ES2379326A1 - Sistema y método para extraer agua atmosférica. - Google Patents
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Abstract
Sistema de extracción de agua atmosférica, formado por un conducto (111) que pasa por una parte (120) de condensador y por una parte (132) de enfriamiento, para el paso cíclico de un fluido, estando la parte (120) de condensador en una zona donde se halla dispuesto un ionizador (118) que ioniza el aire para mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo, de forma que el aire ionizado interacciona térmicamente con la parte (120) de condensador, condensando el vapor de gotas que caen a una bandeja (126) de recogida.
Description
Sistema y método para extraer agua
atmosférica.
El presente campo de invención se refiere en
general a la extracción de agua atmosférica. Más particularmente, se
refiere a un sistema y a un método para obtener agua potable de la
extracción de agua atmosférica.
La Tierra consiste principalmente en agua y el
agua existe sobre la superficie de la Tierra, en acuíferos en el
suelo como agua subterránea, y en la atmósfera como vapor de agua.
De toda el agua sobre la Tierra, sólo menos del 3 por ciento es agua
dulce. Sin embargo, puesto que la mayoría del agua dulce está
atrapada en casquetes glaciares, glaciares y acuíferos, sólo menos
del 1 por ciento del suministro de agua sobre la Tierra es potable y
está disponible para fines de consumo.
En los últimos años, han aumentado enormemente
las preocupaciones globales con respecto a la insuficiencia de
fuentes de agua dulce. En la actualidad, las fuentes de agua dulce
incluyen el agua proporcionada por lagos, ríos y pozos artesianos.
Desgraciadamente, estas fuentes de agua dulce no son sostenibles por
la disminución, tanto en su capacidad como en su pureza, a tasas
alarmantes debido a la expansión de los desiertos. Además, factores
tales como los cambios climáticos, la contaminación medioambiental,
así como el crecimiento de la población, amenazan adicionalmente las
fuentes de agua dulce existentes.
Además de tener fuentes de agua dulce
insuficientes, existen también problemas asociados con el suministro
de agua potable. El suministro de agua potable es un problema grave
en zonas en las que escasean las precipitaciones, son estacionales,
o donde hay relativamente pocas zonas de captación de agua y poco
almacenamiento de agua local natural. Además, puesto que las fuentes
de agua dulce no están distribuidas globalmente de manera uniforme,
algunas ubicaciones geográficas no tienen un fácil acceso al agua
dulce. La construcción de depósitos y plantas de desalinización de
agua palia habitualmente este problema. Sin embargo, muchos países
no pueden permitirse plantas de desalinización de agua debido a la
inversión de capital y a los costes de explotación relativamente
altos que requieren.
Otro problema asociado con el suministro de agua
potable se refiere al establecimiento y el mantenimiento de redes de
distribución de agua potable, tales como redes de tuberías de agua,
que requieren esfuerzos y recursos significativos. Además, las redes
de tuberías de agua tienen una duración limitada y frecuentemente
están asociadas con problemas de contaminación y fuga de agua. Las
redes de tuberías de agua usan normalmente tuberías de agua
fabricadas de conductos de metal, conductos de hormigón o tuberías
de poli(cloruro de vinilo) (PVC). Los conductos de metal y
hormigón son vulnerables a la corrosión por contaminantes alcalinos
y de ácido inorgánico, mientras que los disolventes orgánicos
presentes en el suelo y en los materiales de construcción pueden
absorberse por y penetrar a través de las tuberías de PVC.
Una forma de superar los problemas mencionados
anteriormente es mediante la extracción de agua de la atmósfera.
Aproximadamente 577.000 km3 de agua se evaporan hacia la atmósfera
desde masas de agua, tales como mares y ríos y la superficie de la
Tierra cada año, conteniendo el aire que permanece cerca de la
superficie de la Tierra el mayor porcentaje de agua. Los sistemas de
producción de agua comerciales que pueden extraer agua atmosférica
han posibilitado suministrar agua potable sin necesidad de explotar
una fuente de agua central mediante complejas redes de distribución
de agua. Tales sistemas de producción de agua constituyen por tanto
una alternativa atractiva a las formas convencionales de derivar y
distribuir agua potable.
En principio, estos sistemas de producción de
agua comerciales recogen gotas de agua formadas mediante la
condensación del vapor de agua presente en la atmósfera sobre
superficies frías enfriadas mediante medios de refrigeración. El
principio de funcionamiento es similar al de la descripción de las
patentes presentadas por Ehrlich en 1978 (patente estadounidense n.º
4.255.937), Reidy (patente estadounidense n.º 5.106.512, patente
estadounidense n.º 5.149.446, patente estadounidense n.º 5.203.989)
y Morgen et al. en 2002 (patente estadounidense n.º
6.931.756B2). Con la llegada de técnicas de refrigeración más
eficaces, el coste de la electricidad necesaria para extraer una
cantidad de agua de la atmósfera puede ser inferior al precio de un
agua embotellada de volumen equivalente, o que la carga de utilidad
de obtener un volumen equivalente de agua del grifo con el coste
adicional de hervir y purificar el agua usando medios de filtración
mecánicos y químicos.
