RESOLVIENDO OTRAS CONTRADICCIONES CON TRIZ

Otro problema que surgió durante el diseño del sistema de ósmosis inversa centrífugo fue el de hacer rotar las membranas. Se tuvieron diversas ideas iniciales, como por ejemplo utilizar pequeños motores para cada una de las membranas o utilizar un juego de engranajes que transmitieran el movimiento del motor principal a cada una de las membranas. Sin embargo, estas soluciones eran difíciles de implementar debido a que se requerían de un gran número de partes y a que incrementaban el consumo energético del sistema. Mediante el uso de engranes se perdería energía debido, principalmente, a la fricción. Por lo cual, este conflicto se puede plantear de la siguiente forma:

Factor a mejorar: Uso de energía por un objeto en movimiento Factor que se perjudica: Pérdida de energía

Recomendaciones TRIZ (La numeración va de acuerdo a los 40 principios de inventiva TRIZ) 12. Equipotencialidad

- En un campo de trabajo, limitar los cambios de posición. (Por ejemplo, cambiar las condiciones de trabajo para eliminar la necesidad de elevar o bajar objetos bajo el efecto de un campo gravitacional.)

15. Dinámica

- Permitir o diseñar que las características de un objeto, medio ambiente externo o proceso cambien para encontrar las operaciones óptimas de operación.

- Dividir un objeto en partes que sean capaces de moverse relativas unas a otras. - Si un objeto es rígido hacerlo flexible.

22. Convertir algo malo en positivo o “Convertir limones en limonada” - Usar los factores dañinos para conseguir un efecto positivo.

- Eliminar la principal acción dañina añadiendo otra acción dañina que resuelva el problema. - Amplificar un factor dañino a tal grado que ya no sea dañino.

24. Intermediario

- Usar un objeto intermediario para transferir o llevar a cabo una acción. - Unir un objeto temporalmente con otro (que pueda ser fácilmente removido).

Para resolver este conflicto se utilizó el principio 22, “convertir limones en limonada”. En este caso en primer lugar se pensó en utilizar el agua de rechazo para mover las membranas; sin embargo, la energía del agua de rechazo se está recuperando canalizando el agua concentrada hacia el centro del eje rotor. Por este motivo se pensó en utilizar el agua producto para lograr la rotación de las membranas. El agua producto sale a baja presión al atravesar las membranas, sin embargo, abandona el sistema a una presión ligeramente superior a la ambiental, por lo cual esta energía todavía puede ser aprovechada para hacer girar las membranas. Para esto, se acopló al extremo inferior (por dónde sale el agua producto) del eje de las membranas un aditamento que convierta la energía del agua producto en movimiento rotacional. Este aditamento puede ser una hélice interior, hélice exterior o un conducto helicoidal. (Figura 32) De esta forma, se hace más eficiente el proceso de ósmosis inversa mediante vórtices de Taylor, ya que no se está requiriendo de una energía adicional para hacer rotar las membranas.

Figura 32. Soluciones aplicando el principio de solución “convierte un desperdicio en algo funcional”.

5.6.2 Sellado

El sellado entre el eje rotor de la membrana y el portamembranas que se encuentra estático (viaja trasnacionalmente, pero no rota) puede representar un gran problema. Portal motivo, se buscaron soluciones no convencionales a este conflicto.

El problema puede ser visto de la siguiente forma: lo que se quiere es que haya menos fugas del rechazo hacia el agua producto, por lo cual, se puede decir que se desea tener una menor

pérdida de sustancia. Por otro lado, al aumentar nuestro estándar sobre la cantidad de fugas que es aceptable, se puede decir que el sistema pierde confiabilidad (ya que si no se realizan modificaciones al diseño, la cantidad de fugas permanecerá igual).

Factor a mejorar: Pérdida de sustancia Factor que se perjudica: Confiabilidad

Recomendaciones TRIZ (La numeración va de acuerdo a los 40 principios de inventiva TRIZ) 10. Acción preeliminar

- Realiza una acción requerida con anticipación.

