proyecto x
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ALUMNO: ISMAEL SOLANO RODRIGUEZ
LEON HERNANDEZ CRUZ
INSTITUTO TECNOLOGICO DE VERACRUZ
INDICE
Introducción…………………………………………………………………………2
Marco teórico……………………………………………………………………….4
Membranas utilizadas en osmosis inversa……………………………………...9
Morfología de la membrana…………………………………………………….10
Factores de cálculo comprendidos en un sistema de OI (osmosis inversa)……………………………………………………………………………14
Transporte a través de las membranas de osmosis inversas………………15
Limpieza y Ensuciamiento de las membranas………………………………..17
Planteamiento del problema…………………………………………………….22
Objetivos ………………………………………………………………………….22
Justificación……………………………………………………………………….23
Delimitaciones…………………………………………………………………….24
Impacto ambiental………………………………………………………………..25
Impacto social ……………………………………………………………………26
Metodología……………………………………………………………………….28
Diagrama del diseño potabilización de agua de mar…………………………30
Descripción del proceso ………………………………………………………...31
ANEXO 1.- Factores de cálculo comprendidos en un sistema de OI……...46
ANEXO 2.- Vocabulario y Acrónimos…………………………………………..50
ANEXO 3.- Figuras e Imágenes…………………………………………………56
ANEXO 4.- Normas Oficiales para la Calidad del Agua en México……………………………………………………………………………..63
ANEXO 5.- Tablas de especificaciones y parámetros del proceso…………………………………………………………………………….65
ANEXO 6.- Costos de equipo y Producción………...…………………………74
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS…………………………………………………...................89
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INTRODUCCION
Siendo el agua un factor esencial para la vida y para las actividades económicas que se desarrollan sobre la tierra, ocupa un lugar cuya importancia en las estadísticas macroeconómicas y en la geografía económica de las materias primas y de los recursos naturales es prioritaria.
El agua supone una limitación importante para el desarrollo de los pueblos, debido a la dependencia que respecto a la misma tiene tanto la agricultura, como la industria o la población.
El ahorro de agua en los sectores más consumidores, la utilización de tecnologías de riego avanzadas, la depuración de aguas para evitar la contaminación y por ultimo la desalación como forma de incrementar los recursos hídricos permiten un desarrollo adecuado al margen de esa dependencia del agua, pero esto supone la inversión de enormes cantidades de dinero que no todos los países pueden hacer. En consecuencia se puede comprobar que en los países ricos los recursos económicos permiten superar los problemas de agua, mientras que en los pobres la falta de agua impide la generación de recursos económicos.
Para acercarnos un poco a la realidad de la desalación debe partirse de cual es la realidad hídrica del planeta que en su mayor parte está ocupada por los mares y océanos, donde se encuentra el 97% del agua disponible. El restante 2.24%, que no es agua de mar, sin embargo esta conformada por glaciares, congelada en los casquetes polares o se encuentra subterránea, el agua que consumimos, de los ríos, lagos y los acuíferos de poca profundidad representa tan solo el 0.26% razón por la cual alienta para ser responsables con su utilización. [2]
No resulta paradójico que existan problemas de agua en el mundo, aun cuando ésta constituye la mayor parte del mismo, pues la forma en que se encuentra el agua, en un gran porcentaje no permite su utilización de una manera directa por la población.[2]
La escasez de agua es un fenómeno relativamente reciente en la historia. En los años 50 afectaba a un pequeño numero de países, pero a finales de los 90 afectaba ya a unos 26 países con una población de 300 millones, y las proyecciones que se hacen para el año 2050 estiman que el problema afectará a 66 países que concentran los 2/3 de la población mundial y algunos de estos países están bañados por el mar. Pero, además, sus efectos se dejan sentir en la estabilidad social y consecuentemente en la estabilidad política y en la preservación de la vida. [3]
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La escasez de agua además suele ir unida a la mala calidad de la misma y siendo el contenido del agua, es decir sus sales, lo que ha provocado estas situaciones y aunque a lo largo de los siglos existen referencias a intentos de obtener agua dulce a partir del agua salada, puede decirse que es realmente en el pasado siglo XX, cuando esos intentos se plasman en tecnologías que adquieren fiabilidad y que garantizan ese proceso de transformación.
Los avances tecnológicos en la desalación del agua han sido muy lentos, y además han resultado muy caros, no siendo accesibles durante años a la mayoría de las poblaciones que necesitaban de ellos.
Solo en años mas recientes se han superado esos grandes inconvenientes, de manera que hablar hoy día de desalación, especialmente en países áridos, es algo que se considera bastante normal. La búsqueda de procesos o tecnologías que permitieran desalara agua se dirigieron inicialmente hacia la fuente mas abundante, es decir el agua de mar, de manera que la palabra desalación estaba indisolublemente ligada a este tipo de agua.
Tras el descubrimiento de distintos tipos de membranas que permitían la Purificación o desalación de dichas aguas, se prosiguió con el desarrollo de membranas similares que permitieran también hacer potables el agua de mar.
Superada esta fase, la tecnología de la desalación se ha ido extendiendo por todo el mundo, de forma que en la actualidad se está familiarizado con términos relativos a estos procesos, que hace algunos años era incluso necesario buscar en los diccionarios, para entender con más precisión de que se estaba hablando.
El descubrimiento de membranas capaces de separar sales ha sido trascendental para el abaratamiento de los costos, pero además ha puesto a disposición de los técnicos unas tecnologías mas accesibles que las que se utilizaban anteriormente, es por eso que en el presente trabajo se utilizara la técnica de separación conocida como Ósmosis Inversa (OI).
El presente protocolo tiene como objeto diseñar el proceso de una planta potabilizadora de agua de mar, empleando la ósmosis inversa, así como la selección de las tecnologías más adecuadas para el funcionamiento más eficiente.
Se plantean las posibles delimitaciones del proyecto así como sus ventajas las cuales a su vez justifican la viabilidad de este proyecto.
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MARCO TEORICO
Agua de mar
El agua de mar, por definición, es una solución acuosa en la que se encuentran disueltos una amplia variedad de sólidos (sales principalmente) y gases atmosféricos, sumándose a estos materiales sólidos suspendidos del tipo orgánico e inorgánico. [4]
Torre de toma de agua
Corresponde a una estructura de hormigón armado en forma cilíndrica con aberturas rectangulares para la entrada de agua de mar. La torre tendrá un diámetro de 10 m y una altura aproximada de 7.7 m y se ubica a 20 m de profundidad. La torre esta diseñada de manera de evitar el ingreso de la fauna marina pues tendrá una velocidad de succión muy baja y niveles de oscuridad importantes. [3]
Emisor Submarino
Desde la torre de captación, es conducida el agua de mar por medio de una tubería de polietileno de alta densidad PEAD ubicada en la base de la torre, de 830 m de longitud y 2 m de diámetro. A este ducto se le denomina emisor submarino. [3]
Estación de Bombeo
Aquí es donde se ubican las bombas de impulsión, se consideran seis bombas centrifugas conectadas a un colector común para impulsar el agua de mar hasta la planta desaladora. Cada bomba contara con un sistema de protección anti retorno e instrumentación que permita controlar su rendimiento. [3]
Coagulación
Un coagulante son sales metálicas que reaccionan con la alcalinidad del agua, para producir un flóculo de hidróxido del metal ,insoluble en agua, que incorpore a las partículas coloidales.Dado el tipo de toma de agua de mar elegido, el índice de ensuciamiento es significativamente alto, por lo que se ha previsto la inyección de cloruro férrico para la coagulación de posibles coloides presentes en el agua bruta que posteriormente serán retenidos en los filtros de arena. [3]
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Filtros de Arena
Se consideran estanques de forma cilíndrica horizontal, montados en paralelo. Cada filtro en contiene en su interior una placa soporte, equipada con las correspondientes boquillas sobre la cual se situa un lecho de material filtrante. [10]
Microfiltración
La Microfiltración consiste en una filtración sobre pre capa, de manera que el agua atraviesa un delgado lecho filtrante a base de tierra de diatomeas, depositadas previamente sobre un material poroso que actúa de soporte. El lecho filtrante puede ser celulosa, tierra de diatomeas o resina pulverizada, entre otros. [6]
Dosificación de acido
Se dispondrá de sistemas de inyección de acido sulfúrico con mescladores estáticos que permitan homogenizar la mezcla proveniente del proceso de osmosis inversa antes de la entrada a la cámara de inyección de resinas catiónicas y Aniónicas. [3]
Resinas catiónicas
Dosificación de Hipoclorito de sodio. Se instalara un equipo de dosificación de hipoclorito de sodio en línea, con control automático de la dosis de este reactivo, en base al hipoclorito cálcico del agua producto. [11]
Resinas Aniónicas
Dosificación de fluorosilicato sódico. Se instalara un equipo de dosificación de fluorosilicato sódico en línea, con control automático de la dosis, los estanques serán revestidos interiormente y contaran con un sistema de agitación de la solución y una sala de almacenamiento que cumpla las normativas de seguridad para el almacenamiento de este reactivo. [11]
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Bombas de alta presión
Las bombas de alta presión son el corazón de la planta de ósmosis inversa ya que impulsan la solución a tratar hacía las membranas a la presión requerida por estás.
Es aquí donde se consume la mayor parte de la energía del proceso, por lo que la decisión del tipo de bomba a instalar tiene gran importancia.
En el proceso de ósmosis inversa se utilizan generalmente dos tipos de bombas:
alternativas o de desplazamiento positivo. Centrífugas.
A la hora de seleccionar las bombas hay que tener en cuenta ciertos parámetros como su rendimiento, la inversión necesaria, el mantenimiento requerido, la disponibilidad, los niveles de ruido, las vibraciones, etc.[1]
Bombas de desplazamiento positivo
En las bombas de desplazamiento positivo el fluido que se desplaza esta contenido entre el elemento impulsor que puede ser un émbolo, un diente de engranaje, una paleta, etc., y la carcaza o el cilindro. Se dividen en 2 grupos; las bombas rotatorias y las bombas reciprocantes. [17]
Bombas rotatorias
Las bombas rotatorias de engranes, se utilizan en servicios que requieren una presión de descarga de 500 psi (34.47 bar) a 1 000 psi (68.94 bar) y son aplicables para líquidos de alta viscosidad o de baja presión de vapor. Su desplazamiento constante a una velocidad fija las hace ideales para dosificar pequeñas cantidades de líquido. Ya que son de desplazamiento positivo, se pueden considerar autocebantes.[17],[18]Bomba de engranaje
La bomba de engranaje es la más empleada entre las bombas rotativas. Su funcionamiento consiste en dos ruedas dentadas que operan dentro de una carcasa. El líquido es transportado en el espacio comprendido entre dos dientes consecutivos y la carcasa y es desplazado hacia la zona de descarga. Su rango de aplicación es para caudales menores de 6 m3/min y con un Δp< 150 atm., y no están diseñadas para transportar sólidos.[17],[18]
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Bomba reciprocante
Las bombas reciprocantes o alternativas son bombas de desplazamiento positivo que descargan una cantidad definida de líquido durante el movimiento del pistón o émbolo a través de la distancia de la carrera. Este tipo de bombas se usan para transportar líquidos con caudales pequeños menores de 40 lts/min y Δp entre 50 -350 atm. En general se suelen utilizar en el transporte de líquidos viscosos, con los cuales las bombas centrifugas no son muy eficaces. Su desventaja es que el flujo no es continuo, entre las bombas reciprocantes tenemos.[17]
Osmosis
Se produce Osmosis cuando dos líquidos de diferente concentración ionica se separan por una membrana semipermeable con el objeto de lograr un estado de equilibrio de igual concentración iónica en cada una de las soluciones, la membrana deja pasar agua pura desde la solución de menor concentración a la de concentración mayor. Cuando las dos soluciones llegan a la misma concentración se detiene el flujo de agua a través de la membrana y se produce una diferencia de altura que se halla a uno y otro lado de la membrana. Esta diferencia de altura es llamada presión osmótica. [1]
Osmosis inversa
La osmosis inversa es un proceso creado por el hombre que invierte el fenómeno de osmosis natural. Su objetivo es obtener agua purificada (desalada), partiendo de agua salina. Esto es posible al aplicar una presión a la solución de alta concentración de sales, forzando asi un caudal inverso a través de la membrana semipermeable. La osmosis inversa utiliza la presión para la separación de sales, dejando pasar el agua desalada e impidiendo el paso de la salmuera. [2]
Luz ultravioleta
La desinfección UV es un proceso físico que neutraliza los microrganismos instantáneamente cuando estos pasan a través de las lámparas ultravioleta sumergidas en el efluente. [16]
Recuperación de energía
Para la recuperación de energía se utiliza la salmuera de rechazo y la implementación de sistemas de intercambio de presión. Cada línea constara de un conjunto de sistema de intercambio de presión que estará formado por uno o varios intercambiadores. [1],[3]
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Salmuera de Rechazo
La salmuera de rechazo del proceso de desalación, procedente del sistema de intercambio de presión se descargara por gravedad a través de un emisor submarino de 266 m de longitud. El agua de salmuera tendrá una concentración de sal del 50% por sobre lo normal y sin incremento de temperatura. [3]
Motor de Accionamiento
Se instalaran bombas boosters de recirculación una por bastidor equipadas con variador de velocidad, las que impulsan el agua de mar de salida de los sistemas de intercambio de presión a alta presión hasta la entrada a membranas, siendo la calidad de los materiales empleados en las bombas de recirculación los mismos a los de bombas de alta presión. [3]
Estanque de agua osmotizada para limpieza química
Corresponde a un deposito de acumulación en el que se disuelve el reactivo para eliminar el tipo de ensuciamiento producido en las membranas. El material del estanque es PRFV (plástico reforzado con fibra de vidrio). [3]
Post tratamiento/ Dosificación de acido sulfúrico
Se dispondrá de sistemas de inyección de acido sulfúrico con mescladores estáticos que permitan homogenizar la mezcla proveniente del proceso de osmosis inversa antes de la entrada al deposito de almacenamiento. [3]
Estanque de almacenamiento de Agua producto
Consiste en un deposito regulador de la produccion en el interior de la planta desaladora de 5,000m3, de hormigon armado, rectangular e impermeabilizado interiormente para garantizar la estanqueidad. El estanque estara dividido en dos compartimientos que podran ser aislados con fines de mantenimiento. [3]
Potabilizacion del Agua porducto
El agua producto sera potabilizada con la dosificacion de hipoclorito de sodio y flurosilicato sodico. [3]
Dosificacion de Hipoclorito de sodio
se instalara un equipo de dosifficación de hipoclorito de sodio en linea, con control automatico de la dosis de reactivo, en base al hipoclorito cálcico del agua producto. [3]
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Dosificacion de Fluorosilicato sodico
Se instalara un equipo de dosificacion de fluorosilicato sodico en linea, con control automatico de la dosis, los estanques seran revestidos y contaran con un sistema de agitacion de la solucion para el almacenaiento de reactivos. [3]
Bombeo de agua producto:
Desde el estanque de potabilización de agua producto de la planta se consideran bombas centrifugas para impulsar el agua hasta los estanques de distribución. [3]
MEMBRANAS UTILIZADAS EN OSMOSIS INVERSA
Proceso de separación a través de una membrana
La separación por medio de una membrana actúa como una barrera semipermeable y la separación ocurre porque la membrana controla la cantidad de movimiento de varias moléculas entre dos fases. [6]
Clasificación de la Estructura de membrana
Debido que presenta en su parte exterior la cara que esta en contacto con la solución de aporte una capa extremada mente densa y delgada bajo la cual aparece un lecho poroso. [6]
Capa activa
Es la barrera que permita el paso del solvente y e impide el poso del soluto [6]
Selección membrana asimétrica
Todas las membranas de osmosis inversa tiene (capa activa) y son por lo tanto asimétricas. [6]
Clasificación según su naturaleza
Capa activa y lecho poroso. [6]
Naturaleza compuesta de capa fina
En las membranas compuestas de capa fina, la (capa activa) y el sustrato micro poroso que le sirve de soporte son de 3 capas de distintos materiales. [6]
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La Membrana compuesta de capa fina se fabrica en dos etapas
En la primera etapa se depositan la capa intermedia sobre una tela de refuerzo que constituye la capa inferior
En la segunda etapa se deposita sobre la capa intermedia la capa superior o capa activa cuyo espesor es de 0.2 a 0.5 micras [6]
Características de membrana compuesta de capa fina
a) Cada capa (activa, lecho soporte o tejido reforzado) puede desarrollarse y optimizarse separada e independientemente
b) Se puede variar a voluntad el espesor de la capa activa adecuándola a las necesidades específicas de cada aplicación.