Sin embargo, el coste de las piezas mecánicas de
un sistema de producción de agua comercial que comprende medios de
compresor, condensador, evaporador y filtración sigue siendo
relativamente alto, lo que conduce a un rendimiento de las
inversiones poco atractivo. Además, para climas con niveles de
temperatura ambiente baja o donde la temperatura fluctúa
significativamente, la extracción de agua atmosférica se vuelve
difícil. Normalmente, estos sistemas de producción de agua
comerciales para la extracción de vapor de agua funcionan por encima
de los 20ºC y por encima de una humedad relativa del 35%.
La patente estadounidense n.º 3.675.442
concedida a Swanson da a conocer un colector de agua atmosférica que
emplea un serpentín de enfriamiento sumergido en un baño de agua
dulce que enfría el baño. El agua enfriada se bombea a través de un
conducto y una estructura de condensación. El vapor de agua presente
en el viento que pasa sobre la estructura de condensación se
condensa y se drena al interior de un colector. Sin embargo, el agua
enfriada se mezcla periódicamente con el agua condensada
sometiéndose el agua condensada a contaminación.
La patente estadounidense n.º 5.056.593
concedida a Hull da a conocer, en varias variaciones, el uso de
campos electrostáticos y magnéticos para mejorar sustancialmente los
rendimientos de extracción de productos acuosos en un aparato de
intercambio térmico deshumidificador. Se recogen electrostáticamente
gotas de agua líquida en tubos de transferencia térmica cargados o
unidos a tierra en el aparato de intercambio térmico. En una
variación, tubos de transferencia térmica inclinados
horizontalmente, cargados o unidos a tierra, con mechas de drenaje
unidas, atraen gotas de líquido y aceleran la transferencia térmica
de condensación mediante la absorción continua y la transferencia
del condensado. El uso de mechas de drenaje para absorber y confinar
el condensado recogido sobre las superficies de los tubos de
transferencia térmica puede dar como resultado la pérdida del agua
extraída y potenciar el crecimiento de hongos y bacterias en las
mechas de drenaje. Adicionalmente, el aparato de intercambio térmico
puede ser eléctricamente inseguro, con hilos metálicos de electrodo
cargados y afianzados entre los tubos de la unidad de intercambio
térmico.
La patente estadounidense n.º 7.000.410
concedida a Hutchinson da a conocer un dispositivo que utiliza un
sistema refrigerante de tipo condensador con múltiples ventiladores
y dos cámaras de aire para producir agua a partir del aire. El
aparato hace uso además de un ionizador de acero inoxidable para
cargar el aire ambiente para maximizar la extracción de humedad a
partir del aire. Las dos cámaras de aire funcionan conjuntamente
para mezclar aire ionizado desecado que salió de las placas del
evaporador con aire fresco entrante extraído a través de un
compresor, un condensador y el ionizador. Esto produce el secado
parcial de la condensación recién formada, lo que da como resultado
una pérdida de condensación que conduce a una producción y eficacia
reducidas.
La patente japonesa n.º 02.172.587 concedida a
Katsumi y la patente estadounidense n.º 5.435.151 concedida a Han
dan a conocer un aparato de obtención de agua para su uso en
vehículos. La solicitud de patente estadounidense n.º 20040040322
presentada por Engel et al. da a conocer un dispositivo de
extracción de agua similar para vehículos, junto con algunas
aplicaciones que incluyen un sistema de aire central y una unidad
móvil. Todos los dispositivos dados a conocer se aprovechan de
sistemas de aire acondicionado existentes o externos para
simplificar el diseño del sistema y reducir el coste del
dispositivo. Sin embargo, los diseños convencionales no funcionan
apropiadamente en muchas zonas templadas en las que la temperatura
ambiente cae por debajo de los 20ºC durante la noche o durante
períodos de frío y tormentas. Este problema se acentúa para los
dispositivos de extracción de agua instalados en navíos y buques, en
caravanas y vehículos de emergencias.
Por tanto, existe la necesidad de un sistema y
un método para obtener agua potable de la extracción de agua
atmosférica, que trate al menos una de las desventajas mencionadas
anteriormente.
La presente realización de la invención, dada a
conocer en el presente documento, proporciona un sistema de
extracción de agua atmosférica y un método para extraer agua
atmosférica para obtener agua potable.
Según un primer aspecto de la invención, se da a
conocer un sistema de extracción de agua atmosférica que comprende
un conducto, una unidad de enfriamiento y un ionizador. El conducto
comprende una parte de condensador y una parte de enfriamiento
interconfiguradas para el paso cíclico de fluido a su través. La
unidad de enfriamiento está en comunicación térmica con la parte de
enfriamiento y sirve para extraer calor del líquido que pasa a
través de la parte de enfriamiento para enfriar de ese modo el
líquido, en la que el líquido puede transportarse a la parte de
condensador tras el paso a través de la parte de enfriamiento. El
ionizador sirve para ionizar el aire ambiente dando lugar a aire
ionizado, en el que el aire ionizado se carga para mejorar la
adhesión del vapor de agua al mismo. El aire ionizado puede
transportarse para su interacción térmica con la parte de
condensador del conducto para condensar el vapor de agua dando lugar
a gotas de agua, y el líquido que pasa a través de la parte de
condensador recibe calor del aire ionizado durante la interacción
térmica del aire ionizado con la parte de condensador. El líquido
puede transportarse entonces hasta la parte de enfriamiento del
conducto para enfriarse de ese modo de nuevo tras el paso a través
de la parte de condensador.
