fase fluida evaporada, activando el proceso mediante el movimiento gaseoso estimulado por convección natural merced a la creación de una corriente ascendente caliente, rica en fase fluida evaporada y otra descendente en enfriamiento, en la que se produce la condensación, y que tiene lugar en la parte fría, no sometida a insolación, y refrigerada por el aire circundante y por la temperatura subterránea. El fluido a destilar se aporta a la bandeja del colector solar, y el fluido destilado se recoge en un depósito adecuado, colocado en zona relativamente fría, desde el cual el destilado puede extraerse por bombeo, remoción del depósito o cualquier otro método. El termosifón se cierra mediante un conducto de retorno ascendente desde la parte superior del depósito (inferior) del destilado.
Description
Destilador solar activado por termosifón.
La invención se encuadra en el muy amplio campo
de las Operaciones Unitarias de Ingeniería Química y tiene por
objeto producir la destilación de líquidos a temperaturas
ligeramente superiores a la atmosférica, utilizando simplemente la
energía solar como mecanismo activante del proceso, tanto para la
evaporación en si, como para la recuperación del evaporado mediante
ulterior condensación en partes frías, resguardadas de la
insolación, y enfriadas ambientalmente.
Los aparatos de destilación son conocidos desde
antiguo por la humanidad, y se han empleado para separar total o
parcialmente los diversos componentes mezclados en una fase fluida
como, por ejemplo, alcohol del agua, o agua destilada a partir de
agua salada.
La destilación puede efectuarse en muy distintos
márgenes de presión y temperatura, en función de las
características físico-químicas del material a
tratar. La destilación de sustancias alcohólicas puede hacerse a
presión atmosférica y a temperaturas moderadas, como las que pueden
obtenerse en paneles solares planos con absorvidad muy alta. Lo
mismo puede decirse del agua, para desalarla o eliminar de ella
productos en disolución, imposibles de eliminar por, decantación,
filtrado, etc.
Para ambas sustancias antedichas y otras
similares, la invención puede resultar muy adecuada y energética,
ambiental y económicamente competitiva. En el estado actual de la
técnica, un inconveniente fundamental es la aportación de energía
que hay que efectuar para producir la evaporación de la parte más
volátil, que es la que se destila. Esta aportación energética es
cara, tanto si se usan fuentes de combustión como energía
eléctrica.
La mayor ventaja de la invención es precisamente
la de utilizar una energía renovable y de coste de combustión nulo,
y que a su vez presenta costes de instalación y de mantenimiento muy
moderados.
La invención consiste en disponer apropiadamente
una serie de elementos físicos para utilizar adecuadamente la
energía solar con objeto de producir la evaporación del componente
fluido más volátil, y la recuperación de este en un receptáculo
diferente, mediante condensación, produciéndose todo el movimiento
como consecuencia de la convección del aire interior, originada por
la actuación del termosifón que la propia radiación solar induce.
Este movimiento convectivo arrastra la parte volátil junto al aire,
llevándola hacia la zona de condensación, donde el volátil se
condensa, separándose por tanto del aire, que sigue así su retorno
para cerrar el circuito de convección.
El invento consiste en una placa base (1) de alta
absortividad solar sobre la que incide la irradiación del sol,
representada por los rayos (2). La placa base absorberá una alta
fracción de la energía del sol, y estará aislada térmicamente del
exterior, por su parte inferior (3) y también serán aislantes sus
partes de sustentación (4) y su placa de unión (5) al canal
descendente de condensación (6) que estará delimitado por una pared
metálica refrigerada (7) que podrá estar aleteada tanto por su
exterior (8) como por su interior, lo cual se ha omitido en los
dibujos 1, 2 y 3 para hacer mas fácil su interpretación. El canal de
condensación (6) y sus paredes (7) están protegidos de la radiación
solar mediante la visera (9) que así mismo va aislada térmicamente
por debajo (10) y por su unión (11) con objeto de mantener muy baja
la temperatura de las paredes (7) del canal de condensación (6).