c) Puede alterarse la porosidad de la capa activa y, por tanto, su porcentaje de rechazo de sales así como de flujo de permeado.[6]
Morfología de la membrana
Tipo plana
Este tipo de membrana, presenta una capa activa plana. Se fabrica en forma de lámina de papel continuo cortándose posteriormente para adoptar distintas formas geométricas en función de la técnica empleada para su posterior ensamblaje (espirales). [1]
Poli éter urea
Este tipo de membranas contiene un exceso de grupos amina, lo que les confiere una naturaleza fuerte mente catiónica. [1]
Poliamida aromática con entrecruzamiento
La poliamida entrecruzada, presenta una menor compactación y un ligero mejor comportamiento frente a los oxidantes. [1]
Membrana inorgánica
Carbono
Las membranas de esta naturaleza presentan habitualmente una estructura compuesta. El lecho soporte suele ser de carbono sinterizado y la capa filtrante de oxidos metálicos a base de zirconio. [1]
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Características
Las membranas de este tipo pueden soportar valores extremos del ph (0-14) y temperaturas hasta 300 P c Se dispone solamente de membranas de micro filtración y ultrafiltración. [1]
Carga superficial de las membranas
Los polímeros orgánicos conque se fabrican las membranas de osmosis inversa tienen, en su estructura molecular, un exceso de grupos químicos (aminas, sinfónicos, carboxílicos), lo que confiere a la superficie activa de esta una cierta naturaleza eléctrica que suele medirse determinando su (potencial z). [6]
Tipo de carga de las membranas
Los distintos grupos químicos pueden hidrolizarse o no, dependiendo del pH del medio, lo que altera la carga eléctrica resultante sobre la superficie de la membrana. Consecuentemente dicha carga dependerá, en general, no solo de la naturaleza del polímero sino también del PH de la solución de aporte. [6]
La naturaleza de la carga eléctrica existente sobre la superficie de una membrana tiene mucho que ver tanto con su ensuciamiento como con la aparición y crecimiento de desarrollo biológicos sobre la misma. [6]
Como es fácilmente compresible, una membrana catiónica tendrá gran afinidad por los coloides, tanto orgánicos como minerales, de signo opuesto (Aniónicas) que tendrán a depositarse sobre su superficie. [6]
Neutras
Aquella que no presenta ninguna carga eléctrica. En esta membrana su potencial Z seria nulo. [1]
Catiónicas
Son aquellas en que la carga eléctrica sobre su superficie es positiva. Atendiendo al mayor o menor valor de la carga eléctrica y, por tanto, del potencial Z, las membranas pueden ser fuertes o débilmente catiónicas. [11]
Aniónicas
Son aquellas en las que la carga eléctrica su superficie es negativa. Pueden igualmente ser fuerte o débilmente Aniónicas. [11]
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Clasificación de la morfología de superficie
La morfología de la superficie tiene importancia tanto desde el punto de vista del ensuciamiento como el de la limpieza de las membranas. Una superficie rugosa, además de ensuciarse más fácilmente, es más difícil de limpiarse. [6]
Lisa
Son aquellas membranas cuya cara exterior de la capa activa es lisa. [6]
Rugosa
Son aquellas membranas cuya cara exterior de la superficie activa es rugosa. [6]
Clasificación según la presión de trabajo
Membrana de alta presión
Esta membrana se ha desarrollado para poder obtener agua potable a partir del agua de mar. Su presión de trabajo, debido a la elevada presión osmótica del agua de mar, esta comprendida entre 50 y 80 bar. [1]
Modulo de osmosis inversa
El modulo es una agrupación de membranas con una configuración determinada, que forma la unidad elemental de producción para así obtener el máximo rendimiento de las membranas, conseguir un sistema compacto, minimizar los fenómenos de polarización, facilitar la sustitución de las membranas deterioradas, mejorar la limpiezas de las membranas sucias. [1]
Modulo en espirales
Esta configuración se llama así porque esta formada por membranas planas enrolladas en espiral alrededor de un tubo central. Cada paquete consta de una lámina rectangular de membranas semipermeable doblada por la mitad en forma que la capa activa quede en su exterior. Entre las dos mitades se coloca un tejido provisto de diminutos canales para recoger el permeado que atraviese la membrana y conducirlo hacia el tubo central de recolección.
Encima de la capa activa de la membrana se coloca una malla provista de canales de distribución para repartir homogéneamente la solución de aporte sobre toda la superficie de la membrana.
Para conseguir la estanquidad entra la solución de aporte y el permeado se colocan, en los laterales de la lámina de osmosis inversa, cordones de cola entre
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el tejido colector de permeado y las membranas, de forma que el sellante penetre totalmente en los tejidos.
El paquete así formado se enrolla alrededor del tubo central, dando lugar a un cilindro al que se le colocan en sus extremos dos dispositivos plásticos para evitar su deformación, tras el cual se recubre el conjunto con una capa de resina epoxi reforzada con fibra de vidrio para darle rigidez y resistencia mecánica necesaria
Estos módulos se fabrican en los cuatro diámetros exteriores siguientes:
2 ½ “(65mm), 4” (100mm) ,8” (200mm) ,10” (250mm)
La solución de aporte circula en dirección axial, paralela al tubo central, conducido por la malla distribuidora existente entre las capas activas de dos membranas consecutivas. El permeado que atraviesa la membrana es recogido por el tejido recolector, que lo lleva espiral mente, al tubo central del que sale al exterior por uno de sus extremos.
El rechazo o solución de aporte que no atraviesa la membrana continúa su avance en dirección axial, abandonando la malla distribuidora por el otro extremo. Los módulos en espirales se interconexiones en serie dentro de un tubo destinado a soportar la presión de trabajo. En el interior de cada tubo puede instalarse asta siete módulos, alcanzando longitudes totales superiores a los siete metros.
La solución aporte, a medida que va atravesando los distintos módulos en serie, se va concentrando, siendo evacuado el tubo de presión por el extremo opuesto a su entrada. El permeado puede ser recogido en el mismo extremo que el rechazo en el opuesto según convenga. [6]
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FACTORES DE CÁLCULO COMPRENDIDOS EN UN SISTEMA DE OI (OSMOSIS INVERSA)
A) Aportación Es la cantidad de solución a tratar enviada al proceso de ósmosis inversa, también denominada “solución de aporte”.
B) Permeado Es la solución que se obtiene como producto de la osmosis inversa, al compartimiento a donde llega este producto se le denomina de “baja presión” y la cara de la membrana que tiene contacto con esta solución se le llama “de baja”.
C) Coeficiente de permeabilidad Es el volumen de solvente que atraviesa la membrana por unidad de superficie, por unidad de tiempo y unidad de presión con las variables de salinidad y temperatura constantes.
D) Rechazo Es la solución parte del aporte que no pudo atravesar la membrana por consiguiente se prevee que su concentración sea mayor también se le denomina como “salmuera de rechazo”, la nomenclatura utilizada es la misma que se utiliza para el aporte.
E) Porcentaje de recuperación Es utilizado para diagnosticar la eficiencia de la membrana respecto a la cantidad de permeado con la cantidad de aporte que llega al sistema de membranas.
F) Porcentaje de rechazo de sales Este factor está en función de la concentración de la solución de aporte entre de aporte menos la concentración de la solución del permeado.
G) Porcentaje de paso de sales Se indica como (Ps), es el resultado de dividir la Concentración de sales en el Permeado por cien, entre la concentración de la solución de Aporte.
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H) Factor de concentración Numero de veces que se concentra las sales en el rechazo de la ósmosis inversa.Se calcula dividiendo la Concentración de sales de rechazo entre la Concentración de la solución de aporte. [1]
Transporte a través de las membranas de osmosis inversas
Modelo matemático utilizado
Para las membranas de osmosis inversa, el modelo utilizado habitualmente es el de la solución-difusión. Según este modelo, cada componente de la solución a tratar se disuelve en la membrana según las leyes de distribución y equilibrio conocidas, difundiéndose a continuación a su través debido a las diferencia de concentraciones y de presión existentes a ambos lado de las membranas.
La difusión del agua y de las moléculas polares a través de las membranas seria el resultado de un mecanismo de formación y de destrucción de puentes de hidrogeno entre el agua o las moléculas polares por una parte y los grupos hidrófelos de la membrana por otra, por la acción de un gradiente de energía libre, también llamado potencial químico, producido por las diferencia de presión. [1]
Las fuerzas que intervienen en el paso del solvente y del soluto a través de la membrana son:
Solvente: gradiente de presión Soluto: gradiente de concentración
Transporte de solvente
Experimentalmente se comprueba que el flujo de solvente (caudal por unidad de superficie) es proporcional al gradiente de la presión efectiva a través de la membrana, es decir, a la diferencia entre la variación de la presión externa aplicada y la variación de la presión osmótica. [1]
Coeficiente de permeabilidad al solvente
El coeficiente de permeabilidad de la membrana al solvente depende de la presión de operación, de la temperatura, del estado de compactación de la membrana, de su factor de polarización y de grado de ensuciamiento. [1]
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Polarización de la membrana
En una membrana de osmosis inversa, el solvente (agua) fluye en dos direcciones. Una de ellas sobre la superficie de la membrana constituyendo inicialmente la corriente de aporte y posteriormente el rechazo. La otra, a través de la membrana, dando lugar al flujo de permeado.
A medida que el permeado atraviesa la membrana, las sales disueltas que contenían se quedan en las proximidades de su superficie. El soluto, que no puede atravesar la membrana, debe de ser arrastrada por la corriente de rechazo.
Al igual que ocurre en las paredes de un canal, la velocidad del solvente en las proximidades de la superficie de la membrana es prácticamente nula, por lo que las sales solo pueden pasar de esta región a la corriente rápida de rechazo por difusión, dando lugar a una zona en la que la concentración de sales es mayor que la del resto de la solución. A esta zona se le llama capa límite. Esta situación se le conoce con el nombre de polarización de la membrana y al aumento de la concentración que sufre la solución en contacto con la membrana, se le llama concentración por polarización.
Las distintas sales que se difunden desde la superficie de la membrana hacia la corriente principal lo hace ha diferentes velocidades. La velocidad de difusión depende del tamaño del ion o de la partícula, de su carga y de su concentración. [6]
La polarización de la membrana produce los tres efectos siguientes
Reduce, a presión constante, el flujo de solvente y, por tanto, el caudal de permeado ya que, al aumentar la concentración en la superficie aumenta la presión osmótica disminuyendo la presión efectiva a través de la membrana
Aumenta el flujo de soluto a través de la membrana y la concentración del permeado al aumentar el gradiente de concentraciones.
Aumenta el riesgo de precipitación de las sales poco solubles así como el de los coloides y materias en suspensión sobre la superficie de la membrana.
Es conveniente, limitar la concentración en la capa limite de forma que β no supere el valor de 1.15
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El factor de polarización depende de varios parámetros, entre los que pueden aumentar:
Permeabilidad de la membrana Tipo de flujo (laminar o turbulento) Disposición geométrica de la membrana Naturaleza de las sales rechazadas
LIMPIEZA Y ENSUCIAMIENTO DE LAS MEMBRANAS
Para el funcionamiento de las membranas sea correcto, la solución que llegue a la membrana tiene que haber pasado por una previamente de un proceso adecuado de filtración llamado pre tratamiento, cuya misión es eliminar de dicha solución todas las sustancias que puedan depositarse sobre la membrana o que puedan quedarse atrapada en el interior de los módulos por los sistemas y mallas distribuidoras de la solución de aporte y cuando esto ocurre puede suceder. [1],[6]
Un aumento en la polarización de las membranas Una disminución de la productividad Un aumento de paso de sales
Causas de ensuciamiento de la membrana
Precipitación Depósitos
Precipitación
Los elementos que pueden precipitar sobre la superficie de las membranas son:
Sales minerales Óxidos metálicos
Sales minerales
Este tipo de ensuciamiento puede producirse si las sales presentes en la solución de aporte superan de productos de solubilidad.
Óxidos metálicos
Los metales cuyos óxidos o hidróxidos pueden aparecer en las soluciones de aporte siendo susceptibles de precipitado
Deposito
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Este tipo de ensuciamiento se produce cuando quedan atrapadas sustancias en el interior de los módulos por los sistemas y mallas distribuidoras. [1],[6]
Técnica de limpieza
Cuando las membranas de osmosis inversa se ensucia se necesita una técnica de limpieza, por lo contrario si una membrana sucia continua trabajando, su deterioro puede se irreversible, ya que se produce un atascamiento elevado que origina, a su vez, caminos preferenciales que impiden posterior mente que la solución de limpieza llegue a la suciedad o a los precipitados que hay que eliminar.
Los parámetros característicos de una planta de osmosis inversa son su perdida de carga, su producción en porcentaje de rechazo de sales.[3]
Parámetros
La presión de funcionamiento La temperatura La salinidad El porcentaje de recuperación
TECNICAS DE LIMPIEZA.
Como norma general se puede decir, que es necesario realizar una limpieza de las membranas si ocurre cualquiera de las siguientes situaciones:
El paso de sales se incrementa respecto al valor precedente en más de un 15%.
La producción varía (aumenta o disminuye) en más de un 10%. El caudal de rechazo varía en más de un 10%. La pérdida de carga de los módulos se incrementa en más de un 20%. La presión de alimentación se incrementa en más de un 20%. Antes de aplicar cualquier reactivo de regeneración de las membranas. Antes de una parada de más de 24 horas, tras haber operado con un
producto orgánico que pueda favorecer los desarrollos biológicos.
Limpieza mecánica.
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La limpieza mecánica de las membranas requiere pasar un cepillo o una esponja para desprender mecánicamente la suciedad depositada sobre ellas. [1],[6]
Este procedimiento requeriría tener acceso a la superficie activa de las membranas, lo cual sólo es posible en los módulos de placas. En los módulos tubulares podría hacerse circular por el interior de las membranas pequeñas bolas de esponja tal como se hace en los condensadores de las centrales térmicas. En los módulos espirales y en los de fibra hueca, debido a su fabricación, el acceso es imposible. Hay que tener en cuenta, sin embargo que el espesor de la capa activa es sumamente pequeño (del orden de 0,2 micras) y que una limpieza de esta naturaleza puede rayar y destruir dicha capa con las partículas abrasivas desprendidas, por lo que no es aconsejable utilizar esta técnica de limpieza.[1],[6]
Limpieza con permeado a presión (flushing).
Este tipo de limpieza consiste en hacer llegar a las membranas, siguiendo el mismo camino que la solución a tratar, permeado exento de sustancias en suspensión y disueltas, susceptibles de depositarse sobre su superficie.
Esta técnica se utiliza normalmente durante las paradas del sistema con objeto de:
a) reducir el retorno de solvente debido al fenómeno de la ósmosis natural.b) Desplazar totalmente la solución a tratar del interior de las tuberías y de los
módulos del sistema, impidiendo así la corrosión de las partes metálicas y la precipitación de aquellas sales que pudieran encontrarse en sobresaturación si se usa un dispersante.
Este procedimiento se utiliza también para desplazar los reactivos del interior de la planta cuando ésta se somete a una limpieza química. Los equipos de limpieza consisten normalmente en una o dos bombas que aspiran el permeado del depósito de almacenamiento y lo inyectan en la aspiración de las bombas de alta presión forzándolo a atravesar éstas y a llegar hasta las membranas a través de las tuberías de impulsión. [1],[6]
Limpieza química.