Según un segundo aspecto de la invención, se da
a conocer un método de extracción de agua atmosférica. El método
comprende proporcionar un conducto que tiene una parte de
condensador y una parte de enfriamiento interconfiguradas para el
paso cíclico de fluido a su través. El método también comprende
extraer calor del líquido que pasa a través de una parte de
enfriamiento para enfriar de ese modo el líquido usando una unidad
de enfriamiento, por lo que la unidad de enfriamiento está en
comunicación térmica con la parte de enfriamiento. El líquido puede
transportarse entonces hasta la parte de condensador tras el paso a
través de la parte de enfriamiento. El método comprende además
ionizar el aire ambiente dando lugar a aire ionizado usando un
ionizador, en el que el aire ionizado se carga para mejorar la
adhesión del vapor de agua al mismo. El aire ionizado puede
transportarse para su interacción térmica con la parte de
condensador del conducto para condensar el vapor de agua dando lugar
a gotas de agua, y el líquido que pasa a través del condensador
recibe calor del aire ionizado durante la interacción térmica del
aire ionizado con la parte de condensador. El líquido puede
transportarse entonces hasta la parte de enfriamiento del conducto
para enfriarse de ese modo de nuevo tras el paso a través de la
parte de condensador.
Según un tercer aspecto de la invención, se da a
conocer un sistema de extracción de agua atmosférica que comprende
un ionizador y una parte de condensador. El ionizador ioniza el aire
ambiente para obtener aire, ionizado a partir del mismo, en el que
el aire ionizado se carga para mejorar la adhesión del vapor de agua
al mismo. La parte de condensador está dispuesta junto al ionizador
para condensar vapor de agua en el aire ionizado dando lugar a gotas
de agua.
A continuación se describe en el presente
documento una realización de la invención con referencia a los
siguientes dibujos, en los que:
La figura 1 muestra un diagrama esquemático
parcial de un sistema de extracción de agua atmosférica según una
realización de la invención; y
La figura 2 muestra un flujo operativo del
sistema de extracción de agua atmosférica de la figura 1.
A continuación se describe en el presente
documento un sistema de extracción de agua atmosférica y un método
para extraer agua atmosférica para tratar, al menos, una de las
desventajas mencionadas anteriormente.
Para fines de brevedad y claridad, la
descripción de la invención se limita a continuación en el presente
documento a aplicaciones relacionadas con la extracción de agua
atmosférica. Sin embargo, esto no descarta otras aplicaciones de las
diversas realizaciones de la invención. Los principios inventivos
fundamentales de las realizaciones de la invención serán comunes a
lo largo de las diversas realizaciones.
Una realización de la invención descrita en la
descripción detallada proporcionada a continuación en el presente
documento es según la figura 1 y la figura 2 de los dibujos, en los
que elementos similares están numerados con números de referencia
similares.
Con referencia a la figura 1, se describe un
sistema (100) de extracción de agua atmosférica (conocido a
continuación en el presente documento como sistema 100) para extraer
agua atmosférica según una realización de la invención. El sistema
(100) comprende generalmente una unidad (110) de extracción, un
conducto (111), una unidad (112) de recogida de agua y una unidad
(113) de enfriamiento.
La unidad (110) de extracción que sirve para
extraer vapor de agua del aire ambiente tiene una entrada (114) y un
escape (116) formados en la misma para permitir el flujo del aire
ambiente a su través. La unidad (110) de extracción comprende un
ionizador (118) y una parte (120) de condensador, en la que dicha
parte (120) de condensador está dispuesta junto al ionizador (118).
La unidad (110) de extracción comprende además un filtro (122) de
aire, un ventilador (124) y una bandeja (126) de recogida de
agua.
El ionizador (118) sirve para ionizar el aire
ambiente dando lugar a aire ionizado. Cuando el ionizador (118)
ioniza el aire ambiente, las partículas de aire presentes en el aire
ambiente se cargan positiva o negativamente, aunque en la mayoría de
los usos es preferible la carga negativa. Las partículas de aire
cargadas (aire ionizado) mejoran la adhesión del vapor de agua a las
mismas para extraer agua atmosférica variando la humedad y las
temperaturas ambiente. Debido a la naturaleza polar del agua, cada
molécula de agua tiene un momento dipolar eléctrico. El átomo de
oxígeno en cada molécula de agua tiene una carga parcial negativa
mientras que cada átomo de hidrógeno en cada molécula de agua tiene
una carga parcial positiva. Como tal, la diferencia en la carga hace
que las moléculas de agua se atraigan entre sí y a otras moléculas
polares. Puesto que el aire ionizado comprende partículas cargadas,
se mejora la adhesión del vapor de agua al mismo debido a las cargas
parciales positivas y negativas presentes en las moléculas de agua.
El ionizador (118) también sirve para esterilizar el aire ambiente y
para inhibir el crecimiento de hongos y bacterias cuando el sistema
(100) está en uso.
La parte (120) de condensador condensa vapor de
agua del aire ionizado para obtener gotas de agua. El aire ionizado
puede transportarse para su interacción térmica con la parte (120)
de condensador para que tenga lugar la condensación del vapor de
agua. La condensación del vapor de agua se produce cuando una
superficie está más fría que la temperatura de punto de rocío
(temperatura umbral de condensación) del aire que rodea a la
superficie. A esta temperatura, el aire tiene una humedad relativa
equivalente al 100% y el aire se satura con agua. La temperatura de
punto de rocío del aire depende tanto de la temperatura como de la
humedad del aire. Por tanto, las superficies de la parte (120) de
condensador sobre las que fluye el aire ionizado deben tener una
temperatura que es inferior al punto de rocío del aire ionizado.
