desalinizador eolico.docx
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Agua de mar
El agua de mares una solución basada en agua que compone
los océanos y mares de la Tierra. Es salada por la concentración de sales
minerales disueltas que contiene, un 35‰ (3,5%) como media, entre las que
predomina el cloruro sódico, también conocido como sal de mesa. El océano
contiene un 97,25% del total de agua que forma lahidrosfera.
El agua de mar es una disolución en agua (H2O) de muy diversas sustancias.
Hasta los 2/3 de los elementos químicos naturales están presentes en el agua de
mar, aunque la mayoría sólo como trazas. Seis componentes, todos ellos iones,
dan cuenta de más del 99% de la composición de solutos.
De todos los mares abiertos es el mar Rojo el que presenta mayor salinidad
(40‰), bordeado como está de regiones áridas. El mar Báltico es el de salinidad
menor (6‰ en las aguas superficiales del golfo de Botnia), por su pequeña
profundidad, clima frío y amplitud de las cuencas que vierten sus aguas en él, lo
que unido a su topografía casi cerrada, limita mucho los intercambios con
el océano Mundial. La salinidad es muy variable en los lagos y mares cerrados
que ocupan cuencas endorreicas, con sólo un 12‰ en el mar Caspio y hasta un
330‰ en las capas superficiales del mar Muerto.
En el caso de Venezuela las playas con másconcentración de salinidad son las
que están mas cerca al Golfo de Venezuela en este caso son las playas que están
ubicadas en los estados Zulia y Falcón.
Desalación del agua del mar
La desalación, también llamada desalienación o desalinización, es una alternativa
de fuentepara sectores que no cuentan con recursos de agua fresca. Es un
proceso de tratamiento enel cual se le extraen las sales disueltas al agua de mar o
a las aguas salobres para produciragua de calidad potable o agua dulce. Lo
anterior, en cifras, se puede expresar como bajarlas sales disueltas de 38.000
mg/lt (agua de mar) a menos de 500 mg/lt (agua potable).
Las tecnologías de los procesos para desalar agua de mar han sido conocidas por
largotiempo. El problema fue que en sus orígenes, estos procesos eran de tan alto
costo que sehacía inviable desarrollar plantas de cierto tamaño desde el punto de
vista comercial. A fines de los 1960, unidades comerciales de hasta 8.000 metros
cúbicos por díacomenzaban a ser instaladas en varias partes del mundo.
Estas unidades fundamentalmenteutilizadas para desalar agua de mar
correspondían a procesos de evaporación, pero en los años 1970, los procesos
comerciales de membrana comenzaron a ser más utilizados.Originalmente, el
proceso destilador fue utilizado para desalar agua salobre. Esta técnicaera
costosa e inhibió el desarrollo de este tipo de recurso de agua. Cuando la
electrodiálisisfue introducida, se podía desalar agua salobre en forma mucho más
económica, y seencontraron muchas aplicaciones para ella. En forma semejante,
la ósmosis reversa (RO)fue originalmente utilizada para desalación de aguas
salobres, aunque el proceso hademostrado ser conveniente para desalar de la
agua de mar también.
Por los años 1980, los procesos de desalación alcanzaron totalmente el grado
dedesarrollo comercial. Se aprovechó en beneficio de estas tecnologías
comercialestoda la experiencia adquirida con las unidades construidas y operadas
en lasdécadas anteriores. Una variedad de tecnologías de desalación
fuerondesarrolladas en estos años y pueden ser clasificados en procesos
térmicos, demembranas y menores como se presentan a continuación
¿Que es un desalinizador eólico?
Es un sistema que potabiliza el agua mediante la técnica de ósmosis inversa, que
no necesita específicamente electricidad para trabajar, sino que lo hace
aprovechando la acción del aire. Este tipo de sistemas canalizan a través de un
molino la energía eólica, de forma que siempre que sople viento, se potabiliza
agua.
El funcionamiento de la potabilización por ósmosis inversa a través de energía
eólica se puede ver en el esquema. La energía del viento es aprovechada para
ejercer presión sobre una columna de agua salada, que al estar en contacto con
una lámina semi-impermeable, sólo permite que pase al depósito de la derecha,
agua pura y lista para ser bebida.
Membrana
Son las películas finas del material poroso que se pueden utilizar para varias
separaciones químicas. Aunque muchas membranas se hacen de las películas del
polímero, también pueden estar hechas de cerámica, de fibra de carbón, y de
sustratos metálicos con poros. Los poros pueden medirse en dimensiones
atómicas (< 10
¿Qué es una membrana semipermeable?