Sobre la base (1) se dispone el material a
destilar (12) a partir del cual se obtiene una corriente evaporada
(13) que circulará movida por su propia fuerza ascensional más el
efecto termosifón provocado en el aire por convección natural,
cerrándose este circuito caliente-frío a través de
la manguera (14) que comunica la parte baja del canal de
condensación (6) con la parte superior de la placa de evaporación
(1). Para cerrar el receptáculo de evaporación donde se produce la
corriente (13) se usa una tapadera (15) de material muy transparente
a la luz solar, es decir, a fotones visibles, ultravioletas cercanos
e infrarrojos, o más exactamente a la radiación electromagnética
similar a la de un cuerpo negro emitiendo a unos 5700 K (5427ºC). A
su vez conviene que el material de la tapadera (15) sea altamente
reflectivo a la radiación emitida por la placa base (1) que será del
orden de los 320 K (47ºC) o algo menos, y que corresponde en todo
caso a infrarrojo lejano de muy larga longitud de onda.
El resultado de la condensación es recogido en el
recipiente adecuado (16) del que se puede extraer por bombeo,
succión u otro medio mecánico natural o forzado, para lo cual
conviene disponer de una válvula (17). El conjunto de condensación y
su recipiente (16) conviene que estén embebidos en un material
aislante (18) que puede ser la propia superficie terrestre en
algunos casos, o la cubierta de un edificio.
Para llenar la cubeta de evaporación sobre la
placa base (1) se dispone de una boca de entrada (19), descrita en
el dibujo 2, y así mismo de bocas de salida (20) por la que se
extrae la parte empobrecida en el componente que se ha volatilizado
y se ha recogido en el recipiente (16).
Para evitar un puente térmico en el circuito del
termosifón, la manguera de este (14) se corta en dos mitades
aisladas térmicamente por una junta aislante (21), descrita en el
dibujo 3, que permite que la parte superior de la manguera tenga una
temperatura superior a la parte inferior, sin que por él fluya mucho
calor a su través. Para este efecto de mantener la temperatura de la
placa base (1) muy por encima de la del canal de condensación (6) y
sus paredes (7) se emplea también el anillo de aislamiento térmico
(22) alrededor de la manguera, cuando pasa a través de la placa base
(1). En el canal de condensación, con objeto de mejorar la tasa de
esta, se pueden disponer aletas interiores (23), descritas en el
dibujo 4, que al igual que las exteriores (8) deben ser muy delgadas
de espesor y de material con alta conductividad térmica.
De esta manera, la radiación solar provocara la
destilación del material fluido (12) que se disponga sobre la placa
base, del cual se separará una parte más volátil que se recogerá en
el recipiente (16) mientras que la parte empobrecida en ese
componente se extraerá por los desagües (20).
El dibujo 1 presenta un alzado, en corte, de la
disposición de los materiales que se han de usar en la invención,
habiéndose señalado en la Explicación anterior la acción
solar sobre la placa base (1) que produce la evaporación de los
componentes más volátiles del fluido (12) puesto sobre ella, siendo
el evaporado vuelto a condensar en el canal (6) para ser recogido en
el recipiente (16).
El dibujo 2 es una vista en planta del
dispositivo de la invención, mostrando los tubos de carga (19) y
descarga (20) del material a destilar (12), señalando así mismo a
trazos como se cierra el circuito del termosifón mediante la
manguera (14). El destilado volátil recondensado puede extraerse por
la conducción (17).
El dibujo 3 muestra un corte en alzado con mayor
detalle de los conjuntos del circuito del termosifón y de los
aislamientos térmicos (3), (5), (21) y (22) que se disponen para
evitar puentes o conexiones térmicas entre la parte caliente del
dispositivo, fundamentalmente la placa base (1) y el material a
destilar (12) y la parte fría, que es el canal de condensación (6) y
sus paredes (7).
El dibujo 4 muestra en vista superior la misma
parte que el dibujo 3, y en él quedan señalados algunos elementos
aislantes térmicos, como los señalados con los números (5) y (22).