El conducto (111) está interconfigurado para el
paso cíclico de fluido a su través. El conducto (111) comprende un
primer canal (128) de fluido y un segundo canal (130) de fluido para
interconectar la unidad (110) de extracción y la unidad (113) de
enfriamiento. El primer canal (128) de fluido recibe líquido desde
la unidad (113) de enfriamiento y un segundo canal (130) de fluido
devuelve el líquido a la unidad (113) de enfriamiento. La unidad
(113) de enfriamiento está en comunicación térmica con una parte
(132) de enfriamiento para extraer calor del líquido que pasa a
través de la parte (132) de enfriamiento para enfriar de ese modo el
líquido. El líquido puede transportarse entonces hasta la parte
(120) de condensador tras el paso a través de la parte (132) de
enfriamiento para enfriar las superficies de la parte (120) de
condensador hasta una temperatura que es inferior que la temperatura
de punto de rocío del aire que rodea a las superficies para que se
produzca la condensación del vapor de agua. Las superficies de la
parte (120) de condensador pueden fabricarse de cualquier material
del que pueda producirse la condensación del vapor de agua en
respuesta al enfriamiento del material en un entorno dado. Por
ejemplo, el material puede estar compuesto por metal, vidrio,
plástico o similar.
Adicionalmente, las superficies de la parte
(120) de condensador están recubiertas con una película con
materiales de calidad para alimentación, tales como, oro, estaño,
Teflón o similar conforme a los requisitos de salud pública que
rigen el uso de materiales en contacto con el agua potable. Las
superficies de la parte (120) de condensador están preferentemente
cubiertas con oro o con cualquier material que mejore la tasa de
transferencia térmica. La parte (120) de condensador está diseñada
preferentemente para optimizar la circulación de aire, la velocidad
y la distribución del aire sobre las superficies para lograr una
tasa óptima de extracción de vapor de agua.
La unidad (113) de enfriamiento comprende un
conjunto (136) impulsor para desplazar el líquido desde la unidad
(113) de enfriamiento hasta la parte (120) de condensador mediante
el primer canal (128) de fluido.
El conjunto (136) impulsor comprende una válvula
(138) accionadora y una bomba (140) de fluido. La bomba (140) de
fluido está formada por una de una bomba centrífuga y una bomba de
desplazamiento. Además, la unidad (113) de enfriamiento puede
acoplarse a una fuente de enfriamiento externa (no mostrada) para
extraer calor del líquido para enfriar el líquido. La fuente de
enfriamiento externa puede comprender un refrigerante, tal como
Freon, para extraer calor del líquido. Como tal, en lugar de basarse
en la parte (132) de enfriamiento para extraer calor del líquido, la
unidad (113) de enfriamiento puede aprovecharse de la fuente de
enfriamiento externa para enfriar el líquido. El líquido está tomado
de agua y alcohol, o similar. La unidad (113) de enfriamiento
comprende además un dispositivo (142) de medición de la temperatura
para medir la temperatura del líquido que pasa a su través. La
temperatura del líquido está preferentemente en el intervalo de 5ºC
a 15ºC.
Antes de la ionización del aire ambiente
mediante el ionizador (118), se hace pasar el aire ambiente a través
del filtro (122) de aire de la unidad (110) de extracción. El filtro
(122) de aire es para filtrar el aire ambiente y está dispuesto en
las proximidades del ionizador (118). El filtro (122) de aire
también puede estar dispuesto en la entrada (114) o en las
proximidades de la entrada (114). Además, el filtro (122) de aire es
reemplazable y por tanto puede reemplazarse cuando sea
necesario.
El ventilador (124), por otra parte, está
dispuesto en las proximidades de la parte (120) de condensador y
sirve para desplazar y dirigir el aire ambiente al interior de la
unidad (110) de extracción. El ventilador (124) es preferentemente
una forma de dispositivo de circulación de aire a base de propulsor
o similar que puede controlarse para variar la velocidad de flujo
del aire ambiente. Variando la velocidad de flujo del aire ambiente,
pueden generarse corrientes de aire de convección necesarias para
obtener suficiente condensación del vapor de agua sobre las
superficies de la parte (120) de condensador. El ventilador (124)
también puede estar dispuesto en o adyacente al escape (116). El
filtro (122) de aire y el ventilador (124) pueden orientarse o
disponerse tal como reconocen fácilmente los expertos en la técnica
para lograr eficazmente una circulación o un flujo de aire con
control de polvo o limpio dentro de la unidad (110) de
extracción.
La bandeja (126) de recogida de agua de la
unidad (110) de extracción sirve para recibir las gotas de agua de
la parte (120) de condensador. La bandeja (126) de recogida de agua
está dispuesta en la unidad (110) de extracción de manera que las
gotas de agua recibidas se dirigen a la unidad (112) de recogida de
agua. La unidad (112) de recogida de agua del sistema (100)
comprende un tanque (144) de recogida de agua, un conjunto (146)
impulsor y un purificador (148) de agua.