También llamada membrana selectivamente permeable, membrana
parcialmente permeable o membrana permeable diferenciable, es una membrana
que permitirá que ciertas moléculas o iones pasen a través de ella por difusión, y
ocasionalmente especializada en "difusión facilitada". El índice del paso depende
de la presión osmótica, la concentración el gradiente electroquímico y
la temperatura de las moléculas o de los solutos en cualquier lado, así como la
permeabilidad de la membrana para cada soluto.
Una membrana semipermeable permite el paso preferencial de
ciertas sustancias presentes en una disolución frente a otras. Este hecho las hace
importantes tanto en sistemas biológicos vivos como en aplicaciones tecnológicas.
La parte que ha atravesado la membrana se conoce como "permeado" y la que no
lo hace es el "rechazo". En consecuencia, se produce una separación diferencial
de unas sustancias frente a otras. Para que el paso de sustancias a través de la
membrana se produzca, es necesario la existencia de una fuerza impulsora entre
ambos lados de la membrana, la cual puede ser de diferente naturaleza: diferencia
de presión, diferencia de concentración, potencial eléctrico, etc. Una vez
establecido el flujo, el diferente grado de paso de unas sustancias respecto de
otras se produce por criterios físicos (tales como el tamaño del poro) o químicos
(como lasolubilidad y difusión en la membrana, etc.).
Básicamente son dos los materiales utilizados en la construcción de membranas
semi-permeables para ósmosis:
Acetato de Celulosa Poliamida.
La membrana semipermeable de acetato de celulosa:El acetato de celulosa es
un plástico inventado en 1865. Es el éster de acetato de celulosa. En forma de
fibra (hilo, antes conocido como acetol), este producto se vende bajo el nombre
de rayón, seda artificial, viscosa, etc. El acetato de celulosa ha tenido muchos
usos. Se ha utilizado como base parapelículas de fotografía, barnices (incluso
para el sector aeroespacial1 en la Primera Guerra Mundial), como componente de
algunos adhesivos, o explosivos. Todavía se utiliza como materia plástica, por
ejemplo, en las monturas de gafas.
En este caso tenemos dos membranas de acetato de celulosa:
Membrana de Acetato de Celulosa Estándar TMD2730
Las membranas de Acetato de Celulosa (CA) de Barnstead, ofrecen un
mayor contenido acetílico y las características de desempeño son
superiores a las de la competencia. Así mismo, las membranas de
Barnstead son más resistentes a las pocas frecuentes altas o bajas
hidrólisis de pH que las membranas regulares de acetato de celulosa.
La membrana de Acetato de Celulosa Estándar es ideal para aguas de
alimentación cloratadas con pH neutro o ligeramente ácido. Cuando se
utiliza en el ULTROpure, puede producir hasta 60 litros por hora.
Membrana de Acetato de Celulosa de Alto Flujo TMD2731
La membrana de Acetato de Celulosa de Alto Flujo, ofrece mayor flujo que
la membrana de Acetato de Celulosa estándar y a un costo
significativamente más bajo que las unidades de la competencia.
Como con todas las membranas de Acetato de Celulosa, el agua de
alimentación debe estar cloratada y tener un pH neutro o ligeramente ácido.
La membrana de Acetato de Celulosa de Alto Flujo, producirá hasta 110
litros por hora con presión de entrada de 200 psi.
Membrana semipermeable de polímeros:La membrana semipermeable utilizada
en los equipos de Osmosis está fabricada de polímeros de densidad asimétrica,
esto quiere decir que tienen una capa densa que sirve como barrera de quizás una
10 millonésima de pulgada, sostenida por un sustrato más poroso de unas
pocasmilésimas de pulgada.
Están formadas por láminas rectangulares de membranas semipermeables,
alternadas con otras capas que permiten la conducción del fluido dentro de ella.
Desde fuera se puede ver como una caja negra con un canal de entrada y dos
canales de salida. Al canal de entrada le llamaremos alimentación, y será por
donde entre el agua que se quiere desalar. Por uno de los canales de salida saldrá
el agua ya desalada. Será el canal de permeado. Y por último tenemos el canal de
desecho, por donde saldrá el agua que no ha podido atravesar la membrana
semipermeable (rechazo o brine).
La membrana semipermeable está formada por tres capas: una base de poliéster,
una capa de polysufone, y encima de estas dos, una fina capa de poliamida. Esta
última será la encargada de repeler las sales y dejar pasar el agua para las capas
inferiores.
Entre dos de estas membranas semipermeables se introduce una capa por donde
pasará el agua que se quiere desalar, creando turbulencias (mediante “spacers”) y
favoreciendo el paso del agua a través de las membranas semipermeables.
La combinación membrana semipermeable – canal de alimentación – membrana
semipermeable se irá introduciendo entre capas por donde pasará el agua ya
desalada. Tres de los cuatro lados del cuadrado serán sellados con pegamento,
mientras que en el cuarto, se colocará el tubo de permeado. Este tubo recogerá
toda el agua ya desalada que ha ido atravesando las membranas
semipermeables.
