ES2233121B1 - Destilador solar activado por termosifon. - Google Patents

Destilador solar activado por termosifon.

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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.
Sector de la técnica
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.
Estado de la técnica
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.
Explicación de la invención
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).
Descripción de los dibujos
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.
Modo de realización de la invención
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 (7)

1. Destilador solar que consta de:
a)
una cubeta de evaporación, con una boca de entrada (19) y bocas de salida (20), por donde se extrae la parte empobrecida en el componente que se ha volatilizado,
b)
una placa base (1) de alta absortividad solar, sobre la que incide la radiación del sol (2), y sobre la que se dispone el material a destilar (12), a partir del cual se obtiene una corriente evaporada (13),
c)
una tapadera (15) que recubre la cubeta de evaporación, tapadera que está hecha de material muy transparente a fotones visibles, ultravioletas cercanos e infrarrojos, y que es altamente reflectiva a la radiación emitida por la placa base (1),
d)
un canal de condensación (6) con paredes (7) protegidas de la radiación solar mediante una visera (9) que asimismo va aislada térmicamente por su parte inferior (10) y por su unión (11) a la tapadera (15),
e)
un recipiente de condensación (16), embebido en un material aislante (18), que recoge los productos de condensación procedentes del canal de condensación (6), productos que se extraen a través de una válvula (17),
f)
una manguera (14) que comunica la parte baja del canal de condensación (6) con la parte superior de la placa de evaporación (1),
donde la placa base (1) está aislada térmicamente del exterior por su parte inferior (3), por sus partes de sustentación (4) y por su placa de unión (5) al canal descendente de condensación (6), caracterizado porque la manguera (14), que comunica la parte baja del canal de condensación (6) con la parte superior de la placa de evaporación (1), se corta en dos mitades para evitar un puente térmico en el circuito de termosifón, estando cada una de las dos mitades de la manguera (14) aisladas térmicamente por una junta aislante (21), y por constar de un anillo de aislamiento térmico (22) alrededor de la manguera (14) cuando ésta pasa a través de la placa base (1).
2. Destilador solar según la reivindicación primera caracterizado porque el canal descendente de condensación (6), que está delimitado por una pared metálica refrigerada (7), tiene en dicha pared (7) tanto aletas interiores (23), como aletas exteriores (8).
3. Destilador solar según las reivindicaciones primera y segunda, activado por termosifón, caracterizado por utilizar la irradiación solar directa sobre el dispositivo como la única forma de energía para el funcionamiento de éste.
4. Destilador solar según la reivindicación tercera, activado por termosifón, 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.
5. Destilador solar según las reivindicaciones tercera y cuarta, activado por termosifón, 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.
6. Destilador solar según las reivindicaciones tercera a quinta, activado por termosifón, 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.
7. Destilador solar según las reivindicaciones tercera a sexta, activado por termosifón, 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 cierra 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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