El tanque (144) de recogida de agua sirve para
recibir las gotas de agua de la bandeja (126) de recogida de agua.
El tanque (144) de recogida de agua comprende preferentemente un
filtro de sedimentos (no mostrado) para filtrar las gotas de agua
recibidas. El tanque (144) de recogida de agua comprende además un
dispositivo (150) de medición del nivel de agua para medir el nivel
de agua presente en el tanque (144) de recogida de agua y un
purificador (152) de agua para purificar las gotas de agua
recibidas. El dispositivo (150) de medición del nivel de agua es un
tipo de interruptor de flotador u óptico mientras que el purificador
(152) de agua comprende preferentemente un generador de ozono o luz
ultravioleta. Además, el purificador (152) de agua puede incorporar
otros medios de filtración incluyendo cualquier sistema de
filtración mecánico, químico o biológico adecuado para purificar
agua para fines de consumo.
El conjunto (146) impulsor transporta el agua
recogida del tanque (144) de recogida de agua hasta el purificador
(148) de agua de la unidad (112) de recogida de agua. El conjunto
(146) impulsor está formado por una bomba de fluido, una bomba
centrifuga y una bomba de desplazamiento. El conjunto (146) impulsor
proporciona presión gravitacional adicional para extraer el agua
recogida del tanque (144) de recogida de agua y desplazar el agua a
través del purificador (148) de agua. El purificador (148) de agua
comprende cualquier dispositivo adecuado que pueda esterilizar agua,
por ejemplo, medios químicos, elementos de calentamiento emisores de
radiación ultravioleta adecuados, o similares. El agua, tras pasar a
través del purificador (148) de agua, es adecuada para beber y puede
transportarse a través de un conducto (153) de fluido hasta aparatos
externos o cualquier almacenamiento.
El sistema (100) comprende además un dispositivo
(154) de medición de la temperatura para medir la temperatura del
aire ambiente y un dispositivo (156) de medición de la humedad
relativa para medir la humedad relativa del aire ambiente.
Adicionalmente, el sistema (100) comprende además un controlador
(158) para controlar el sistema (100). El controlador (158) puede
acoplarse a un módulo de interfaz de señalización para transmitir
cualquier señal de control para hacer funcionar cualquier parte y
componente accionados eléctricamente del sistema (100) que requiera
instrucciones, señalización y/o suministro de electricidad.
El controlador (158) comprende preferentemente
un microprocesador (no mostrado) para almacenar y ejecutar
aplicaciones de software o códigos intercalados que pueden generar
señales de control apropiadas según un conjunto de instrucciones
programadas previamente. Los datos medidos pueden procesarse
adicionalmente en el controlador (158) en el que los procesos
incluyen iniciar la sesión, leer y escribir, almacenar y realizar
copia de seguridad, analizar y mostrar datos medidos y de control.
Además, el controlador (158) está acoplado a un equipo informático
externo mediante una interfaz de intercambio de datos alámbrica o
inalámbrica (no mostrada). Finalmente, la energía eléctrica
suministrada al controlador (158) y el sistema (100) pueden ser
corriente alterna monofásica o multifásica extraída de rejillas de
potencia o generadores de electricidad móviles tales como los usados
en navíos, transatlánticos, caravanas, plataformas petrolíferas,
centros de construcción y otras instalaciones similares.
Alternativamente, la energía eléctrica puede suministrarse como
corriente directa.
La figura 2 ilustra el flujo (200) operativo del
sistema (100). Con el suministro de energía eléctrica al sistema
(100), en una etapa (210), el controlador (158) activa el ionizador
(118) y el ventilador (124). Además, el controlador (158) muestrea
los datos medidos por el dispositivo (142) de medición de la
temperatura de la unidad (113) de enfriamiento, el dispositivo (150)
de medición del nivel de agua, el dispositivo (154) de medición de
la temperatura del sistema (100) y el dispositivo (156) de medición
de la humedad relativa a un intervalo regular predeterminado para
obtener datos medidos a partir de los mismos. El controlador (158)
analiza entonces los datos medidos y determina el modo de
funcionamiento, y puede presentar los datos medidos para la
monitorización visual por un operario del sistema (100) en una etapa
(212).
A continuación, en una etapa (214), el
controlador (158) recupera los controles requeridos según el modo de
funcionamiento que se determina en la etapa (212). Además, en una
etapa (216), el controlador (158) busca los controles requeridos
para las partes requeridas del sistema (100) basándose en los datos
medidos. Finalmente, en una etapa (218), se envían señales de
control correspondientes proporcionadas por las etapas (214 y 216) a
los elementos correspondientes del sistema (100).
A continuación en el presente documento se
proporciona un ejemplo de funcionamiento del sistema (100).
El controlador (158) selecciona un primer modo
de funcionamiento indicado como modo NORMAL cuando (a) la
temperatura ambiente medida por el dispositivo (154) de medición de
la temperatura es superior a un primer umbral predeterminado TLA01,
(b) la humedad relativa ambiente medida por el dispositivo (156) de
medición de la humedad relativa es superior a un primer nivel
predeterminado RHL01, (c) la temperatura del líquido de la parte
(132) de enfriamiento medida por el dispositivo (142) de medición de
la temperatura es inferior a un umbral predeterminado de TLCHI, (d)
el nivel de agua en el tanque (144) de recogida de agua detectado
por el dispositivo (150) de medición del nivel de agua no supera un
nivel predeterminado WLCHI, y (e) si está presente un tanque de
almacenamiento de agua externo (acoplado al sistema 100) y el tanque
de almacenamiento de agua externo no indica el estado de LLENO (no
mostrado).