La limpieza química consiste en recircular a través de los módulos una serie de productos químicos capaces de disolver las precipitaciones o de eliminar los depósitos existentes sobre las membranas.
a) identificación del problema: El producto químico a utilizar durante la limpieza dependerá lógicamente de la naturaleza de las sustancias
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atascantes. Consecuentemente, lo primero que hay que conocer es el origen y el tipo de ensuciamiento producido para, por un lado tratar de eliminarlo de las membranas, y por otro, evitar que se vuelva a producir en el futuro. Los efectos que produce cada tipo de ensuciamiento sobre el caudal de permeado, así como la localización del problema, se indican en la tabla siguiente.
b) Sistema de limpieza: La limpieza de membranas se realiza recirculando a través de los módulos, en circuito cerrado, las soluciones preparadas.
c) Formulaciones a utilizar para cada tipo de ensuciamiento: Como ya se ha mencionado la resistencia química de las membranas de acetato de celulosa es mucho menor que las de poliéter-urea y la de éstas menor que las de poliamida aromática.
d) Precauciones y normas de seguridad: En las limpiezas de las membranas se utilizan habitualmente productos muy corrosivos e incluso peligrosos, por lo que es necesario que el encargado de la unidad de limpieza tenga en cuenta las siguientes normas:
Debe conocer y estar familiarizado con las normas de higiene y seguridad relativas al almacenamiento, manejo y preparación de cada reactivo utilizado.
Debe conocer el procedimiento a seguir para que el vertido de las soluciones de limpieza, una vez utilizadas, no contamine el medio ambiente.
Es aconsejable que durante todo el proceso de limpieza toda persona que manipule los distintos equipos vaya provista de su equipo de seguridad (guantes, gafas). En una zona próxima a la cuba de preparación debe de existir una ducha con lavaojos.
Durante la preparación de las distintas formulaciones limpiadoras es necesario asegurarse de que todos los reactivos estén disueltos y correctamente mezclados antes de introducirlos en los módulos.
Antes y después ce cada limpieza con una determinada formulación es imprescindible desplazar con permeado o bien con agua de alta calidad los fluidos existentes en el interior de las tuberías y módulos. Si no se realiza esta operación podrían reaccionar entre sí dos formulaciones consecutivas de limpieza originando
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precipitados o daños en las membranas. Es aconsejable no aprovechar el primer volumen de permeado producido después una limpieza química para eliminar cualquier traza o residuos. [1],[6]
Es conveniente cambiar los cartuchos filtrantes tras finalizar la limpieza de forma que la siguiente se realice siempre con cartuchos nuevos.[1]
PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
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Actualmente, el problema medioambiental del ciclo urbano del agua ha suscitado un creciente interés debido a que las reservas de agua potable están cada vez más limitadas por la escasez de lluvias.
Uno de los problemas más importante que hay que resolver en un futuro inmediato es la distribución del recurso tanto en industrias como sociedad en general.
Por todo ello se ha planteado la necesidad de recurrir a recursos no naturales como la desalación mediante osmosis inversa que permite garantizar el suministro de caudales constantes con una alta calidad del agua suministrada independientemente de la climatología.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
El objetivo del presente trabajo es diseñar un proceso para la obtención de agua potable apartir del agua de mar.
La operación unitaria que se va desarrollar en el presente trabajo será la osmosis inversa
Se planteara una selección adecuada de las tecnologías más eficientes para el diseño de una planta potabilizadora para la obtención de agua potable a partir de agua de mar, así como los pre tratamientos necesarios para la mayor eficiencia de dicha planta.
OBJETIVO ESPECIFICO
Diseñar un proceso eficiente para la obtención de agua potable a partir del agua de mar
Selección del equipo del proceso para el diseño de una planta potabilizadora de agua de mar
Optimización de la materia prima (agua de mar) como del equipo a utilizar
JUSTIFICACION
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Las alternativas para la desalación desde el punto de vista tecnológico son:
- Destilación súbita multietapa (MSF, Multi-Stage Flash distillation).- Destilación por múltiples efectos (MED, Multi-Efect Distillation).- Compresión mecánica de vapor (CV).- Ósmosis inversa.- Electrodiálisis.
En el proceso destilación flash multi etapa MSF
En este proceso se calienta agua de mar en el calentador de salmuera, el agua de mar caliente se hace pasar a la primera etapa a una presión a la cual se produce se súbita ebullición parcial, el vapor se condensa como agua producto y vehiculando el resto hacia el siguiente efecto, donde al existir una presión inferior se repite el efecto. La calidad del agua no es buena, se debe de disponer de una central térmica cerca y requiere una gran robustez.
El proceso de destilación multiefecto (MED)
Como el anterior, se realiza en etapas sucesivas y utiliza el principio de reducción sucesiva de presión. El agua de mar se introduce en el primer efecto donde se calienta hasta su punto de ebullición mediante vapor procedente del exterior produciéndose su evaporación parcial, el resto pasa al siguiente efecto. No suele emplearse para agua potable a gran escala debido a la insistencia de compresores volumétricos de vapor de baja presión de tamaño suficiente para una producción considerable. Con un consumo energético elevado.
La Electrodiálisis utiliza un potencial eléctrico para conducir las sales disueltasSelectivamente a través de la membrana. La ósmosis inversa utiliza la presión para la separación de las sales dejando para el agua desalada a través de la membrana e impidiendo el paso de concentrado.
El consumo de energía es distinto para cada aplicación, los procesos de destilación necesitan una fuente de calor para mantener el ciclo térmico y simultáneamente un consumo de energía eléctrica para su funcionamiento hidráulico.
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Los procesos de membrana necesitan para su funcionamiento exclusivamente energía eléctrica, en el anexo 4 podemos ver la tabla de los consumos por tecnología.
La comparación de consumo entre procesos de destilación y membranas no resulta fácil dado el distinto origen de la energía utilizada si se tiene además en cuenta que habitualmente los procesos de destilación están asociados a plantas duales de producción conjunta de energía.
Comparando las distintas tecnologías se llega a la conclusión de que en la actualidad las plantas modernas de desalación por ósmosis inversa son las que presentan un consumo energético inferior y menos coste.
En donde se observa la tendencia de la ósmosis inversa a ser una de las mejores técnicas para la desalación de agua marina en la actualidad, ya que su consumo de energía es bajo, el coste es de los más bajos, la producción es muy elevada.
Concluimos eligiendo a la ósmosis inversa como la tecnología a aplicar en la Instalación, y la más idónea dadas las circunstancias y necesidades de la instalación.
DELIMITACIONES
No se puede considerar la OI como un proceso de filtración normal, ya que la dirección de flujo del agua bruta es paralela y no perpendicular como un caso cualquiera de filtración.
En la osmosis inversa se producen dos corrientes la de producto y la de rechazo, la producto ya se ha descrito su tratamiento, pero la de rechazo es un gran problema medioambiental debido a su alto contenido en sales que al ser vertidas al mar aumentan la concentración de sal. En el punto de vertido para ello se tiene realizar su vertido a la mar previa dilución con agua de mar, para evitar el choque salino en el ambiente marino, afectando a la flora y fauna.
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IMPACTO AMBIENTAL
Consideraciones medioambientales de los vertidos de salmuera
En todo proceso de desalinización, tenemos una porción del agua previamente introducida que es rechazada y devuelta normalmente al reservorio original de donde se aportó el agua bruta a desalar.
El problema de estos vertidos debe tratarse cuidadosamente dependiendo del tipo de proceso utilizado, y de las características del reservorio donde se tira la salmuera de rechazo.
Aguas marinas
Se sabe que la fauna marina no queda afectada significativamente por la existencia de emisores de agua (gracias a su movilidad), incluso hay experiencias de una mayor cuota de captura pesquera alrededor de desagües de plantas desalinizadoras.
Sin embargo hay que tratar con especial atención la flora marina existente. De entre las posibilidades de actuación en cuanto a la evacuación de la salmuera al mar, no hay soluciones concluyentes, sobretodo en cuanto a la cuantificación del efecto de cada una de ellas sobre la flora marina.
Otros vertidos
Aunque no tienen la misma importancia que los vertidos de salmuera, gracias a la ínfima relación de volúmenes evacuados (la suma total de ellos no supone más del 1% del total), existen otro tipo de vertidos en una planta desalinizadoras por osmosis inversa, que se resumen aquí:
Agua de lavado de los filtros de arena: constituyen un agua muy cargada de arenas y materia orgánica, en general se vierte normalmente una vez al día.
Productos de limpieza de las membranas. Su frecuencia depende mucho del tipo de membrana, pero en general al menos se realiza una vez al año con detergentes de naturaleza biodegradable.
Aditivos provenientes del pre/post-tratamiento del agua bruta/producto.
Normalmente no deben aparecer en los vertidos ya que se utilizan para incluirse en el agua para consumo (sólo en caso de fugas, pero en todo caso es posible encontrar en menor medida floculantes, anti-incrustantes, anticorrosivos y biocidas en las aguas de rechazo. Su carácter poco degradable hace que deban ser controlados periódicamente.
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Finalmente, también hay que destacar la contaminación acústica de una planta desalinizadoras, que no suele mencionarse debido a su relativa lejanía de poblaciones y zonas habitadas.
Resumiendo, el impacto ambiental derivado de la instalación de una planta desalinizadora tiene varias afecciones destacables: vertido de salmueras, emisiones y ruidos.
Impacto de la desalinización sobre los ecosistemas
El impacto que tienen ambos procesos en el medio marino es parecido y resulta principalmente del vertido de las aguas residuales, aunque también existe cierto impacto derivado del proceso de captación de aguas.
Las aguas residuales resultantes de la desalinización tienen un contenido mayor en sales que las aguas de origen, presentan diferencias de temperatura, de pH, de alcalinidad y contienen sustancias químicas utilizadas durante el proceso de depuración. En el caso de las plantas que funcionan por destilación el vertido representa de 8 a 10 veces el volumen de agua depurado, mientras que en plantas de ósmosis inversa el volumen residual es menor que en las anteriores (2.5 a 3 veces el volumen depurado) pero el vertido tiene un contenido en sales mucho mayor.
En ambos casos hay que añadir el vertido de productos químicos (biocidas, Anti-incrustantes y antiespumantes) resultado del tratamiento del agua, así como también los vertidos puntuales que resultan del limpiado de las membranas y que constituyen aportes muy concentrados de sólidos en suspensión y detergentes. Tradicionalmente se ha considerado que el impacto químico del proceso de ósmosis inversa era despreciable por verter a concentraciones muy bajas. Sin embargo muchos de los componentes de los vertidos tienen un impacto demostrado sobre el medio marino y, en algunos casos, como los metales, no tanto por su concentración sino por la carga que representan.
Impacto social
El mercado mundial el precio de agua aumenta, -dramáticamente en algunos casos-, en todo el mundo. Durante los pasados cinco años, las facturas municipales del agua han aumentado un promedio del 27 % en Estados Unidos, 32 % en el Reino Unido, 45 % en Australia, 50 % en África del Sur, y 58 % en Canadá. En Tunisia, el precio de agua de regadío se multiplicado por cuatro en una década.
Marzo, 2007. Una encuesta reciente de 14 países indica que los precios del agua común en los municipios oscila entre los 66 ¢ de US$ por metro cúbico en los Estados Unidos hasta los US$ 2.25 en Dinamarca y Alemania. Pero los
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consumidores raramente pagan el costo real del agua. De hecho, muchos gobiernos prácticamente (y algunas veces literalmente) regalan agua por nada.
El hogar familiar americano común consume aproximadamente 480 metros cúbicos de agua durante un año. Los propietarios de una casa en Washington, DC, pagan cerca de US$ 350 (72 ¢ por el metro cúbico) por ese volumen. La adquisición de la misma cantidad de agua a un vendedor en los barrios de chabolas de Ciudad de Guatemala costaría más de US$ 1.700.
El precio que las personas pagan por el agua está fundamentalmente determinado por tres factores: el costo del transporte desde la fuente al usuario, la demanda total de agua, y los subsidios al precio final. El tratamiento para eliminar los contaminantes también puede incrementar su costo.
El transporte del agua
El coste del transporte del agua está determinado mayormente por lo lejos que debe ser trasladada y a qué altura debe llevarse. Las ciudades y los pueblos en crecimiento pueden tener que recorrer centenares de kilómetros para encontrar el agua que necesitan para satisfacer su sed cada vez mayor.
En la ciudad de México, situada a una altura de 2.239 metros por encima del nivel del mar, tiene que bombear parte de su abastecimiento de agua más de 1.000 metros arriba de la montaña. Los costes operativos por sí solos alcanzan los US$ 128,5 millones anualmente. Bombear este volumen de agua precisa más energía que la que es consumida en toda la cercana ciudad de Puebla, hogar de 8,3 millones de personas.
En México existen 300 desalinizadoras instaladas, muchas de ellas hoteleras y algunas pequeñas. Hay una en Los Cabos que produce 200 litros por segundo, similar a las que se instalarán en Ensenada, Tijuana y San Felipe, Baja California; Puerto Peñasco, Sonora, y Cozumel, Quintana Roo, anunció Hiriart Le Bert.
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METODOLOGIA
Introducción de proceso de pre tratamiento
El proceso se inicia con la entrada de agua a través de la torre de toma que está conectada del emisor submarino, que es dirigida directamente a una estación de bombeo. Donde el agua va a permanecer el tiempo de retención necesario para favorecer la sedimentación de los posibles elementos sólidos que entran con el agua.
El agua tras su entrada a la estación de bombeo, es dirigida hasta los filtros de arena para la eliminación de sólidos en suspensión que dañarían a las membranas de osmosis inversa. Con esto conseguimos una filtración previa del agua de mar y por tanto el agua llega al resto de la instalación con unas características que permitirían su ingreso directamente sin ningún tipo de tratamiento adicional.
Tras a ver pasado por los filtros de arena, se suavizara el agua con uso de resinas catiónicas y aniónicas con el fin de disminuir su dureza y así prolongar el tiempo entre lavados de membranas como la vida útil de las mismas. Por ello se realiza una filtración entre otros tratamiento previo a su entrada a las membranas de osmosis inversa.
Tras a ver pasado por la filtración de arena y resinas. Es necesario realizar una re mineralización del permeado para hacerlo potable. Esta re mineralización consiste en añadir cal, de forma que se aumente el contenido en calcio del agua y se recupere la alcalinidad. La alcalinidad se recupera a parir del CO2 formado previamente al acidificar el agua de alimentación. La alcalinidad del agua bruta, se comporta como cualquier ión, no atraviesa las membranas.
Por tanto, se acidifica el agua bruta, para lo que se utiliza ácido sulfúrico dado su reducido costo. Se añade desde una serie de dos tanques en una instalación cercana a las conducciones del agua de alimentación hasta la filtración. Esta instalación de acidificación del agua bruta, no es más que la formada por dos tanques de almacenamiento del ácido sulfúrico y su distribución a las distintas líneas de producción o entrada de agua.
Posteriormente se realiza una micro-filtración con un paso de 5 micras en el mismo filtro, La micro-filtración se realiza en un micro filtro por línea de producción, donde su principal ventaja frente a la micro- filtración por cartuchos no es más que la sustitución de esta malla por un paso metálico de 5 micras que previene o evita el ensuciamiento, reduciéndose los paros para el mantenimiento del mismo. De esta forma se evita la reposición constante de los cartuchos de filtración.
Seguidamente se somete al agua a una desinfección, consistente en este caso en la aplicación de luz ultravioleta al agua filtrada. Elegimos ese sistema en lugar del
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convencional de cloración-declaración, ya que aunque la cloración es más barata que la ultravioleta, pero las membranas son muy sensibles a la acción oxidante del hipoclorito)
El agua tras el paso por la filtración grosera y la micro-filtración está en las condiciones idóneas para ser desinfectada que es el paso previo antes de entrar en las bomba de alta y ser impulsada a través de los módulos de osmosis inversa.
Tras el paso del agua por todo el pre-tratamiento, el agua ya está en condiciones de ser conducida y elevada de presión para su entrada en los módulos de osmosis inversa.
El agua de producción es bombeada por una bomba de alta presión que la distribuye y fuerza su paso a través de los distintos módulos de osmosis inversa, cada modulo de osmosis contiene tubos de alta presión, de un solo paso cada modulo, Cada línea de producción consta de una bomba de alta recuperación.