Adicionalmente se ven las aletas exteriores (8) de las paredes del
canal de condensación, así como las aletas (23) que pueden
disponerse interiormente para aumentar la superficie de
condensación.
La invención puede materializarse siguiendo los
esquemas presentados en los dibujos y atendiendo a las
características exigidas en los materiales que se han identificado
en la Explicación de la invención. En particular es importante que
la placa base tenga un material superficial o este pintada de
material con alta absortividad solar, y que se dispongan donde se ha
indicado las diversas piezas de material aislante, con objeto de
separar térmicamente la parte caliente de la parte fría del
dispositivo.
El material que constituye las paredes y las
aletas del canal de condensación debe ser buen conductor, y a tal
fin puede emplearse cobre, así como otros materiales de
características similares.
En cuanto a la manguera de cierre del circuito de
convección natural, debe emplearse un material que no conduzca bien
el calor. Una manguera plástica puede ser suficiente, si su
conductividad no supera 1 W/m.ºC, lo cual es una cifra a la que no
llegan la mayoría de los plásticos.
Para el material de la cubierta transparente
puede utilizarse cristal corriente, o cualquier material plástico de
similares características espectrales, con muy escasa reflectividad
y absortividad ante la radiación solar, y gran reflectividad ante
longitudes de onda mucho mayores, para producir el llamado efecto
invernadero.
El conjunto puede ser ensamblado de manera
simple, empleando silicona u otro material de unión para la mayoría
de las piezas.
El dispositivo puede ser particularmente útil
para la destilación de agua, y en especial para la desalación de
agua marina, que puede dar muy altos rendimientos en
evaporación/condensación en el rango de temperaturas accesibles con
paneles solares planos, tanto con concentración por refracción como
sin ella.
Claims (5)
1. Destilador solar activado por termosifón,
caracterizado por utilizar la irradiación solar directa sobre
el dispositivo como la única forma de energía para el funcionamiento
de éste.
2. Destilador solar activado por termosifón,
según la reivindicación primera, caracterizado por originarse
un movimiento convectivo de la fase gaseosa y de vapor del conjunto,
merced a crear una corriente ascendente de calentamiento y
evaporación y otra descendente y de enfriamiento por condensación, y
estar todo ello adecuadamente confinado, y sus partes
convenientemente aisladas entre sí desde el punto de vista
térmico.
3. Destilador solar activado por termosifón,
según reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque la
corriente ascendente y la evaporación se producen como consecuencia
de la absorción de la radiación solar en una placa absorbente sobre
la que se sitúa el fluido a destilar, estando la placa
convenientemente aislada desde el punto de vista térmico del resto
de la estructura del dispositivo.
4. Destilador solar activado por termosifón,
según reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el
movimiento descendente en el cual se produce la condensación del
evaporado se realiza por refrigeración con la temperatura ambiente
de partes no sometidas a insolación, pudiéndose extraer el destilado
por diversos procedimientos, tanto en régimen continuo como
intermitente, siendo análogo el funcionamiento de llenado y desagüe
del material original a destilar.
5. Destilador solar activado por termosifón,
según reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el
movimiento global de la fase gaseosa y de vapor se establece gracias
al efecto termosifón que se basa en la convección natural, y para
provocar el cual se cierre ese circuito convectivo mediante un canal
o manguera de conexión entre la parte inferior del circuito, el
colector del destilado, y la parte superior o cámara del receptáculo
solar.
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JPS55152587A (en) * | 1979-05-16 | 1980-11-27 | Katsuo Midorikawa | Distillation device |
GB2135205A (en) * | 1982-11-03 | 1984-08-30 | Gerald Moss | Solar still and method of making same |
GB2176714A (en) * | 1985-06-26 | 1987-01-07 | William Masterton | Water evaporating and condensing plant |
-
2002
- 2002-03-18 ES ES200200644A patent/ES2233121B1/es not_active Expired - Fee Related
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