- Pre-arregle los objetos de tal forma que puedan entrar en acción desde la posición más conveniente, sin pérdida de tiempo.

29. Neumáticos e hidráulicos.

- Use partes gaseosas o líquidas en lugar de partes sólidas (por ejemplo partes inflables, llenar con líquido, usar fuerzas hidrostáticas, etcétera).

39. Atmósfera inerte.

- Reemplazar una atmósfera natural con una inerte. - Adherir partes neutrales, o aditivos inertes a un objeto. 35. Cambios de parámetros.

- Cambiar el estado físico de un objeto. - Cambiar la concentración o consistencia. - Cambiar el grado de flexibilidad.

- Cambiar la temperatura.

De estos principios de inventiva, se puede utilizar el número 29, en el sentido de utilizar fuerzas hidráulicas. En el mercado existen los sellos que utilizan fuerzas hidrodinámicas para

técnicas que le impiden ser utilizados en los portamembranas debido a la gran diferencia de presión que hay. Pero, gracias a una modificación en el diseño, se puede lograr una contrapresión con el agua producto que disminuye este diferencial de presión. Ver Figura 34. Los “Kalsi Seals” son sellos rotatorios que proveen de lubricación hidrodinámica para minimizar el desgaste en los sellos y en los ejes. Son utilizados comúnmente para retención de lubricantes y exclusión de contaminantes. Fueron desarrollados originalmente para las perforadoras de la industria petrolera, por lo cual proveen una solución efectiva para diversas condiciones de servicio que se presentan en otras industrias. [16]

Los sellos Kalsi son instalados en un surco y se comprimen contra el eje (Figura 33), cuando el eje está estático, sella de la misma manera que lo hacen otro tipo de sellos, como O-ring. El “labio” de sellado dinámico incorpora una capa de ondas hidrodinámicas en el lado del lubricante, y una capa de forma circular que sirve para separar el lado del medio ambiente. Al rotar, una capa delgada del lubricante sella hidrodinámicamente la interfase dinámica del sello gracias a las ondas. Este efecto lubrica tanto el sello como el eje, previniendo el típico desgaste y permitiendo mayores presiones y velocidades, así como una vida más prolongada. Cuando la rotación termina, la acción hidrodinámica para y el sellado estático se reestablece.

Figura 33. Sellos Kalsi. [16]

La serie High-Film incorpora una geometría hidrodinámica unidireccional que provee de ventajas significativas en términos de grosor de la capa hidrodinámica, menor torque y un rechazo de contaminantes mayor. Este tipo de sellos puede inclusive lubricarse con agua. Sin embargo, cuando se utiliza este lubricante, no se permite un gran diferencial de presión. [16] Por lo cual, se llegó a la solución que se muestra en la Figura 34. En esta propuesta se utilizan dos sellos, el inferior es un sello rotatorio “PAC-SEAL Type 21” de la Corporación Flowserve que de acuerdo a la información de dicho fabricante soportan una presión de hasta

650 psi (4.5 MPa aprox.) cuando la presión está balanceada de ambos lados y 250 psi (1.72 MPa aprox.) para condiciones no balanceadas. El superior es un sello Kalsi. En medio de ambos sellos se encuentra el espacio contenedor del lubricante a presión. Dicho espacio se llena con agua producto que acaba de ser purificada (que funciona como lubricante). El agua pasa hacia el contenedor del lubricante a través de un orificio. Debido a que el agua producto acaba de pasar por el proceso de ósmosis inversa se encuentra a baja presión; sin embargo, al entrar al contenedor, su presión se vuelve a incrementar debido a la centrifugación. Por lo cual, el lubricante (agua producto) se encuentra a una presión similar a la que se encuentra el agua salobre. Gracias a esto, se puede utilizar el sello Kalsi sin fugas. Es posible que se presente alguna fuga del lubricante hacia el contenedor de agua producto debido a que la diferencia de presión entre el contenedor del lubricante y la presión atmosférica; sin embargo, esto no representa ningún problema por razones obvias.