Sin embargo el agua que no atraviesa las membranas, conocida como rechazo o salmuera, conserva una gran parte de la alta presión que se le transmite, por lo que es conveniente trasmitir esta presión a parte del agua de alimentación. Esto se realiza tradicionalmente mediante una turbina que transforma la presión del rechazo en un chorro a alta velocidad que hace girar una turbina solidaria a la bomba de alta presión.
El permeado sale de las membranas a presión atmosférica y es conducido para su tratamiento final antes de ser transferido al depósito de retroceso.
El pos tratamiento consta de la adicción de cal apagada, la cual se añade desde un depósito a una cámara donde se mezcla con parte del permeado para la previa dilución de la cal y posteriormente es inyectado al permeado. Como último acondicionamiento se le añade hipoclorito sódico en una cantidad marcada por la ley según el pH del producto. Y por último es bombeado al depósito de almacenamiento de agua.
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DIAGRAMA DEL DISEÑO POTABILIZACION DE AGUA DE MAR
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Filtro de arena
Hidróxido de calcio
Bombeo de agua productoCloración
Deposito de almacenamiento
Resina catiónica y anionica
Torre de toma de agua
Estación de bombeo
Materia prima agua de mar
Emisor submarino
Acido
Micro filtración
Coagulantes r
Bomba de alta presión
Membrana de osmosis inversa
Salmuera de rechazo
Turbina de recuperación de energía
Motor de accionamiento
Salmuera de rechazo
Deposito de retroceso
Deposito de almacenamiento de agua potable
Luz ultravioleta
DESCRIPCION DEL PROCESO
Materia prima agua de mar
El agua de mar como materia prima pasara por un proceso de potabilización, lo cual se debe conocer sus diferentes, propiedades y características físico-químicas de salinidad, antes de llevar acabo el proceso de potabilización.
La salinidad se define como la masa de sales disueltas (en gramos) por kg de agua de mar. La salinidad es adimensional, aunque habitualmente nos referimos a Unidades Prácticas de Salinidad (ups), tales características de la salinidad se mostraran en el anexo 5. [13]
Torre de toma de agua submarina
La torre de toma de agua submarina es una de las forma de captar el agua, esta tiene una extraordinaria importancia en el diseño y Comportamiento de la planta, ya que es el factor determinante del pretratamiento requerido en el agua de alimentación.
El proceso de desalinización comenzara por la captación de agua de mar desde la torre submarina a una profundidad de (30m), la torre contara con rejillas en las entradas de captación de agua, así reduciendo la entrada de solidos de gran tamaño.
Hay que tomar en cuenta la circulación del océano debido a que existen dos tipos de circulación la cuales son:
Circulación superficial: es la causada por los vientos Circulación profunda : es causada por la densidad (temperatura, salinidad)
La circulación que captara la torre de agua submarina será profunda ya que la torre estará sumergida en el mar, Debido a que la circulación del océano esta en función de su temperatura y su salinidad, se podrá conocer su densidad y así su presión hidrostática en la torre de toma de agua submarina, también se conocerá la temperatura a la cual se debe de trabajar en el proceso y su porcentaje de salinidad. [13], [14]
Los datos de temperatura y porcentaje de salinidad se mostraran en el anexo 3 [14]
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Emisor submarino
El proceso de emisor submarino consta de tuberías de polietileno de alta densidad (tubería se adquiere en chile) con diámetro de 2 m, 830 m de longitud y espesor de pared de 28.3 mm, este material permite dar curvatura y flexibilidad, los tramos de tubería se unen mediante soldadura realizada por termo fusión que se lleva a cabo en tierra en este caso a orilla del mar, esta diseñada para una capacidad de producción de 1000 L/s.
Para darle peso a la tubería y evitar que flote una vez instalada se le monta unos anillos de concreto con collarín, para su lanzamiento esto se deslizan por un riel construido previamente sobre unos carros de valientes, una vez armada la totalidad de la tubería se hace una prueba de estanqueidad, se llena toda la tubería con aire a presión se verifica que esta presión no disminuya durante una hora, así se garantiza que la soldadura por transfusión térmica ha quedado bien hecha que no existe fisuras de donde pueda salir el agua.
Posterior mente viene la etapa de lanzamiento, por una punta y utilizando un jalón (que es un gancho o anillo) se coloca en el mar con ayuda de varias embarcaciones y desde tierra se va empujando una vez en él, flotando y ubicado en su posición se permite la entrada de agua por uno de los extremos para que el emisor se sumerja con ayuda de lancha , poleas y buzos se va acomodando en el trazado indicado y previamente adecuado donde el fondo marino lo que permite que un dragado submarino a presión para crear una zanja por debajo del tubo para protegerlo de posibles impactos o daños.
El emisor será conectado a la torre de agua submarina ubicada en el fondo del mar, para tomar el agua en la base de esta y por el otro extremo desembocara en la estación de bombeo.[16]
Las figuras del emisor submarino se encuentran en el Anexo 3
Estación de bombeo
La estación de bombeo contara con un depósito de captación de 25000 litros, donde se realizara el pretratamiento al agua de mar mediante la adición de sustancias químicas como adición de acido y coagulantes.[3]
La estación contara con un depósito de receptor y electrobombas centrifugas. [12]
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Depósito captación
Funciones: Recepción del agua. Proceso de cloración previa. Capacidad útil: 25000 litros Material de construcción: Acero al carbono, revestido interiormente de
pintura antioxidante. Presión de trabajo: Atmosférica. Configuración: Rectangular, abierto. Accesorios: Válvulas de vaciado y toma de muestras.
Con este tipo de bombas se consigue un gran ahorro de espacio, debido a su menor tamaño. Las bombas utilizadas son de la marca HASA.
La primera bomba estará situada en el depósito de captación, es una electrobomba sumergible. [20]
Electrobomba sumergible
Función: Extracción del agua del mar y Transporte hasta el depósito captación
Accionamiento: Motor eléctrico trifásico asíncrono con baño de aceite dieléctrico.
Conexión eléctrica: 220/380 V a 50 Hz. Potencia absorbida por el motor: 3,5 CV Velocidad: 2.900 rpm. Caudal máximo admisible: 22 m3/h Caudal máximo de trabajo: 20,84 m3/h Temperatura máxima: 40 °C Material de construcción: Acero inoxidable.
La segunda bomba esta situada en la estación de bombeo es la que alimentara al proceso de potabilización del agua. [19]
Bombas centrífugas de alimentación.
Función: Transporte del agua de captación a proceso de potabilización. Accionamiento: Motor eléctrico trifásico. Conexión eléctrica: 220/380 V a 50 Hz. Clase protección: IP 55, aislamiento tipo F Potencia absorbida por el motor: 3 CV Velocidad: 2.900 rpm. Caudal máximo admisible: 24 m3/h Caudal máximo de trabajo: 21,26 m3/h Temperatura máxima: 100 °C Material de construcción: Acero inoxidable.
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ACIDIFICACIÓN
La siguiente etapa de pre-tratamiento es la adición de ácido al agua bruta, para reducir el pH del agua, a valores comprendidos entre 5 y 6.
La acidificación puede realizarse por adición de ácido sulfúrico (H2SO4) o clorhídrico (HCl) indistintamente. Se elegirá ácido sulfúrico diluido al 65 % debido a su menor costo, además de que proporciona una mejor calidad de permeado y los sulfatos son más fácilmente retenidos por las membranas permeadoras que los cloruros.
Al añadir ácido sulfúrico al agua se produce la disociación del ácido, formándose iones hidronio que hacen aumentar la acidez del medio.
H2SO4 + H2O HSO4- + H3O+
HSO4- + H2O SO4-2 + H3O+
Los objetivos primordiales de la acidificación son:
1. Evitar la precipitación del CaCO3: mediante la acidificación se disminuye el pH del agua y con ello se llegan a alcanzar valores negativos del índice de saturación de Langelier. Así la tendencia del CaCO3 será a disolverse en lugar de precipitar. A la vez, el posible precipitado de CaCO3 tendería a transformarse nuevamente en bicarbonato según la siguiente reacción:
2CaCO3 + H2SO4 CaSO4 + Ca(HCO3)2
Si se mantiene la acidificación, el bicarbonato cálcico se descompone en ácido carbónico y éste a su vez en dióxido de carbono, según las reacciones:
Ca(HCO3)2 + H2SO4 CaSO4 + 2H2CO3
H2CO3 CO2 + H2O
El sulfato cálcico formado en estas reacciones se mantiene soluble.
2. Impedir la precipitación de óxidos metálicos, especialmente el Fe(OH)3: al rebajar el pH se consigue reducir la velocidad de oxidación del Fe+2, evitándose así la formación del Fe+3 y la subsiguiente precipitación del hidróxido. [3],[12]
Dosis de ácido
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La dosis del ácido se regulará automáticamente en función del pH detectado en el agua de rechazo de los módulos de ósmosis inversa. La dosificación se realiza en base a este parámetro, ya que en la salmuera de rechazo se tiene la máxima concentración salina. El pH del agua de rechazo deberá ser más ácido que el pH de saturación (pHs), de forma que se obtenga un índice de Langelier negativo. [12]
Depósito de ácido
Funciones: Almacenamiento del ácido sulfúrico. Capacidad útil: 1.200 litros Material de construcción: Polietileno de alta densidad ( PEHD ). Presión de trabajo: Atmosférica Configuración: Cilíndrico vertical, con tapa. Accesorios: Válvulas de vaciado y toma de muestras.
Coagulante
Los coagulantes más utilizados son las sales minerales de cationes de valencia elevada, de entre las cuales las más usadas son el sulfato de alúmina y el cloruro férrico hidratados.
Se podría aceptar la utilización de cualquiera de los dos, ya que ambos son bien aceptados por la membrana que se utiliza y tienen buen comportamiento en los rangos de pH y temperatura de trabajo. No obstante, se empleará el sulfato de aluminio 18 veces hidratado, Al2(SO4)3·18H2O, en disolución acuosa, debido a que es más económico.
Al disolver el sulfato de alúmina en agua, se produce la disociación del primero:
Al2(SO4)3 2Al+3 + 3(SO4)-2
A continuación, la hidratación del ión Al+3, formándose cationes complejos como:
Al+3 + 6H2O [Al(H2O)6]+3
[Al(H2 O)6 ]+3 + H2O [Al(H2O)5OH]+2 + H+
Pudiéndose formar también cationes complejos polinucleares como:
[(H2O)4Al(OH)2Al(H2O)4]+4
[Al8(OH)20]+4
Estos cationes complejos neutralizan las cargas negativas de los coloides, formándose a continuación agregados neutros de mayor tamaño.
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Es evidente la influencia del pH en este proceso, ya que un aumento de la acidez produce una mayor solubilidad de los cationes de Al+3. Si el pH, al realizar la coagulación, se encuentra en todo momento dentro del rango de 6,8 – 7,5 (límite de solubilidad del Al+3), se consigue que todo el aluminio reaccione formando los cationes complejos antes citados, precipitando junto a los flóculos formados. Controlando el pH nos evitamos la solubilidad de una parte de aluminio, susceptible entonces de formar el precipitado hidróxido de aluminio (Al(OH)3) en posteriores fases del tratamiento. Con la regulación del pH también se reduce el tiempo de coagulación, siendo innecesario el uso de coadyuvantes.
Como se puede observar en la reacción anterior, la formación de los cationes complejos da lugar a un pequeño aumento de la acidez. Esto tiende a favorecer la coagulación, ya que el agua bruta es ligeramente alcalina. Pero este aumento de la concentración de H+ también produce la formación de dióxido de carbono.
2H+ + HCO3- CO2 + H2O
Dosis de coagulante
La dosis de coagulante se determina experimentalmente por la medición del potencial Z tras la filtración del agua, tomando muestras y realizando los correspondientes ensayos.
Se considera suficiente una reducción del valor absoluto del potencial Z a valores cercanos a –10 mV. Así, la cantidad de reactivo es pequeña en comparación con la masa de agua a tratar, estando comprendida la dosis entre 10 y 30 g/m3 según los casos. [3],[12],[15]
Depósito de coagulante
• Funciones: Almacenamiento de reactivo coagulante• Capacidad útil: 400 litros• Material de construcción: Polietileno de alta densidad (PEHD)• Presión de trabajo: Atmosférica• Configuración: Cilíndrico vertical, con tapa y agitador mecánico• Accesorios: Agitador de hélice, con motor-reductor eléctrico de 0,5 CV, variador de velocidad y ajustable entre 70 y 300 rpm. Válvulas de vaciado y toma de muestras.La estación de bombeo se representara en el Anexo 3
Si el índice de langelier es negativo, el agua no es incrustante pero es corrosiva Si el índice de langelier es positivo, el agua es incrustante pero no corrosiva [12]
Filtro de arena
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Para la eliminación de materiales en suspensión, se filtrara el agua de mar a través de unos filtros compuestos por capas de arena de distintas granulometría.
Se dispone de filtros de forma cilíndrica horizontal, montados en paralelo, de tal manera que el caudal quede repartido entre todos ellos en el proceso normal de operación. Cada filtro albergara una placa equipada con las correspondientes boquillas sobre la cual se sitúa un lecho de capas de arena de distinta granulometría.
Los filtros serán de 36 pulgadas con un diámetro 900 mm, altura 1131 mm con superficie de 0.636m2(las características se mostraran en el anexo 5) su caudal de filtración y la velocidad de paso de agua a través de los filtros se denomina filtración fina a una velocidad lenta de 10 m/h, la presión que se utilizara en el filtro será de 8 bar. El mineral filtrante sera sílice (SiO2) con una granulometría de 0.6 mm (con un espacio libre de 90 µ), 0.8 mm (con un espacio libre de 125 µ) y de 1 mm (con un espacio libre de 150 µ).
Una ves que el caudal baje un 80 % se procederá a su lavado pasando el caudal por los demás filtros en servicio.[10]
Fabricación y medidas de filtro 36 pulgadas Anexo 3
Lavado de filtros de arena
El lavado de los filtros de arena se efectuara con agua de rechazo (salmuera). Para ello se dispone de un estanque de acumulación de salmuera y dos bombas centrifugas, una de ellas en reserva, situada junto a los filtros. El caudal de las bombas es suficiente para que la velocidad de lavado sea 15 m/h, que es adecuada para producir un lavado eficaz. El uso del agua de rechazo como el agua de lavado implica un ahorro energético y de productos químicos.
Para realizar este proceso de lavado, en el cabezal de filtración se instalara dos válvulas de tres vías por cada filtro, una en la entrada y otra en la salida. La válvula de salida conecta la salida del filtro con el colector de salida (como se muestra en la figura del Anexo 3).
En el proceso de lavado de cada filtro se realiza el cambio de posición de las dos válvulas al mismo tiempo, de manera que el agua externa pasa a través del lecho de arena y el colector de drenaje al exterior produciendo la limpieza de la carga de filtración. [10]
Figura de lavado en operación de filtro de arena Anexo3
Resina catiónicas y anionicas
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Seguido de pasar en el filtro de arena, el agua sigue teniendo un índice de dureza elevado y un contenido de sales disueltas. Estas sales se encuentran homogéneamente distribuidas en el agua, no pueden ser detectadas a simple vista y se presentan en formas de iones o partículas cargadas positivamente o negativamente.
Estos son grupos funcionales que tienen capacidad de intercambio, donde se pueden fijar especies químicas tales como H+, Ca+2, Mg+2, Na+, K+, etc. Cuando se pone en contacto una solución que contiene como cationes H+, Ca+2, Mg+2, Na+ y K+, los cationes serán removidos selectivamente en orden a su relación tamaño/carga del ión, así como en función de la concentración del catión. La selectividad aumenta a medida que disminuye la relación tamaño/carga y también se incrementa con la concentración de la especie.
Si la resina está en contacto con una solución de igual concentración (igual normalidad) de iones Ca+2, Mg+2, y Na+, el orden de selectividad es Ca+2>Mg+2> Na+ y de esta forma el calcio y el magnesio serán removidos antes que el sodio.