Si se cumplen las condiciones anteriores, el
controlador (158) abre la válvula (138) accionadora para permitir
que el líquido de la parte (132) de enfriamiento fluya al interior
del primer canal (128) de fluido. Además, el controlador (158)
activa la bomba (140) de fluido para llevar el líquido hasta la
parte (120) de condensador mediante el primer canal (128) de fluido.
El líquido se hace circular entonces desde la parte (120) de
condensador de vuelta hasta la parte (132) de enfriamiento por medio
del segundo canal (130) de fluido. El líquido que pasa a través de
la parte (120) de condensador recibe calor del aire ionizado durante
la interacción térmica del aire ionizado con la parte (120) de
condensador. El líquido puede transportarse entonces hasta la parte
(132) de enfriamiento del conducto (111) para enfriarse de ese modo
de nuevo tras el paso a través de la parte (120) de condensador. El
líquido que pasa a través del conducto (111) es sustancialmente
isobárico.
El flujo de aire en exceso generado por el
ventilador (124) puede impedir la extracción de vapor de agua del
aire ambiente. Como tal, la velocidad del flujo de aire generado por
el ventilador (124) debe controlarse preferentemente a una tasa
optimizada predeterminada. El controlador (158) puede controlar el
ventilador (124) y el controlador (158) logra un flujo de aire
predeterminado ajustando la velocidad de ventilación del ventilador
(124). En el primer modo de funcionamiento, el controlador (158)
ajusta la velocidad de ventilación del ventilador (124) a baja o
media. El aire ambiente se introduce entonces de manera controlada
en el sistema (100) por el ventilador (124). El aire que entra pasa
en primer lugar a través del filtro (122) de aire seguido por un
campo de ionización creado por el ionizador (118). El aire ionizado
pasa entonces a través de la parte (120) de condensador y rodea las
superficies de la parte (120) de condensador en la que tiene lugar
la condensación del vapor de agua. Las gotas de agua obtenidas tras
la condensación caen sobre la bandeja (126) de recogida de agua y se
dirigen al interior del tanque (144) de recogida de agua. El
dispositivo (150) de medición del nivel de agua mide el nivel de
agua presente en el tanque (144) de recogida de agua para detectar
niveles de agua altos (WLCHI) y bajos (WLCLO) predeterminados.
Durante el modo NORMAL y cuando el nivel de agua
detectado por el dispositivo (150) de medición del nivel de agua
supera un nivel bajo (WLCLO) predeterminado, se activa el
purificador (152) de agua en el tanque (144) de recogida de agua por
el controlador (158) o bien de manera continua o bien regular,
activándose periódicamente el purificador (152) de agua durante una
primera duración de WPUON1 y desactivándose durante una segunda
duración de WPUOFF1. Cuando el nivel de agua medida por el
dispositivo (150) de medición del nivel de agua detecta un nivel
alto (WLCHI) predeterminado, y si está presente el tanque de
almacenamiento de agua externo y el tanque de almacenamiento de agua
externo no indica el estado de LLENO, el controlador (158) activa el
conjunto (146) impulsor para transferir el agua desde el tanque
(144) de recogida de agua a través del purificador (148) de agua de
la unidad (112) de recogida de agua. El controlador (158) puede
activar el purificador (148) de agua o bien de manera continua o
bien regular.
El controlador (158) selecciona un segundo modo
de funcionamiento indicado como modo FRÍO cuando (a) la temperatura
ambiente medida por el dispositivo (154) de medición de la
temperatura cae entre el primer umbral predeterminado TLA01 y un
segundo umbral predeterminado TLA02, (b) la humedad relativa
ambiente medida por el dispositivo (156) de medición de la humedad
relativa es igual o superior al nivel predeterminado RHLLO, (c) la
temperatura del líquido de la parte (132) de enfriamiento medida por
el dispositivo (142) de medición de la temperatura es igual o
inferior al umbral predeterminado de TLCLO, (d) el nivel de agua en
el tanque (144) de recogida de agua detectado por el dispositivo
(150) de medición del nivel de agua no supera el nivel
predeterminado WLCHI, y (e) si está presente el tanque de
almacenamiento de agua externo (acoplado al sistema 100) y el tanque
de almacenamiento de agua externo no indica el estado de LLENO (no
mostrado).
Si se cumplen las condiciones anteriores, el
controlador (158) hace funcionar el sistema (100) a través de las
mismas etapas de control y toma de decisiones que se realizaron para
el modo NORMAL. La única excepción es que la velocidad de
ventilación del ventilador (124) se fija alta para aumentar la
circulación de aire en las proximidades de la parte (120) de
condensador, lo que conduce a una mayor eficacia de condensación del
vapor de agua cuando la temperatura del aire ambiente es baja.