Según los materiales en que están fabricadas las membranas, el
comportamiento respecto a diferentes contenidos en el agua o diferentes
parámetros indicadores de la misma es muy diferente:
Lapoliamida es estable dentro de una gama de pH de 3 a 11, pudiendo resistir
durante cortos periodos, máximo 30 minutos, un pH comprendido entre 1 y 12.
El acetato de celulosa al ser un éster orgánico está sometido a hidrólisis
con pH ácido y alcalino, por lo cual la gama de trabajo óptima se encuentra con
pH entre 4 y 7.
Oxidantes
Lapoliamida es atacada por los oxidantes, por lo que el cloro libre superior
a 0,1 ppm destruye la membrana.
El acetato de celulosa resiste la acción de oxidantes pudiendo soportar
cantidades de cloro libre del orden de 2 ppm.
Temperatura DE LA MENBRANA
El efecto que la temperatura del agua de alimentación produce en las membranas
es una característica importante a tener en cuenta para el proyecto de una
instalación, ya que influye considerablemente en el rendimiento
Para el parámetro temperatura se consideran 25 ºC, favoreciendo el
rendimiento las temperaturas altas hasta cierto límite. Por cada grado centígrado
de variación sobre la temperatura base, se producirá una disminución, en el caso
de agua más fría, o un aumento, en el caso de agua más caliente, de 2,5 a 3% en
el rendimiento de la instalación. Las temperaturas máximas de trabajo oscilan
entre los 30 ºC para el acetato y 45 ºC para la poliamida. El trabajar a
temperaturas altas favorece el fenómeno de compactación que sufre la membrana
debido a la presión de trabajo, produciendo con el tiempo una disminución de la
producción
Mantenimiento
La membrana de osmosis inversa se deberá lavar con agua pura una vez por
semana. Con este lavado la planta también se podrá considerar como un apagado
por tiempo corto. Un período de apagado corto es cuando el sistema no operará
entre 2 y 14 días. Un método eficiente de proteger el sistema durante apagados
cortos es hacer un enjuague “una sola vez” con agua potable. esto prolonga la
vida del sistema pues minimiza la electrolisis y retarda el crecimiento biológico
Se debe inspeccionar el sistema semanalmente o cada 50 horas de uso como
parte de un programa de mantenimiento preventivo
Aunque se han intentado eliminar todas las partículas coloidales, éstas siempre
existirán e irán formando flóculos en las paredes de la membrana, que empezará a
obstruirse. En un primer momento se podrá subir la presión de trabajo para
contrarrestar esta obstrucción y recuperar el caudal de permeado, pero finalmente
cuando la presión máxima de trabajo sea insuficiente, la membrana deberá ser
lavada o sustituida. El lavado de la membrana se hará periódicamente con
distintos reactivos químicos. Se recirculará el agua durante un tiempo con la idea
de eliminar toda causa de suciedad en lamembrana. Se suele utilizar agua
caliente.
Para impedir la membrana se tapen es importante vaciar el lado de la salmuera continuamente. Cuando el agua se aprieta a través de la membrana, dejando atrás la mayoría de las sales, la salmuera que la solución lateral se concentra cada vez más. Sin el flujo del desecho para evacuar la salmuera la concentración mineral lateral excedería muy pronto los límites de solubilidad de las sales y ellas precipitarían. Para evitar concentraciones excesivas en las concentraciones laterales, La cantidad de agua producida se mantiene en el rango de 1 - a 30 por ciento del volumen de del agua alimentada a la unidad. Por ejemplo, para cada cinco galones de agua alimentados a la membrana, se recupera un galón esto quiere decir que la membrana está operando a 20% recuperación
La salmuera es agua con una alta concentración de sal (nacl) disuelta.
Membranas de osmosis inversa
¿Qué es osmosis?
La osmosis es un proceso natural que ocurre en todas las células vivas. La
osmosis permite la vida del reino vegetal, y del reino animal, incluyendo a los
seres humanos, al inducir que el agua fluya por difusión desde zonas donde se
encuentra relativamente pura, con baja concentración de sales, a zonas donde se
encuentra con alta concentración a través de una membrana semipermeable. El
resultado final es la extracción de agua pura del medio ambiente. Una membrana
semipermeable es cualquier membrana, animal, vegetal, o sintética en la que el
agua puede penetrar y traspasar con mucha más facilidad que los otros
componentes que se encuentran en solución en la misma. Por ejemplo, las raíces
permiten a las plantas extraer del suelo el agua, por el proceso de osmosis. El
agua relativamente pura que se encuentra en el suelo, pasa por difusión a través
de las membranas de las raíces para diluir la alta concentración de sales que
normalmente tiene la savia de la planta, ya que a ésta se le evapora
continuamente por las hojas. El objetivo de la osmosis natural es permitir que
seres vivos puedan absorber agua pura del medio ambiente. En el proceso de
osmosis natural, el agua pura se
Convierte en agua menos pura al contaminarse con las sales y azúcares de los
fluidos vitales de las plantas y de los animales.