En una resina intercambiadora de iones en ciclo sódico, las terminales activas de las esferas de PVB (Polivinilbenceno) tienen grupos sodio, los cuales se intercambian por los iones Ca+2 y Mg+2, en ese orden.
El agua que ha estado en contacto con la resina ya no tiene cantidades apreciables de calcio y magnesio y se dice que el agua es blanda. [21]
SISTEMA DE RESINAS CATIÓNICAS/ANIÓNICAS:
Cuando la resina de PVB se regenera con ácido, las terminales o sitios activos de la resina adsorben sobre su superficie los iones hidrogeno H+ que se producen por la disociación del ácido que se emplea para la regeneración de la resina. Estos iones se intercambian fácilmente por iones tales como: Ca+2, Mg+2, Na+ Fe+2, Sr+2, K+, etc., los cuales, en mayor o menor grado se encuentran en aguas superficiales y subterráneas.
El resultado final en el proceso de intercambio, es un incremento en la concentración de iones hidrógeno en el agua y al mismo tiempo una disminución en la concentración de cationes.
Los aniones presentes en el agua como: NO3-, Cl-, HCO3
-, CO3 -2, SO4-2, etc. deben
removerse en una siguiente etapa de tratamiento. Para esto se emplea una resina aniónica, la cual es también de policloruro de divinil benceno, pero la superficie activa es modificada para adsorber selectivamente los aniones. [21]El siguiente sistema se representara en el Anexo 3 de figuras
MICROFILTRACIÓN
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Una vez que el agua de proceso ha salido del sistema de filtración por arena, resinas catiónicas y se haya realizado la adición de químicos correspondiente, se realizara la microfiltracion de las partículas en suspensión, obteniendo un agua con un valor del SDI (índice de atascamiento) alrededor de 6 µ, lo que indica una turbidez y contenido coloidal muy bajo.
No obstante, para lograr una excelente protección de la superficie activa de las membranas de ósmosis inversa, se necesita una mayor calidad en el agua; rebajando aún más el SDI hasta lograr un valor igual o inferior a 3 µ.
Se procederá a un tratamiento de “afino”, capaz de retener la materia coloidal no coagulada, cuyo tamaño se sitúa alrededor de 1 μ (0,001 mm). Dicho tratamiento se denomina microfiltración.[12]
Regeneración del microfiltro
Al rebasarse la presión de 3 bar en el interior del recipiente se puede pronosticar la existencia de atascamiento, por lo que deberá procederse a la regeneración del microfiltro mediante apertura del mismo y reposición de las tierras filtrantes. Se efectuará también el lavado manual del recipiente y discos mediante aire a presión y agua. Se prevé la necesidad de efectuar la regeneración de los filtros una vez por semana.[12]
Bombas de alta presión
El agua bruta pre tratada quedará almacenada en un depósito de acero inoxidable, cuya misión será la de abastecer continuamente a la bomba de alta presión, aún cuando se produzcan paradas en el sistema de Pretratamiento.
La presión requerida en el proceso de ósmosis inversa será suministrada por una bomba de alta presión de tres pistones, dimensionada de manera que suministre el caudal necesario a los módulos.
Las bombas de pistón o émbolo están especialmente indicadas cuando se precisan altas presiones de trabajo, operándose con líquidos poco viscosos y con caudales no muy excesivos. Al ir provista la bomba de tres émbolos con sus tiempos de aspiración y expulsión intercalados, se consigue aumentar el número de pulsaciones y por tanto un flujo de salida constante.
Todos los materiales de construcción confieren a la bomba excelentes cualidades de resistencia a la corrosión, muy bajo coeficiente de rozamiento y elevada resistencia a la fatiga, posibilitando un trabajo continuo durante las 24 horas del día, reduciéndose al mínimo las operaciones de mantenimiento.[1],[17],[3]
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El accionamiento de la bomba se efectuará a través de un motor eléctrico trifásico provisto de eje con doble salida que permita la incorporación de una turbina de recuperación de energía.
La bomba estará conectada tanto en la aspiración como en la impulsión mediante tuberías de alta presión de acero inoxidable, provistas del correspondiente filtro y válvulas de paso que posibiliten el mantenimiento de la misma.[1],[17],[3]
. Bomba de alta presión
Función: Transporte del agua bruta pre-tratada, a alta presión hacia el interior de los módulos de ósmosis inversa.
Accionamiento: Motor eléctrico trifásico. Conexión eléctrica: 220/380 V a 50 Hz. Clase protección: IP 55, aislamiento tipo F y por turbina de recuperación. Potencia total absorbida: 54 kW. Potencia suministrada por la turbina: 19 kW. Potencia de funcionamiento de régimen: 35 kW. Velocidad: 3.000 rpm. Eficiencia de la bomba: 83 %. Rendimiento del motor: 93 % Caudal máximo suministrable: 28 m3/h Caudal máximo de trabajo: 20,84 m3/h Presión máxima suministrable: 100 bar. Material de construcción: Acero inoxidable.
TURBINA DE RECUPERACIÓN DE ENERGÍA
Aún resultando bajos los requerimientos energéticos del proceso de ósmosis inversa, el constante incremento de los costes de energía hace aconsejable el empleo de un sistema de recuperación de la misma.
Un hecho inherente al proceso de ósmosis inversa es que todo el caudal de alimentación de los módulos debe alcanzar la presión de operación requerida. Dado que se trabaja con un factor de conversión del 40 %, se tiene un flujo de salmuera residual del 60 % a una presión casi igual a la de entrada (la pérdida de carga es de unos 2 bar). Este flujo de salmuera en el rechazo de los módulos posee una energía potencial susceptible de ser aprovechada en la propia instalación antes de ser vertido al desagüe.
De los varios métodos posibles para llevar a cabo la recuperación energética, el que supone menores costes de inversión, operación y mantenimiento consiste en la instalación de una turbina tipo Pelton, impulsada por el flujo de salmuera de rechazo, y que acoplada al eje del motor proporciona a la bomba parte de la energía necesaria para su funcionamiento de régimen.
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Características y funcionamiento de la turbina Pelton
Principales componentes de la turbina Pelton:
• Carcasa y rotor de acero inoxidable.• Boca de entrada de salmuera y abertura inferior para la descarga de la misma.• Boquilla de entrada con sistema de regulación de la velocidad del flujo.
La velocidad de flujo de la salmuera sobre el rotor se controla ajustando la posición de la boquilla en relación al orificio de entrada. De esta manera se dirige un chorro de concentrado a alta presión sobre los álabes de la turbina provocando la rotación de la misma.
El diseño de la turbina Pelton y del conjunto de boquilla están optimizando para garantizar que la mayor parte de la energía potencial del chorro de salmuera sea convertido en energía mecánica rotatoria, siendo descargado el líquido prácticamente a presión atmosférica, y adquiriéndose el régimen de funcionamiento a los 2 o 3 minutos de la puesta en marcha.
El conjunto motor turbina queda unido por medio de correas trapeciales con sistema regulable que permite la exacta sincronización de las velocidades de giro de ambos elementos. [1],[12]
UNIDAD DE ÓSMOSIS INVERSA
El agua bruta impulsada por la bomba de alta presión será introducida en la unidad de ósmosis inversa, la cual estará constituida por una batería de 2 módulos trabajando en paralelo, provistos de 7 membranas semipermeables de poliamida en configuración de arrollamiento en espiral.
Por efecto de la alta presión el agua salada es obligada a penetrar en el interior de las fibras, obteniéndose como producto un agua exenta de sales (permeado), quedando estas retenidas en el interior de las membranas y siendo evacuadas en el flujo residual (salmuera de rechazo), el cual es conducido hacia la turbina de recuperación de energía y posteriormente al desagüe.
Las características de las membranas de estructura aromática con configuración en espiral, que serán las utilizadas en la presente instalación, se encontraran en el anexo 4.
Las condiciones de trabajo de los módulos serán las adecuadas para que el sistema produzca el caudal requerido de agua potable mediante un solo paso de agua salada pretratada a través de los mismos. Estas condiciones de la membrana se encontraran en el anexo 5.
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Los módulos estará interconectada en paralelo mediante tuberías de alta presión, de acero inoxidable, con la correspondiente valvulas también en acero, y tuberías de PVC en la salida de permeado ( zona de baja presión ), con válvulas del mismo material plástico.[1],[3],[12],[15]
Elementos que incorpora la unidad de ósmosis inversa
1. Sistema de ajuste de las condiciones de trabajo
Este sistema incorpora una válvula de regulación en la salida de la salmuera de rechazo de cada módulo que permite corregir posibles desajustes de la presión. Para controlar la conversión total del sistema se dispone de una sola válvula, la de la corriente de rechazo en la entrada a la turbina de recuperación.
2. Tuberías de evacuación de primeras obtenciones
Consiste en una tubería de evacuación a desagüe del permeado obtenido en los primeros minutos siguientes a la puesta en marcha, hasta que la instalación no ha alcanzado el funcionamiento de régimen requerido.
3. Válvulas para tomas de muestras.
Cada módulo incorpora dos grifos de pequeño tamaño conectados uno a la salida del permeado y el otro en la salida del rechazo para toma de muestras de producto y de salmuera concentrada, respectivamente, uno de los cuales puede ser utilizado para el vaciado ocasional del módulo.
4. Sistema de inundación instantánea de los módulos
Es importante que las membranas de ósmosis inversa permanezcan en todo momento en medio líquido, aún en los momentos en que la instalación deja de funcionar (paradas por mantenimiento, fallo en el suministro de corriente eléctrica,..), ya que una exposición prolongada en seco podría provocar un apelmazamiento de las fibras huecas, así como un peligro de precipitación de sales en su superficie o de trazas de inhibidor.
Para tal fin se dispondrá un depósito elevado de polietileno en la salida del permeado, cuya capacidad deberá ser equivalente al volumen total de toda la batería de módulos. Si se produce un paro en la bomba de alta presión, el agua osmotizada acumulada en dicho depósito caerá por gravedad retornando a los módulos, quedando éstos completamente inundados por efecto de la ósmosis directa.
5. Válvula para mantenimiento independiente
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El mantenimiento de la unidad de ósmosis inversa es posible mediante la incorporación de válvulas de paso en todas las conexiones, las cuales posibilitan el desmontaje independiente de cada módulo para operaciones de reposición de las membranas o reparación, mientras el resto de la batería sigue en funcionamiento. [12],[15]
Luz Ultravioleta
El proceso no añade nada al agua excepto luz UV y por lo tanto no tiene impacto sobre la composición química o en el contenido de oxígeno disuelto en el agua. A este respecto se asegura el cumplimiento con la cada vez más estricta normativa de descarga del efluente de agua residual.
La extensa mayoría de las plantas de desalación en el mundo proporciona el tratamiento secundario. Los procesos secundarios son eficaces aguas arriba de la desinfección UV, dado que eliminan las partículas y mejoran la claridad del agua.
Los estándares de desinfección típicos, tales como 200 coliformes fecales por 100 mL de media geométrica en 30 días, si el sistema se encuentra dimensionado adecuadamente. Estas plantas la luz UV es un desinfectante ideal para estas aplicaciones dado que no altera las características de calidad del agua excepto por la desactivación de los microrganismos. La adición de cloro e hidróxido de calcio aguas arriba de los UV, mejora la calidad del agua al eliminar más partículas y permite que la calidad del agua obtenida sea conveniente desde una recirculación a las membranas hasta para la utilización como producto terminado.[16]
Depósito de almacenamiento
• Funciones: Almacenamiento del agua potable. Admisión de reactivos de pos-tratamiento. Suministro de agua para el lavado y aclarado de las membranas de ósmosis inversa.• Capacidad útil: 10000 litros.• Material de construcción: Polietileno de alta densidad (PEHD)• Presión de trabajo: Atmosférica.• Configuración: Cilíndrico horizontal.• Accesorios: Transmisor de nivel, Válvulas de vaciado y toma de muestras.
POSTRATAMIENTOS
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Cuando ya se ha desalinizado el agua, se ha de convertir en potable. Para ello hemos de someter al agua a una serie de tratamientos tras la desalación, los cuales han de garantizar una desgasificación del agua, corrección del pH y una esterilización perfecta de la misma para poder ser utilizada para el consumo humano.
Depósito acumulador
• Funciones: Acumulación de permeado para el vaciado por gravedad e inundación de los módulos, en caso de paro de la bomba.• Capacidad útil: 750 litros.• Material de construcción: Polietileno de alta densidad (PEHD).• Presión de trabajo: Atmosférica.• Configuración: Cilíndrico vertical, con tapa.• Accesorios: Válvulas de vaciado y toma de muestras. Tubería de rebose hacia.
Cloración
Aunque las membranas de ósmosis inversa rechazan, teóricamente, el 100 % de los virus y bacterias, puede suceder que, debido a pequeñas fisuras en la membrana o fugas en el sistema de estanqueidad de los módulos, algunas de estas sustancias indeseables pasen al permeado.
Para garantizar por tanto las esterilidad del agua obtenida se efectuará una cloración para interrumpir posibles desarrollos bacteriológicos, tanto en el depósito de almacenamiento como en las redes de distribución.
El reactivo utilizado será el mismo que en la cloración previa (primera etapa de los pretratamientos), el hipoclorito sódico, NaClO. La dosis a adicionar será la necesaria para obtener una concentración residual de cloro equivalente de 0,5 mg/l en el agua a tratar.
Lógicamente, la cantidad necesaria de reactivo será menor, ya que el contenido bacteriológico en el permeado será sensiblemente menor.
La efectividad de la cloración, así como las condiciones exactas de esterilidad se determinarán en base a los datos aportados experimentalmente con frecuentes controles y análisis bacteriológicos del agua potable obtenida. [12],[15]
Deposito de almacenamiento
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Después de haber pasado por la captación del agua y todo el pretratamiento primario, secundario, terciario y realizado análisis de validación del agua bajo la norma SSA1-127 pasara a un depósito de almacenamiento lista para su venta
Depósito almacenamiento
• Funciones: Recepción del agua. Proceso de cloración previa.• Capacidad útil: 25000 litros• Material de construcción: Acero al carbono, revestido interiormente de pintura antioxidante.• Presión de trabajo: Atmosférica.• Configuración: Rectangular, abierto.• Accesorios: Válvulas de vaciado y toma de muestras.
Anexo 1
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Factores de cálculo comprendidos en un sistema de OI (osmosis inversa)
Aportación OI
Caudal: Qa
Concentración: Ca
Presión hidráulica: Pa
Presión Osmótica: πa
Permeado OI
Caudal: Qp
Concentración: Cp
Presión hidráulica: Pp
Presión Osmótica: πp
Coeficiente de permeabilidad OI
m3/m2*día*barY esta se denota con la letra “A”.