El controlador (158) selecciona un tercer modo
de funcionamiento indicado como modo de SUSPENSIÓN cuando (a) la
temperatura ambiente medida por el dispositivo (154) de medición de
la temperatura cae por debajo del segundo umbral predeterminado
TLA02, o (b) la humedad relativa ambiente medida por el dispositivo
(156) de medición de la humedad relativa cae por debajo de un
segundo nivel predeterminado RHL02, o (c) la temperatura del líquido
de la parte (132) de enfriamiento medida por el dispositivo (142) de
medición de la temperatura es superior a un umbral predeterminado de
TLCHI, o (d) el nivel de agua en el tanque (144) de recogida de agua
detectado por el dispositivo (150) de medición del nivel de agua es
igual o supera el nivel predeterminado WLCHI, o (e) si está presente
el tanque de almacenamiento de agua externo (acopado al sistema 100)
y el tanque de almacenamiento de agua externo indica el estado de
LLENO (no mostrado).
Si se cumplen cualquiera de las condiciones
anteriores, el controlador (158) detiene todas las etapas requeridas
para extraer vapor de agua. Sin embargo, el ionizador (118) y el
ventilador (124) pueden continuar funcionando de manera controlable
por el controlador (158). El controlador (158) también puede
continuar monitorizando todos los medios de medición, si los hay.
Además, si el nivel de agua en el tanque (144) de recogida de agua
es superior a WLCLO, el controlador (158) puede continuar activando
el purificador (152) de agua del tanque (144) de recogida de agua de
una manera continua o periódica.
Los parámetros a modo de ejemplo que se usan
preferentemente en el sistema (100) para extraer agua atmosférica
son los siguientes:
- 1)
- TLA01 = 25ºC y TLA02 = 15ºC, como valores umbral de temperatura usados para clasificar los modos de funcionamiento;
- 2)
- RHL01 = 50% y RHL02 = 25%, como valores umbral de humedad relativa usados para clasificar los modos de funcionamiento;
- 3)
- TLCLO = 5ºC y TLCHI = 15ºC, como valores umbral de temperatura del líquido que está enfriándose mediante la parte (132) de enfriamiento usados para la activación y desactivación de la válvula (138) accionadora y el conjunto (146) impulsor; y
- 4)
- WPUON1 = 30 segundos y WPUOFF1 = 45 minutos, para la activación periódica y duraciones de corte del purificador (152) de agua del tanque (144) de recogida de agua.
El sistema (100) para extraer vapor de agua del
aire ambiente para obtener agua potable proporciona una solución a
la recogida de agua sin necesidad de amplias redes de distribución
de agua. Por tanto, el sistema (100) es muy adecuado para
aplicaciones interiores, exteriores, fijas y móviles. Además, como
el sistema (100) puede depender de fuentes de enfriamiento externas
tales como un sistema de aire central y de refrigeración existente
para extraer calor del líquido para enfriar el líquido, el sistema
(100) ofrece un sistema de obtención de agua rentable con costes de
equipo, funcionamiento y mantenimiento relativamente bajos.
Además, el sistema (100) puede funcionar a una
temperatura de aire ambiente de tan solo 15ºC, haciendo así que el
sistema (100) sea muy adecuado para muchas aplicaciones interiores y
exteriores, fijas y móviles, no sólo en regiones tropicales, sino
también en zonas templadas con temperaturas de aire ambiente muy por
debajo de a lo que los sistemas convencionales están diseñados para
funcionar.
De la manera anterior se ha descrito un sistema
de extracción de agua atmosférica y un método para extraer agua
atmosférica según una realización de la invención para tratar al
menos una de las desventajas anteriores. Aunque sólo se da a conocer
una realización de la invención, la invención no se limita a formas
o disposiciones especificas de las partes así descritas y resultará
evidente para un experto en la técnica en vista de esta descripción
que pueden realizarse numerosos cambios y/o modificaciones sin
apartarse del alcance y el espíritu de la invención.
Claims (25)
1. Sistema de extracción de agua atmosférica,
caracterizado porque comprende:
un conducto (111) que tiene una parte (120) de
condensador y una parte (132) de enfriamiento interconfiguradas para
el paso cíclico de fluido a su través;
una unidad (113) de enfriamiento en comunicación
térmica con la parte (132) de enfriamiento para extraer calor del
líquido que pasa a través de la parte (132) de enfriamiento para
enfriar de ese modo el líquido, pudiendo transportarse el líquido
hasta la parte (120) de condensador tras el paso a través de la
parte (132) de enfriamiento; y
un ionizador (118) para ionizar el aire ambiente
dando lugar a aire ionizado, estando cargado el aire ionizado para
mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo,
en el que el aire ionizado puede transportarse
para su interacción térmica con la parte (120) de condensador del
conducto (111) para condensar el vapor de agua dando lugar a gotas
de agua, recibiendo el líquido que pasa a través de la parte (120)
de condensador calor del aire ionizado durante la interacción
térmica del aire ionizado con la parte (120) de condensador,
pudiendo transportarse el líquido hasta la parte (132) de
enfriamiento del conducto (111) para enfriarse de ese modo de nuevo
tras el paso a través de la parte (120) de condensador.
2. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 1, caracterizado porque el líquido
que pasa a través del conducto (111) es sustancialmente
isobárico.
3. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 1, caracterizado porque
comprende:
un ventilador (124) para desplazar el aire
ambiente al interior del sistema de extracción de agua atmosférica,
pudiéndose hacer funcionar el ventilador (124) para controlar la
velocidad de flujo del aire ambiente desplazado.
4. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 1, caracterizado porque
comprende:
un filtro (122) de aire para filtrar el aire
ambiente para que lo reciba el ionizador (118).
5. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 1, caracterizado porque la unidad
(113) de enfriamiento comprende un conjunto (136) impulsor para
desplazar el líquido desde la unidad (113) de enfriamiento hasta la
parte (120) de condensador del conducto (111).
6. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 5, caracterizado porque el conjunto
(136) impulsor comprende una válvula (138) accionadora y una de una
bomba (140) de fluido, la cual está formada por una bomba de
desplazamiento y una bomba centrífuga.
7. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 5, caracterizado porque la unidad
(113) de enfriamiento comprende un dispositivo (142) de medición de
la temperatura para medir la temperatura del líquido.
8. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 4, caracterizado porque la unidad
(113) de enfriamiento puede acoplarse a una fuente de enfriamiento
externa, siendo la fuente de enfriamiento externa para extraer calor
del líquido.
9. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende una
bandeja (126) de recogida de agua para recibir las gotas de agua de
la parte (120) de condensador.
10. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 9, caracterizado porque comprende
además un tanque (144) de recogida de agua para recibir las gotas de
agua de la bandeja (126) de recogida de agua.
11. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 10, caracterizado porque el tanque
(144) de recogida de agua comprende un dispositivo (150) de medición
del nivel de agua y un purificador (152) de agua.
12. Sistema de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende un
dispositivo (154) de medición de la temperatura para medir la
temperatura del aire ambiente y un dispositivo (156) de medición de
la humedad relativa para medir la humedad relativa del aire
ambiente.
13. Método de extracción de agua atmosférica,
que comprende:
proporcionar un conducto (111) que tiene una
parte (120) de condensador y una parte (132) de enfriamiento
interconfiguradas para el paso cíclico de fluido a su través;
extraer calor del líquido que pasa a través de
una parte (132) de enfriamiento para enfriar de ese modo el líquido
usando una unidad (113) de enfriamiento, estando la unidad (113) de
enfriamiento en comunicación térmica con la parte (132) de
enfriamiento, pudiendo transportarse el líquido hasta la parte (120)
de condensador tras el paso a través de la parte (132) de
enfriamiento; e
ionizar el aire ambiente dando lugar a aire
ionizado usando un ionizador (118), estando cargado el aire ionizado
para mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo,
en el que el aire ionizado puede transportarse
para su interacción térmica con la parte (120) de condensador del
conducto (111) para condensar el vapor de agua dando lugar a gotas
de agua, recibiendo el líquido que pasa a través de la parte (120)
de condensador calor del aire ionizado durante la interacción
térmica del aire ionizado con la parte (120) de condensador,
pudiendo transportarse el líquido hasta la parte (132) de
enfriamiento del conducto (111) para enfriarse de ese modo de nuevo
tras el paso a través de la parte (120) de condensador.
14. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 13, caracterizado porque el líquido
que pasa a través del conducto (111) es sustancialmente
isobárico.
15. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 13, caracterizado porque
comprende:
desplazar el aire ambiente usando un ventilador
(124), pudiéndose hacer funcionar el ventilador (124) para controlar
la velocidad de flujo del aire ambiente desplazado.
16. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 13, caracterizado porque
comprende:
filtrar el aire ambiente para que lo reciba el
ionizador (118) usando un filtro (122) de aire.
17. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 13, caracterizado porque la unidad
(113) de enfriamiento comprende un conjunto (136) impulsor para
desplazar el líquido desde la unidad (113) de enfriamiento hasta la
parte (120) de condensador del conducto (111).
18. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 17, caracterizado porque el conjunto
(136) impulsor comprende una válvula (138) accionadora y una bomba
(140) de fluido, la cual está formada por una bomba de
desplazamiento y una bomba centrifuga.
19. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 17, caracterizado porque la unidad
(113) de enfriamiento comprende un dispositivo (142) de medición de
la temperatura para medir la temperatura del líquido.
20. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 16, caracterizado porque la unidad
(113) de enfriamiento puede acoplarse a una fuente de enfriamiento
externa, siendo la fuente de enfriamiento externa para extraer calor
del líquido.
21. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 13, caracterizado porque
comprende:
recibir las gotas de agua de la parte (120) de
condensador usando una bandeja (126) de recogida de agua.
22. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 21, caracterizado porque
comprende:
recibir las gotas de agua de la bandeja (126) de
recogida de agua usando un tanque (144) de recogida de agua.
23. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 22, caracterizado porque el tanque
(144) de recogida de agua comprende un dispositivo (150) de medición
del nivel de agua y un purificador (152) de agua.
24. Método de extracción de agua atmosférica,
según la reivindicación 13, caracterizado porque
comprende:
proporcionar un dispositivo (154) de medición de
la temperatura para medir la temperatura del aire ambiente y
proporcionar un dispositivo (156) de medición de la humedad relativa
para medir la humedad relativa del aire ambiente.
25. Sistema de extracción de agua atmosférica,
caracterizado porque comprende:
un ionizador (118) para ionizar el aire ambiente
para obtener aire ionizado a partir del mismo, estando cargado el
aire ionizado para mejorar la adhesión del vapor de agua al mismo;
y
una parte (120) de condensador dispuesta junto
al ionizador para condensar vapor de agua en el aire ionizado dando
lugar a gotas de agua.
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