Rechazo OI
Caudal: Qr
Concentración: Cr
Presión hidráulica: Pr
Presión Osmótica: πr
Porcentaje de recuperación
Y=100*( CAUDALDE PERMEADOCAUDALDE APORTACION )=¿ [1]
100*(QpQa )=Y [1.2]
Porcentaje de rechazo de sales
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R=100*(Ca−CpCa ) [1.3]
Multiplicando el rechazo por (-1):
r=(Ca−CpCa )=1−(Cp
Ca ) [1.4]
De donde deducimos:
Cp= (1−r )Ca [1.5]
Porcentaje de paso de sales
Ps=( 100∗CpCa ) [1.6]
El paso de sales en tanto por uno:
P=(CpCa ) [1.7]
Sustituyendo valores en la ecuación [1.4] se obtendrá:
r=1−P [1.8]
Con lo que la ecuación [1.5] queda:
Cp=P∗Ca [1.9]
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Factor de concentración
Fc=( CrCa ) [1.10]
Transporte de solvente
Ja=A(ΔP- ∆π ) [2]
DONDE
Ja = flujo de solvente en m3/d.m2
A = coeficiente de permeabilidad al solvente en m3/d.m2.bar ∆P = Pa-Pp = diferencia de la presión hidráulica entre ambos lados de la
membrana en bar ∆π = πa- πp = diferencia de presión osmótica en ambos lados de la
membrana en bar (∆P- ∆π ) = gradiente de presión efectiva a través de la membrana en bar
Transporte de soluto
Js = Ja*Cp = B (Cm-Cp) + M * JaCm = B * ∆C + M * JaCm [2.1]
Js = flujo de soluto, en Kg/d.m2
Ja = flujo de solvente, en m3/d.m2
B = coeficiente de permeabilidad de la membrana al soluto, en m3/d.m2
Cm = concentración del soluto en la superficie de la membrana, en Kg/m3
Cp = concentración de soluto en el permeado, en Kg/m3
M = coeficiente de acoplamiento ( adimensional) C = diferencia o radiante de concentraciones a través de la membrana, en
Kg/m3
Dividiendo la ecuación [2] y [2.1] se obtiene
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C p
J s
J a
= B∆CA (∆ P−∆ π )
+M Cm [2.2]
Operando las ecuaciones [2] y [2.1] y teniendo en cuenta la [1.5] se obtiene la expresión
1r=
11−M
+
B1−M
∗1
J a
[2.3]
Coeficiente de permeabilidad al solvente
A = A0 * ki * KC * Ke [3]
Donde:
A0 = coeficiente de permeabilidad de la membrana al solvente en las condiciones de prueba.
ki = coeficiente de corrección que depende de la temperatura de funcionamiento. Tiene en cuenta la variación de la viscosidad del solvente
KC = factor de compactación. Tiene en cuenta el grado de compactación en que se encuentra la membrana
Ke = factor de ensuciamiento. Tiene en cuenta el grado de ensuciamiento de la membrana
El factor de polarización
β Cm
Cma [3.1]
Donde:
Cm = concentración máxima de soluto en la superficie de la membrana.
Cma = concentración media de la solución de aporte (corriente principal)
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ANEXO 2.
VOCABULARIO Y ACRÓNIMOS
Ablandamiento: Eliminacion de los inoes calcio y magnesio de una solución.
Absorción: Retención de las moleculas de un liquido o un gas entre las moleculas de un cuerpo.
Acetilación: Operación que consiste en introducir el grupo acetilo en una molecula.
Adsorción: Retencion de liquidos o gases en la superficie de un sólido.
Agua salobre: Agua natural distinta del agua de mar con un contenido en sales disueltas superios a 1.000 mg/l e inferior a 35.000 mg/l.
Anaforesis: Migración hacia el ánodo de las partículas coloidales en suspensión en un liquido bajo la influencia de un campo electrco.
Anion: Ion cargado Negativamente
Anisotropia: Diferentes propiedades físicas para las distintas direcciones de una fase sólida (Cristales). Modificación de las propiedades en una direccion de la membrana.
AP: Abreviatura de “Aromátic Polyamide”, se utiliza para identificar las membranas de poliamida arómatica.
Aporte: Solucion que se envía hacia las membranas de ósmosis inversa.
ARU: Abreviatura de “Aguas Residuales Urbanas”.
Atascamiento: degradacion de las caracteristicas de una membrana debido al deposito sobre su superficie de sustancias minerales orgánicas o desarrollos biológicos.
BEP: Abreviatura de “Best Eficiency Point”. En el caso de bombas y turbinas se trata del punto de máximo rendimiento.
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CA: Abreviatura de “Celulosa Acetate”. Se utiliza para identificar las membranas de acetato de celulosa.
Camino Preferencial: Circuito hidráulico con menor perdida de carga que resulto, lo que origina un desigual reparto del flujo.
CAP: abreviatura de “Crossing Aromatic Polyamide”. Se utiliza para identificar las membranas de poliamida aromatica con entrecruzamientos.
Capa límite: Capa adherida a la interfase de dos fases y que difiere en una o más propiedades físicas de la solución principal.
Catión. Ion cargado positivamente.
Caudal: Cantidad por unidad de tiempo de una determinada sustancia que se mueve en el interior de una conducción.
Cloración: Adición de cloro gas, hipoclorito u óxidos de cloro a una solución, con objeto de destruir posibles germenes que pudieran desarrollarse en el seno de la misma.
Clorinidad: Los iones cloruro, expresados en gramos existentes en 1 Kg de agua de mar, una vez sustituidos los iones ioduro y bromuro por iones por iones cloruro.
Clorosidad: Los iones cloruro expresados en gramos, existentes en 1 Lt de agua de mar una vez sustituidos los iones ioduro y bromuro por iones cloruro.
Coagulación: Proceso consistente en la formacion de precipitados llamados floculos, que adsorven, atrapan y arrastran consigo las sustancias coloidales.
Compactación: La compresión de una membrana de ósmosis debido a la presión de la solución de aporte, lo que origina una reducción de su permeabilidad.
Conductividad electrica: La facilidad de un material o de una solución para permitir el paso de una corriente electrica.
Contralavado: Caudal de agua que se envia de abajo-arriba en un lecho filtrante para eliminar el material retenido y reducir la compactación del lecho.
Corrosión: Ataque químico a una superficie sólida, sobre todo a una superficie metalica, produciendo un debilitamiento estructural y una erosión del material.
CTA: Abreviatura de “Cellulose Triacetate” . Se aplica a las membranas de triacetato de celulosa.
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Curado: Conjunto de procesos a los que se somete una membrana integral una vez formada, para darle la estructura porosa y crear la “capa activa”, de forma que reuna las caracteristicas adecuadas para trabajar como membrana de ósmosis inversa.
DBO: Abrviatura de Demanda Biológica de Oxígeno
Desmineralización: eliminacion de los cationes y aniones de una solución.
Desorción: Eliminación de las sustancias en las que se ha enriquecido la superficie de una fase.
Destilación: Separación de una mezcla evaporando los componentes más volátiles.
Diálisis: Separación de un solvente y un soluto mediante una membrana semipermeable.
Difusión: Migración de un componente en lo que respecta a su concentracion dentro de una fase sólida, liquida o gaseosa.
DQO: Abreviatura de “Demanda Química de Oxígeno”
Dureza: Es la suma del contenido de iones calcio y magnesio de una solución, suele expresarse en meq/l o ppm de CaCO3.
Dureza carbonatada: Es la concentracion de carbonatos, bicarbonatos e hidróxidos cálcicos presentes en la solución.
Dureza permanente: Indica la concentración de sulfatos y cloruros de calcio y magnesio de la solución.
Electrólito: Sustancia que en solución acuosa conduce la corriente electrica.
Electroósmosis: Movimiento de iones y liquidos a traves de una membrana utilizando un campo electrico como fuerza impulsora.
Entalpía: Funcion termodinámica igual a la energía interna del sistema más el producto de la presión por el volumen.
Entrecruzamientos: Enlaces entre las moléculas de un polímero.
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Exergía: Diferencia entre la entalpía de un sistema en unas condiciones determinadas y la entalpía de dicho sistema en equilibrio en las condiciones ambientales.
Flujo: Caudal por unidad de superficie.
Flujo turbulento: Flujo con gran agitacion de un fluido, en flujos con un número de Reynolds superior a 2500.
Fuerza Iónica: En el caso de una solución iónica su valor es igual a la semisuma de los productos de las modalidades de cadaión por el cuadrado de su carga iónica.
GDF: Abreviatura de (Galones*ft2*Día).
Hidrato: Un compuesto o una sustancia con una o varias moleculas de agua.
Hidrolisis: Reacción química que origina el desdoblamiento de una molécula por la acción del agua.
HF: Abreviatura de “Hollow Fiber”, membrana o módulo de fibra hueca.
Ión: Atomo o grupo de átomos cargados eléctricamente (radicales).
Índice de Langelier: Una medida del grado de saturación del CaCO3 en agua. Si el índice es negativo, el agua es corrosiva. Sí es positivo existe una tendencia a que precipite el CaCO3.
LAP: Abreviatura de “Lineal Aromatic Polyamide”, poliamida aromatica lineal.
Membrana: Fna pelicula de plástico u otra sustancia.
Membrana aniónica: Membrana que posee cargas positivas fijas. Repele los cationes y deja pasar los aniones.
Membrana Catiónica: Membrana que posee cargas negativas fijas, por lo que repele los aniones y deja pasar los cationes. Tambien recibe el nombre de permeable a los cationes o transportadora de cationes.
Membrana Semiermeable: Membrana que no permite el paso a su tráves de uno o varios componentes de una solución.
Modulo: Unidad física identificable formada por un equipo totalmente separable que puede ser instalado y sustituido en una planta como una unidad.
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Molalidad: Número de moles existentes en 1.000 g de solvente.
Molaridad: Número de moles existentes en 1.000 cm3 de solución.
Nucleación: Formación espontánea e inducida de cristales en el seno de soluciones sobresaturadas.
O.M.S: Abreviatura de Organización Mundial de la Salud.
Ósmosis: Difusión del solvente a través de una membrana semipermeable desde la solución de menor a la de mayor concentración.
P & F : Abreviatura de “Plate and Frame”, Modúlo de Placas.
Permeabilidad: Flujo de solvente por unidad de superficie de membrana, unidad de espesor y unidad de gradiente de presión.
Permeado: Solución que puede atravesar una membrana de ósmosis inversa. Producto obtenido tras someter a una solución a un proceso de ósmosis inversa.
pH: Una medida de la ácidez o alcalinidad de una solución. A 25°C una solución con un pH menor de 7.0 es ácida. Si su valor es superiror a 7.0 es básica.
Poder de Corte Mínimo: Tamaño de las moléculas que no puede atravesar una membrana o medio filtrante.
Porosidad: Relación entre el volumen de huecos y el volumen total de un elemento poroso.
Ppb: Abreviatura de parte por billon 1ppb=0.001 mg/l.
Ppm= Abreviatura de parte por millón. 1 ppm= 1 mg/l.
Precipitado: Sustancia que en el curso de una reacción química se separa del disolvente y se depósita en el fondo.
Presión ósmotica: Presión que es precisa ejercer sobre una solución para mantenerla en equilibrio con el solvente cuando solucion y solvente estan separador por una membrana semipermeable.
Pretratamiento: Tratamiento previo que es preciso realizar antes de someter a la solución al proceso principal.
Rechazo: Efluente en sales procedente de una planta de ósmosis inversa.
Retrodifusión: Solución concentrada en sales que es rechazada por las membranas de ósmosis inversa.
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Rpm: Abreviatura de revoluciones por minuto.
Salmuera: Agua conteniendo una alta concentracion de sales disueltas.
Solubilidad: Cantidad de una determinada sustancia que puede ser disuelta en un solvente.
Solución: fase liquida formada por más de un componente.
Soluciones isotrónicas: Soluciones de sitintas sustancias que tienen la misma presión ósmotica.
Solvente: Sustancia que disuelve a otra, por lo general es el principal constiyente de una solución.
STD: Abreviatura de Sales Disueltas Totales.
SW: Abreviatura de “Spiral Wound”. Se utiliza para identificar los módulos espirales.
THM: Abreviatura de trihalometanos.
Tiempo de retención: Tiempo medio de permanen de uno de los componentes de una mezcla de corrientes en una porción determinada del circuito.
TOC: Abreviatura de “Total Organic Carbon”. Representa el carbono orgánico total contenido en una solución.
TU: Abreviatura de tubular. Se utiliza para identificar los módulos tubulares.
UPS: Unidades Prácticas de Salinidad
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Anexo 3
FIGURAS E IMÁGENES
Fig. 1 Vista lateral de la Membrana (Capas)
Fig. 2 Vista de la Membrana en un Cartucho en forma cilíndrica
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Fig. 3 Vista frontal del Cartucho de membrana en forma cilíndrica
Fig. 4 Estructura del contenedor cilíndrico del sistema de osmosis inversa.
Fig. 5 esquemas de modelo (solución difusión)
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Fig.6 esquema de transporte de solvente
Fig.7 esquema de transporte de soluto
Fig.8 circulación de los flujos en una membrana de osmosis inversa (OI)
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Fig.9 torre de toma de agua submarina[23]
Fig.10 evolución de las concentraciones de soluto en función de la distancia a la superficie de la membrana[14]
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Fig.11 de temperatura de superficie del océano[14]
fig.12 concentración de salinidad en el océano[14]
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Fig.13 emisario submarino y anillos de concreto y collarín[24]
Fig.14 lanzamiento de emisario submarino al mar[24]
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Fig.15 estación de bombeo[18]
Fig.16 fabricación y medidas de filtro 36 pulgadas[10]
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Fig.17 lavado en paralelo de filtro de arena [10]
ANEXO 4.
NORMAS OFICIALES PARA LA CALIDAD DEL AGUA EN MÉXICO
NORMA OFICIAL MEXICANA NOM-127-SSA1-1994, "SALUD AMBIENTAL,AGUA PARA USO Y CONSUMO HUMANO - LIMITES PERMISIBLES DE CALIDAD Y TRATAMIENTOS A QUE DEBE SOMETERSE EL AGUAPARA SU POTABILIZACION".
Según la O.M.S para el agua potable su contenido máximo en contenido de sales disueltas no debía ser superior a 500 mg/l, el porcentaje mínimo de rechazo de las membranas tenia que ser del orden del 99%. Actualmente se disponen de membranas con rechazos de sales comprendidos entre el 99.2 y el 99.5%
Limites permisibles para la Calidad del Agua
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El contenido de organismos resultante del examen de una muestra simple de agua, debe ajustarse a lo establecido en la siguiente Tabla.
El agua abastecida por el sistema de distribución no debe contener E. coli en ninguna muestra de 100 ml.
Los organismos coliformes totales no deben ser detectables en ninguna muestra de 100 ml; en sistemas de abastecimiento de localidades con una población mayor de 50 000 habitantes, estos organismos, deberá estar ausentes en el 95% de las muestras tomadas durante cualquier período de doce meses.
Limites permisibles de características físicas organolépticas
Las características físicas y organolépticas deberán ajustarse a lo establecido en la Tabla así como los límites permisibles de características Químicas.
El contenido de constituyentes químicos deberá ajustarse a lo establecido en la Tabla 3. Los límites se expresan en mg/l.
Los límites permisibles de metales se refieren a su concentración total en el agua, la cual incluye los suspendidos y los disueltos.
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Los límites permisibles de metales se refieren a su concentración total en el agua, la cual incluye los suspendidos y los disueltos.
ANEXO 5
Tablas de especificaciones y parámetros del proceso
Tabla 1. Clasificación de la Estructura de la membrana
Parámetros Tipo
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Estructura AsimétricaNaturaleza Compuesta de capa finaForma PlanaComposición química Orgánica y inorgánicaMorfología de la superficie Lisa y rugosaPresión de trabajo Alta presiónTécnica de fabricación
Tabla 2. Estructura de la membrana
Capa superior Capa intermedia Capa inferiorCapa activa0.2 micras
Lecho poroso soporte de la capa activa40 micras
Tejido reforzado responsable de la resistencia mecánica de la membrana120 micras
Tabla 3. Características de la membrana poli éter urea
Parámetro Poli éter ureaPermeabilidad AltaRechazo de cloruros
Baja presión Media presión Alta presión
Rechazo de cloruros97.599.099.2
Rechazo de nitratos (%) 94.0Rechazo de sílice (%) 95.0Presiones de trabajo (bar)
Baja Media Alta
Presiones de trabajo (bar)162556-70
Hidrolisis NoBiodegrabilidad NopH de trabajo 5-10Resistencia al coloro libre 0 ppmResistencia a otros oxidantes fuertes Muy altaCarga de la superficie CatiónicaMorfología de la superficie IrregularRiesgo de ensuciamiento BajoCompactación BajaTemperatura máxima 45 Pc
Tabla 4. Características de la Membrana aromática con entrecruzamiento
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Parámetro Poliamida entrecruzadaPermeabilidad AltaRechazo de cloruros (%)
Baja presión Media presión Alta presión
Rechazo de cloruros (%)98.098.299.4
Rechazo de nitratos (%) 98.0Rechazo de sílice (%) 98.0Presiones de trabajo (bar)
Baja Media Alta
Presiones de trabajo (bar)102060-70
Hidrolisis NoBiodegrabilidad NopH de trabajo 4-11Resistencia al coloro libre 1.000 ppm.hResistencia a otros oxidantes fuertes RegularCarga de la superficie AniónicasMorfología de la superficie Muy irregularRiesgo de ensuciamiento AltoCompactación BajaTemperatura máxima 45 Pc
Tabla 5. Características del cartucho cilíndrico (modulo espiral).
Características Tipo de modulo espiralSuperficie de membrana por modulo (m2)
30-34
Volumen de cada modulo (m3) 0.03Caudal por modulo (m3/día) 30-38Grado de compactación ( m2 de membrana por m3)
1.000-1.100
Productividad por unidad de superficie (m3/día por m2)
1-1.1
Productividad por unidad de volumen (m3/día por m3)
1.000-1.250
Convección de trabajo por modulo (%) 10-50Perdida de carga por tubo de presión (bar)
1-2
Sustitución e intercambiabilidad por otra marca
Total
Tolerancia frente alas sustancias coloidales
Mala
Tolerancia frente a la materia en Mala
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suspensiónComportamiento frente a las limpiezas
Mecánica Química Con agua a presión
No aplicablesBuenoBueno
Pre tratamientos necesarios Coagulación mas filtración (5µm)
Aplicaciones
Desalación de aguas salubres y de mar
Obtención de agua de alta pureza
Agua residuales y líquidos poco cargados
Concentración y recuperación de sustancias
Tabla 6. Causas de ensuciamiento óxidos metálicos de las membranas (OI)
Óxidos metálicos Precauciones en el paso de la membranaHierro El hierro presenta en la solución que llega a las
membranas puede tener dos orígenes diferentes
Puede existir en la solución de aporte Puede incorporarse a ella por la
corrosión de los metales que esta en contacto
El hierro debe permanecer soluble durante el proceso de lo contrario el rechazo por parte de las membranas será elevado, sin embargo si el ion ferroso soluble (Fe2+) se oxida pasando a ion férrico (Fe3+), se formaría hidróxido férrico Fe (OH)3 que precipitaría ensuciando las membranas
Manganeso El manganeso presenta una química similar a la del hierro y cuando ambos están presente suelen precipitar
Aluminio El alto contenido de aluminio se precipita en forma de hidróxido cuando
Se reduzca el pH de la solución para evitar la precipitación del carbonato de cálcico
Se supere su producto de solubilidad en las proximidades de la membrana
Esta precipitaciones suelen ser de naturaleza coloidal y pueden dañar gravemente la membranas
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Tabla 7. Causas de ensuciamiento por depósitos de las membranas (OI)
Depósitos Precauciones en el paso de la membranaPartículas de gran tamaño Si la solución de aporte tuviese partículas en
suspensión de gran tamaño, serian filtradas mecánicamente por los sistemas de reparto situados en el interior de los módulos y quedarían atrapados entre las membranas
Coloidales Los coloides son partículas muy pequeñas, del orden de 0.01 a 10µm, provistas de una carga eléctrica, generalmente negativa, sobre su superficie.
Desarrollo biológico El ensuciamiento biológico se produce cuando la solución de aporte contiene suficiente elementos nutritivos como para favorecer el rápido desarrollo de microrganismo en el interior de los módulos.
Destruyendo la capa activa Los desarrollo biológicos pueden digerir enzimáticamente la capa activa
Ensuciando las membranas Los desarrollo biológicos suelen formar una fina película sobre las membranas que producen lo mismo efectos que un atascamiento por partículas coloidales.
Aparición de bacterias en el permeado Las membranas, por si mismas, no permiten el paso de ninguna bacteria, virus, desde la solución de aporte al permeado, pero, en todas las configuraciones, el permeado esta separado del rechazo mediante juntas teóricas.
Azufre coloidal Cuando el pozo de captación existe H2S y se inyecta cloro o penetra aire en el mismo, se puede formar azufre coloidal como consecuencia de la oxidación del H2S por parte del oxigeno o del cloro.
Compuestos orgánicos La solución de aporte puede circunstancialmente contener trazas de compuestos orgánicos que pueden ensuciar o destruir las membranas
Aceites y grasas Los hidrocarburos, aceites y grasa no deben estar presentes en las soluciones que llegan a las membranas ya que forman una película sobre la superficie de estas que reduce notablemente el porcentaje de rechazo de sales.
Tabla 8. Efectos de cada tipo de ensuciamiento sobre los parámetros característicos
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Tipo de ensuciamiento
Paso de sales
Caudal de permeado
Perdida de carga
Localización del problema
Método de confirmación
Precipitación de sales minerales
CaCO3
CaSO4
BaSO4
SrSO4
CaF2
SiO2
Incremento importante (10-25%)
Reducción moderada o importante, dependiendo del grado de precipitación
Aumento moderado o importante dependiendo del grado de precipitación
En las ultimas membranas o ultima etapa
Calculo de los limites de solubilidad de las distintas sales en el rechazo
Análisis de los iones de la solución de limpieza
Precipitación de óxidos metálicos
Fe(OH)3
Fe2O3
FeCO3
FeS2
MnO2
Mn2O3
MnCO3
Al(OH)3
Incremento importante y rápido, en 24 horas(≥2 veces)
Reducción importante y rápida (20-50%)
Aumento importante y rápido (≥2 veces)
En la primera etapa o primeras membranas
Análisis de los iones metálicos en la soluciones de limpieza
Deposito de partículas abrasivas
Incremento según el alcance del problema
Incremento según el alcance del problema
Estable o ligera reducción
Sobre todo en la primera membrana
Presencia en partículas en la solución de aporte
Análisis destructivo de las membranas
Ensuciamiento coloidal
Incremento notable pero no rápido
Puede requerir semanas (≥2 veces)
Reducción importante pero no rápida (≥50%)
Aumento notable pero no rápido (≥2 veces)
Preferentemente en las primeras membranas de la primera etapa
Análisis por difracción de rayos x
Desarrollo biológico
Incremento gradual e importante
Descenso gradual e importante
Incremento gradual e importante
En todas las membranas pero con mayor
Recuentro de bacterias tanto en el
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sobre todo tras las paradas si no se añade un biocida (≥2 veces)
sobre todo tras la paradas si no se añade un biocida (≥50%)
sobre todo tras las paradas si no se añade un biocida (≥2 veces)
incidencia en las situadas en los primeros lugares
permeado como en el rechazo
Existencia de desarrollo en tuberías y recipientes
Compuestos Reducción moderada
Reducción importante
Aumento muy ligero
En todas las membranas
Análisis destructivo de las membranas
Tabla 9. Formulación para la limpieza de membranas de poliamida aromática
Formulación química
CaCO3 CaF3 CaSO4 Óxidos metálicos
Coloides inorgánicos
Desarrollo biológico
Compuestos orgánicos
Sílice
Acido clorhídrico PH 2
X X
H3PO4 0.5%X X X
NH2SO3H 0.2% X X XAcido cítrico 2% NH4OH hasta PH 4
X X X X
Acido cítrico 2% Na2 EDTA 2% NH4OH hasta PH 4
X X X
Acido cítrico 2% NH4OH hasta PH 8 XNa2 EDTA 1.5% NaOH hasta PH 7-8 XNa4 EDTA 1.5% HCL hasta PH 7-8 XNa2 EDTA 1% NaOH hasta PH 11-12 X X X XNaOH PH 11-12
X X
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Acido cítrico 2.4% bifloruro amoniaco 2.4% PH 1.5-2.5
X X X
Na2S2O4 1-2.4%
X
Fosfato trisodico 1% trifosfato sódico 1% Na2 EDTA 1%
X X
Dodecil sulfato sódico 0.5% NaOH hasta PH 11-12
X X X X
Na2 EDTA 0.1% NaOH hasta PH 11-12
X X X
NaHMP 1% X X XPerbonato sódico 0.3% dodicil sulfato sódico 0.25% PH 10
X X X X
Trifosfato sódico 2% dodecil sulfato sódico 0.2% pH 10
X X X
NaHSO3 0.1% XFormaldehido 0.1% X
Tabla 9. Comparativo del consumo de energía según el tipo de proceso.TIPO DE
PROCESOTIPO DE ENERGÍA
CALÓRICA ELÉCTRICA Termias/m3 KW/m3
Evaporador multi efecto
MED 55 1.6
Evaporador multietapa
MSF 70 3
Compresión de CV 0 8.7
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vaporOsmosis inversa OI 0 3.5
Tabla10. Principales Constituyentes agua de mar
Principales Constituyentes (35 ppm) por m3 (aprox. 1026 Kg) de agua de mar
NaCl 28.014 KgMgCl2 3.812MgSO4 1.752CaSO4 1.283K2SO4 0.816CaCO3 0.122Kbr 0.101SrSO4 0.028H2BO3 0.028Total 35.956
Tabla 11. Principal composición del agua de mar 35ppm (cationes)
Principal composición del agua de mar 35ppm
Cationes g/Kg mEq/KgSodio 10.752 467.56Potasio 0.39 9.98Magnesio 1.295 106.50Calcio 0.416 20.76Sr 0.013 0.3
Total 605.1
Tabla 11. Principal composición del agua de mar 35ppm (aniones
Principal composición del agua de mar 35ppm
Aniones g/Kg mEq/KgCloro 19.345 545.59Bromo 0.066 0.83Fluor 0.0013 0.07Sulfato 2.701 56.23Bicarbonato 0.145 2.3
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Total 605.02
Tabla 12. Impacto de distintos compuestos.
COMPUESTOS ORIGEN/FUNCIÓN IMPACTOMetales pesados: Cu,Fe, Ni, Cr, Zn
Corrosión acumulación en el sistema, estrés a nivel molecular y celular
Fosfatos anti-incrustantes macronutriente, eutrofización
Cl- Antifouling formación compuestoshalogenados, carcinógenos ymutágenos
Ácidos grasos Tensoactivos membranas celularesSulfuro de sodio anticorrosivo, captura
O2Desconocido
Ácido sulfúrico anti-incrustante en grandes cantidades bajasignificativamente el pH delsistema
Residuos sólidos limpieza de membranas TurbidezSalmuera concentrado de agua de
marVariable
Temperatura Tratamiento Variable
Anexo 6
Costos de equipo y producción
Estructura de Costos
Desalación de Agua de mar
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Costos fijos
a) Amortizaciónb) Personal de Operacion
Costos Variables
a) Reactivosb) Energía electricac) Reposición de Membranasd) Mantenimientoe) Costos Totales
Conclusiones respecto a la desalacion de Agua de Mar
INTRODUCCIÓN
Para conocer la Viabilidad o no de la osmosis inversa en la obtencion de agua potable mediante agua de mar, es presiso conocer el costo del producto obtenido con dicha técnica y compararlo con el de otro proceso de fabricación, evaluando el interes o no de la nueva inversión en función del tiempo de amortización requerido.
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Dadas las multiples aplicaciones de la ósmosis inversa es imposible establecer criterios generales válidos para todos los casos. Cada aplicación requiere una evaluacion especifíca considerando sus caracteristicas particulares. En este caso nos interesa conocer los datos económicos de la desalacion de agua que es la aplicación más importante, con objeto de que sirvan de pauta y referencia a otro tipo de aplicaciones y así destacar la viabilidad de dicho proyecto con esta tecnica.
ESTRUCTURA DE COSTOS
La estructura de Costos del producto obtenido en una planta de ósmosis inversa es con carácter general, como se presenta en el siguiente esquema:
Aunque de acuerdo con la estructura de la tarifa electrica es recomendable considerar que la energía es un costo variable.
Identica situación se presenta con el mantenimiento al tener un componente fijo, independiente de que la planta funcione o no, y otro variable. Al igual que en el caso de la energía electrica, en aras de la simplificación, puede considerarse integramente como variable.
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COSTOS
VARIABLES
ENERGIA ELECTRICA, REPOSICION DE MEMBRANAS Y
MANTENIMIENTO.
REACTIVOS
PARA PRETRATAMIENTO,
ACONDICIONAR PERMEADO Y LIMPIEZA
DE MEMBRANAS
FIJOS
AMORTIZACION PERSONAL DE OPERACION
DESALACION DE AGUA DE MAR
El desglose de costos en una planta desaladora de agua de mar, en los momentos actuales, es como sigue:
COSTOS FIJOS
a) Amortización
La tabla 13 recoge la inversion a realizar en una planta desaladora de esta naturaleza en miles de pesos por cada m3/día instalado en funcion del tamaño de la planta. Esta inversión incluye todos los costos: capacitación, conducciones, edificios, equipos mecánicos, de control, montaje y puesta en marcha.
Asi por ejemplo, una desaladora de agua de mar con una capacidad de 5,000 m3/día requeriria una inversión de:
500*18,000=9,000,000
Una planta con una capacidad de 40,000 m3/día precisaria una inversión apróximada de:
4,000*12,000= 48,000,000
Estos datos se han obtenido basándose en los costos de distintas plantas construidas o en fase de construcción existentes en España, actualizando sus inversiones al año 2004.
Tabla 13. Costos de inversión según el tamaño de la planta
Producción(m3/día)
500 2,000 5,000 10,000 20,000 30,000 >40,000
InversiónMiles de
28,000 22,500 18,000 16,000 14,500 13,000 12,000
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pesos/m3/día
En tal sentido conviene matizar que el costo actualizado de las inversiones es inferior al costo real que tuvo en su día la planta. Esta situación es debida fundamentalmente a la baja sostenida que se ha producido en el costo de las membranas de ósmosis inversa, asi como de los otros equipos.
Logicamente, estos costos son aproximados e incorporan todos los elementos basicos exigidos por la planta desaladora, con las altas calidades exigidas por la Administracion de Calidad Española donde abarca especificamente: bombas de camara partida, tuberias, válvulas, y bombas de agua de mar de acero inoxidable con alto contenido de molibdeno, planta totalmente automatizada, sistemas redundantes de control, etc.
Como puede verse en la tabla anterior, en esta aplicación existe una importante economía de escala en la inversión, lo que se traduce en la conveniencia de centralizar la producción de agua salada, aumentando el tamaño de la planta.
La repercusión aproximada que tiene cada componente sobre la inversión total se presenta en la tabla 14.
Aunque a principio de los años 70 se consideraba que el periodo de amortización de una planta desaladora era de 20 años, el tiempo transcurrido desde entonces ha puesto de manifiesto que la evolucion tecnologica puede dejar la planta obsoleta a pesar de estar en funcionamiento.
Tabla 14. Porcentaje de inversión de cada componente.
ELEMENTO (%) PORCENTAJE DE INVERSIÓNMembranas 20-30Bombas 15-20Tuberias y Valvulas 15-20Equipos electricos 7-10
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Instrumentación 3-5Edificios 10-15Toma de Agua 3-5Impulsion del producto 5-10
Tabla 14. Tiempo de Amortización
PRODUCCION (m3/día) TIEMPO DE AMORTIZACION (años)<5.000 10≥5,000 15
Considerando la amortización tecnica citada, los periodos de amortización actualmente (razonables) para esta tecnologia se indican en la tabla 14.
Aunque transcurrido el tiempo de amortización pueda haber equipos que esten todavia en funcionamiento, la experiencia demuestra que no son aprovechables de cara a una nueva planta que sustituya a la antigua, lo que se traduce en que hay que considerar el valor residual de la planta, una vez amortizada, es nulo.
Con una desaladora bien diseñada, provista de equipos de buena calidad, pueden alcanzarse factores de utilizacion del orden del 95-98%.
b) Personal de Operación
El costo por m3 debido al personal depende en gran medida del tamaño de la planta y de su grado de automatización. En las desaladoras de bajo caudal tiene especial relevancia el hecho de que la planta este integrada o no a un complejo productivo o turistico. En el primer caso, los operarios pueden realizar al mismo tiempo labores en otras instalaciones por lo que su dedicación a la planta de desalación es solo parcial.
En plantas con producciones iguales o superiores a los 10,000 m3/día la dedicacion del personal de explotacion y mantenimiento debe de ser total y exclusiva.
Para las pequeñas instalaciones (500-2,000 m3/día) se precisan 4 operarios compartidos al 50% con otras instalaciones. Ademas del personal anterior se precisa un mantenimiento externo.
Las desaladoras del tamaño medio precisan 5 operadores, 3 personas para manteniento, 1 analista de laboratorio, 1 jefe de explotacion y 1 administrativo.
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Las de gran tamaño (superiores a 10,000 m3/día) precisan una estructura más compleja como se muestra en la tabla 4.
Estos datos son aproximados. Circunstancias especiales pueden aconsejar realizar la explotación con más o menos personal, de mayor o menor cualificación.
Tabla 15. Estructura del personal. Producciones superiores a 30,000 m3/día.
PUESTO N. DE PERSONAS
Jefe de planta 1Jefe de Mantenimiento 1Operadores 5Oficiales de Mantenimiento Mecanico 2Oficiales de Mantenimiento Electrico 2Oficiales de Mantenimiento y Sistemas de Control
2
Mantenimiento Tuberías y Valvulas 2Analista de Laboratorio 1Auxiliar Administrativo 1Ayudantes 7
Numero Total de Personas 24
COSTOS VARIABLES
a) Reactivos
Los reactivos químicos que se utilizan en tres fases del proceso. Su desglose y funciones se indican en la tabla 5.
1.- Pretratamiento
El consumo de reactivos depende de la calidad de agua de mar de partida y por tanto del origen del agua y del tipo de captacion realizado.
El agua de mar captada a través de un pozo costero tendra en general muy poca materia en suspension y escasas sustancias coloidales, por lo que los consumos de ciagulante y polielectrolito serian practicamente nulos.
El agua de mar procedente de una captacion superficial puede presentar un contenido apreciable en coloides y materia en suspension según el tipo de captacion realizado, la ubicación de la toma, etc. En tal caso, los consumos d coagulante y polielectrolito pueden ser importantes.
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Tabla 5. Reactivos y Funcion de los mismos
FASE DE PROCESO PRODUCTO QUÍMICO FUNCIONES1) Acondicionamiento
del agua de Alimentación. (pretratamiento)
2) Acondicionamiento del permeado-(postratamiento).
3) Limpieza de membranas.
a) Hipoclrito sódicob) Coagulantec) Ácido sulfuricod) Polielectrolitoe) Dispersantef) Bísulfito sódico
i. Hidroxido calcico
ii. Anhidrído carbonico
iii. Hipoclorito sódico
Diversos Reactivos.
a) Desinfectanteb) Eliminacion de
coloides sobre lechos filtrantes
c) Control de pp de CaCO3, pH, accion Bacterial.
d) Ayuda a la floculacion, produce flóculos de mayor tamaño
e) Secuestrante de sales poco solubles como: CaSO4, BaSO4, SrSO4, CaF2.
f) Elimina el cloro residual, regula pH y previene desarrollos biológicos.
i. Control de pH y calcificación del agua.
ii. Carbonatación del agua.
iii. Desinfectante.
Limpieza química de las membranas.
Tabla 16. Dosis de Reactivosy para el acondicionamiento del agua de alimentación (pretratamiento).
ORIGEN DEL AGUA
TIPO DE
FUNCIONAMIENTO
CONSUMO DE PRODUCTOS COMERCIALES(g/m3) Y RIQUEZA DE LOS MISMOS
Hipoclorito
Cloruro férrico
Acído Sulfurico
Polielectrolito
Dispersante (100%)
Bisulfato sódico
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sódico (120gm/l)
(40%) (98%) (100%) (100%)
POZO (agua de muy buena calidad)
Convencional - - 30.6 - 3 -
Bisulfato - - - - 3 35
SUPERFICIAL (agua de mala calidad)
Convencional 19.5 12.5 30.6 2 - 5
bisulfato 19.5 12.5 - 2 - 35
b) Acondicionamiento del Permeado.
Cuando el agua desalada vaya a utilizarse directa mente para el abastecimiento público, sin mezclarse con otras aguas, el anexo F del la NOM127/1990 relativo a la “Reglamentacion Tecnico-Sanitaria para el abastecimiento y control de la calidad de las aguas potables de consumo publico”, actualmente vigente, exige que las aguas que hayan sido sometidas a desalación presenten una dureza total (TH) equivalente a 60 mg/l de calcio, lo que corresponde a 150 ppm de CaCO3.
Para mantener el agua ligeramente incrustante, tal como exige dicha norma, se requiere además un Ph sea del orden de 7.8
El cumplimiento de ambos requisitos exige añadir al agua desalada, antes de suenvío a la red, ademas del cloro necesario para asegurar su desinfeccion, una serie de sales como:
Bicarbonato sódico y una sal cálcica o magnesica. Hidroxido calcico y una sal calcica o magnesica. Hidroxido clacico y gas carbonico.
La tabla 17. Reune las dosis de productos qimicos por m3 de agua desalada que requeriria.
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Tabla 18. Dosis de productos Químicos para cumplir con la Norma 127 de agua potable. NOM127/1990.
REACTIVO RIQUEZA DEL PRODUCTO COMERCIAL
DOSIS DE PRODUCTO COMERCIAL (g/m3)
Hipoclorito sodico NaCIO 120g/l de Cl2 4.9Hidroxido calcico Ca(OH)2
92% 118
Dioxido de Carbono CO2 100% 110
Tabla 8. Número de limpiezas anuales a realizar según el origen del agua.
ORIGEN DEL AGUA N. LIMPIEZAS ANUALESPOZO (agua de muy buena calidad) 1Superficial (agua de muy mala calidad) 6-12
B) Energia Electrica.
Los consuos de energia electrica en una planta desaladora de agua de mar por ósmosis inversa se centran en tres puntos:
Bombeo de agua de mar Bombeo a alta presion Equipos complementarios
Los consumos energeticos oscilan entre 0.35 y 0.25 Kwh/m3.
A los consumos anteriores habria que añadir el bombeo al exterior del agua producida. Su valor no se ha considerado en el presente estudio debido a que cada instalacion suele requerir presiones diferentes, ajustadas a sus peculiaridades.
En la actualidad, según el tamaño de la instalacion, se utilizan distintos tipos de bombas para impulsar el agua de mar hacia las membranas y tambien distintos tipos de turbinas para recuperar la energia residual del rechazo. Los tipos mas importantes se indican en la Tabla 9.
Los tipos de maquina utilizados asi como los consumos especificos de energia totales (a+b+c) en funcion del tamaño de la planta se recogen en la tabla 10. Dicha tabla es valida para obtener agua cuya salinidad estubiese por debajo de los 200 mg/l habria que incrementar los consumos especificos anteriores en 0.72 Kwh/m3.
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C) Reposicion de Membranas
Para hacer frente a la degradacion de las memebranas con el tiempo, se debe tener en cuenta un costo para sustituirlas, de forma que con esta reposicion, la planta siga manteniendo sus caracteristicas normales de produccion. En esta reparacion de membranas por tanto debe ser considerada como un gasto de explotacion al igual que los productos quimicos o la energia electrica.
La experiencia ha demostrado que durante los primeros años de vida de una desaladora de ósmosis inversa, el grado de reposicion es bajo. A medida que va aumentando la edad media de las membranas , se va incrementando su grado de deterioro y por tanto el porcentaje de reposición.
El costo se dio de la reposicion de membranas durante la vida de una planta de ósmosis inversa se ha estimado en el pasado entre un 20 y un 25 % del costo total de operación. Esta situacion se debio a que los fabricanes de membranas adoptaron un grado de reposicion de hasta un 20 % anual. En la actualidad, tras mas de 20 años de experiencia, se han mejorado notablemente los procesos de fabricacion y consecuentemente la calidad de las membranas como su precio, lo que ha reducido de forma notable su incidencia en el costo de produccion del m3
de agua desalada.
En estos momentos, el grado de reposiscion que garantizan los fabricantes de membranas es del orden del 12% anual a razon del 1% mensual en base acumulativa, con un tope del 60% en 5 años.
Si se trabaja con agua de pozo es del orden del 5 al 8%. Este porcentaje aumenta cuando se trabaja con agua de mar superficial, dependiendo de su contenido de materia organica.
El costo de reposicion de membranas depende sobre todo de la caracteristicas del agu bruta y en muy poca ida del tamaño de la planta.
En el caso de trabajar con agua de mar superficial muy contaminada, las frecuentes limpiezas de las membranas que habria de realizar, reducirian notablemente su vida media, lo que incrementaria su reposicion.
Tabla 9. Bombas y Turbinas Utilizadas.
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D) Mantenimiento.
En este paso se incluyen materiales de mantenimiento como: repuestos, lubricantes, etc.) materiales para control preventivo y reparaciones para conservacion.
Tabla 10. Consumos especificos de energia electrica en funcion del tamaño de la planta y de la procedencia del agua.
Producción (m3/día) 500-2,000 5,000-10,000 20,000
Tipo de Maquina
Bomba
Turbina
B1
T1
B2
T2
B2
T2
B3
T3
B3
T1
B3
T3
Consumo especifico (m3/día)
Pozo
Superficial
4.5 6.5 5.9 4.6 4.20 4.25
De las instalaciones asi como algunos consumbles (cartuchos filtrantes, por ejemplo). No se considera el personal dedicado a estas operaciones.
El coste de mantenimiento de un equipo es variable a lo largo de su vida, pero para calcular el coste del m3 de agua salada es preciso simplificar el problema introduciendo un coste medio anual de mantenimiento.[3]
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TIPO DE MAQUINA SIMBOLO
BOMBA Pistones T1
Segmentos T2
Camara Partida T3
TURBINA Pelton B1
B. segmentos B2
B. cámara partida B3
La tabla 11. Reune de forma resumida los porcentajes a aplicar al precio de costo de los distintos equipos para obtener el gasto medio anual debido al mateniemiento.
Evidentemente, estos porcentajes pueden sufrir modificaciones en funcion del tipo de mantenimiento que se llebe a cabo por parte de los respnsables de la planta.
Los datos señalados son selecionados para un mantenimiento preventivo, evidentemente estos porcentajes pueden sufrir modificaciones en funcion del tipo de mantenimiento que se llebe a cabo por parte de los responsables de la planta. Los datos señalados son son validos para un mantenimiento preventivo de los equipos lo que implica mayores gastos de mantenimiento pero tambien una mayor vida de los mismos.[2]
Aplicando la tabla anterior se obtienen resultados bastante ajustados a la realidad. De forma global, para hacer una estimacion puede estimarse que el costo del mantenimiento esta entre el 1 y el 3 % del valor de los equipos instalados.[3]
Tabla de requerimiento de energía en maquinaria
TRAMO POTENCIA ( W ) INTENSIDAD ( A ) SECCIÓN ( mm2 )Electrobomba sumergible(Extracción del agua hasta el depósito acumulador)
2.576 4,60 2,5
Bombas centrífugas de alimentación.( Transporte del agua de captación)
2.211 3,95 2,5
Bombas centrífugas de 2.211 3,95 2,5
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alimentación y recirculación (Transporte y recirculación del agua prefiltrada a través de losMicrofiltros)Bombas centrífugas de alimentación y recirculación (Transporte y recirculación del agua prefiltrada a través de losMicrofiltros)
2.211 3,95 2,5
Bombas centrífugas aceleradoras.( Transporte del agua microfiltrada hacia los filtros)
1.104 1,97 1,5
Bomba de alta presión(Transporte del agua bruta pretratada, a alta presión hacia el interior de los módulos de ósmosis inversa.)
35.000 62,56 25
Bombas centrífugas de lavado(Transporte de la solución de lavado y de agua de aclarado de las membranas de ósmosis inversa.)
1.104 1,97 1,5
Bombas dosificadoras 15 0,07 1,5Total 61.417 18.49 15.5
Consumo de energía monetario
Consumo básico $ 0.757 Por cada uno de los primeros 75 (setenta y cinco) kilowatts-hora.
Consumo intermedio $ 0.924 Por cada uno de los siguientes 65 (sesenta y cinco) kilowatts-hora.
Consumo excedente
1año=365dias=8760h
2mes=60dias=1440h
$ 2.700 Por cada kilowatt-hora adicional a los anteriores.
61.417w∗1kw1000w
=0.061417 kw
0.061417kw∗8760h=538.013kw .h
0.061417kw∗1440h=88.44048kw .h
basico=88.44048∗0.757=66.949 pesos cada2meses
Tablas de Inversión en Equipamiento de la Planta y Precios equipos electromecánicos
EQUIPOS CANTIDAD PRECIO UNITARIOMXN
Filtro multicapa 1 116.744Filtro diatomeas 1 98.258
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Filtro cartuchos 1 61.354Bomba alta presión-turbina Pelton 1 1.530.582,278Módulos OI con 7 membranas 1 177.239,507Depósito receptor agua de mar 1 92.141,626Depósito de coagulante 1 3.724,085Depósito acidulante 1 7.077,448Depósito declorante 1 2.696,170Depósito agua pretratada 1 110.593,543Depósito acumulador permeado 1 4.971,064Depósito agua potable 1 30.719,492Agitadores reactivos 1 11.020,597Electrobomba sumergible (Extracción del agua hasta el depósito acumulador)
1 161.433,207
Bombas centrífugas de alimentación.(Transporte del agua de captación)
1 19.058,555
Bombas dosificadoras electromagnéticas
1 4.398,128
Bombas centrífugas de alimentación y recirculación
1 19.058,555
Bombas centrífugas aceleradoras. 1 18.991,151Bombas dosificadoras electromagnéticas(ácido sulfúrico)
1 4.398,128
Bombas dosificadoras electromagnéticas (anti-incrustante.)
1 4.398,128
Bombas dosificadoras electromagnéticas (declorante.)
1 3.656,681
Bombas centrífugas de lavado (regeneración de las membranas de ósmosis inversa.)
1 18.991,151
Bombas dosificadoras electromagnéticas (alcalinizante.)
1 3.656,681
Bombas dosificadoras electromagnéticas (pasivante.)
1 3.656,681
Bombas dosificadoras electromagnéticas (oxidante.)
1 3.656,681
Total 2.512.475,573
TABLAS COSTOS DE EQUIPOS DE ANÁLISIS
A continuación, se enumeran los distintos equipos utilizados en el laboratorio de análisis, así como su precio total.
EQUIPOS DE ANÁLISIS PRECIO TOTAL MXN
Página 88
Equipo básico de vidrio para valoración 2.713,040pHímetro digital portátil 6.273,905Termómetro digital portátil 1.441,302Equipo determinación SDI 5.510,862Equipo "Aquamerc" para Cl 678,260pHímetro digital de sobremesa 9.354,462Colorímetro 38.396,096Equipo de filtración-vacío 4.678,730Balanza analítica-digital 53.144,266Incubador-estufa 100 l 25.597,398Placa calefactora con agitador magnético
6.865,527
Mufla eléctrica 29.191,204Crisol de Pt 28.479,224Equipo borboteador/destilador 29.157,301Bureta analítica digital con frasco 8.831,950Termómetro de llama 88.404,257Equipo "aguamerc" para metales pesados
1.356,154
Oxímetro portátil 13.137,737Equipo Kjeldhal para materia orgánica 2.644,499Equipo digestor para materia orgánica 10.594,949Material de cultivo bacteriano 13.188,593Material estéril 13.188,593Reactivos químicos 6.136,595TOTAL 398.963,412
Inversión en Obras Civiles
La planta tiene una superficie de: 528 m2.El costo correspondiente a los trabajos de albañilería, metalistería, lampistería y electricidad (incluyendo materiales y mano de obra) es igual a: 3.370,213 pesos /m2.
Página 89
El costo será, por tanto: 3.370,213 pesos/m2 (528 m2) = 1.779.472.464 pesos
Acondicionamiento del local para la ubicación de servicios adyacentes (oficina, laboratorio, sala de aparatos eléctricos, taller de mantenimiento y almacén de repuestos). Tiene una superficie de: 192 m2.
El precio correspondiente a trabajos de albañilería, carpintería y mobiliario, metalistería, lampistería, electricidad, vidrería, refrigeración y ventilación, yesería y pintura es igual a: 305 €/m2.
El coste será, por tanto: 5.139,575 pesos/m2 (192 m2) = 9.867.98 pesos.
Costo total de inversión
costo total=obrasciviles+equipo deanalisis+equipamiento
costo total=2.766 .270,464+398.963,412+2.512 .475,573=5.677 .709,449 pesos
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS
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Página 92