Osmosis inversa
Puede ser considerada como el grado más avanzado de filtración que se ha
inventado para la purificación del agua y sin añadirle ninguna sustancia química.
Es tal su ventaja, que es la tecnología que se utiliza en algunos países en la
actualidad para convertir el agua de mar (salada) en agua desalinizada o apta
para el consumo.
Como se observa en la gráfica por medio de la ósmosis inversa podemos
separar el agua pura de un sin fin de contaminantes e inclusive sales.
Es decir que micro organismos como bacterias, virus, moléculas grandes como
pesticidas, polímeros orgánicos, sales de calcio, magnesio e incluso sodio son
retenidos por las membranas de ósmosis.
La ósmosis es un proceso natural que ocurre en todas las células vivas. Esta
permite la vida de todos los seres tanto animales como vegetales, al inducir que el
agua fluya por difusión desde zonas donde se encuentra relativamente pura, con
baja concentración de sales, a zonas donde se encuentra con alta concentración a
través de una membrana semipermeable. El resultado final es la extracción de
agua pura del medio ambiente.
En el caso de la ósmosis Inversa, el agua es obligada a pasar por una membrana
semi-permeable, dejando pasar solo agua pura, por lo que a la inversa del sistema
natural, el desplazamiento del agua va desde la zona de mayor concentración a la
zona de menor concentración (agua purificada), razón por la que este sistema
recibió el nombre de inverso. La molécula de agua es tan pequeña que es la única
capaz de pasar por los poros de la membrana.
Beneficio a la población
La escasez de agua afecta ya a todos los continentes. Cerca de 1.200 millones de
personas, casi una quinta parte de la población mundial, vive en áreas de escasez
física de agua, mientras que 500 millones se aproximan a esta situación. Otros
1.600 millones, alrededor de un cuarto de la población mundial, se enfrentan a
situaciones de escasez económica de agua, donde los países carecen de la
infraestructura necesaria para transportar el agua desde ríos y acuíferos.
La escasez de agua constituye uno de los principales desafíos del siglo XXI al que
se están enfrentando ya numerosas sociedades de todo el mundo. A lo largo del
último siglo, el uso y consumo de agua creció a un ritmo dos veces superior al de
la tasa de crecimiento de la población y, aunque no se puede hablar de escasez
hídrica a nivel global, va en aumento el número de regiones con niveles crónicos
de carencia de agua.
La escasez de agua es un fenómeno no solo natural sino también causado por la
acción del ser humano. Hay suficiente agua potable en el planeta para abastecer a
6.000 millones de personas, pero ésta está distribuida de forma irregular, se
desperdicia, está contaminada y se gestiona de forma insostenible.
Con los actuales problemas de sequía, es posible que esta técnica se convierta en
una alternativa a los polémicos trasvases, y a los problemas de la sequía. Ya
existen algunas empresas pioneras que aseguran poder generar un hectómetro
cúbico de agua al año por cada planta desalinizadora.
Innovaciones
M-torres.
M-Torres Diseños Industriales, empresa navarra, construirá durante este año una
innovativa desalinizadora eólica frente a las costas de Murcia. Los costes de
desalación de agua mediante este procedimiento pueden reducirse un 30%,
produciendo contaminación nula y usando únicamente energía renovable para su
alimentación.
Este proyecto cofinanciado por la Administración Central es innovador por muchos
motivos; uno de ellos es que el movimiento de las aspas no se usa directamente
para generar electricidad, sino para aprovecharlo mecánicamente transformándolo
directamente en movimiento hidráulico. Los ingenieros de la empresa consideran
que esta transformación directa, sin pasar por una etapa de producción de
electricidad, es mucho más eficiente, aunque la polivalencia de este ingenio es
sorprendente; este movimiento hidráulico podría ser aprovechado para poner en
funcionamiento una turbina generadora de electricidad. El adquisidor de la planta
decidirá su uso final.
Una de las características de la desalación mediante ósmosis inversa, el
procedimiento que se usará en esta desaladora, es que es necesaria una alta
presión constante para que se desarrollo el proceso, lo que choca de frente con
las carácterísticas de la energía eólica que, debido al carácter discontínuo de la
fuerza del viento, podría resultar problemático; para resolver este tipo de
incidencia, la desaladora está estructurada de forma que se pueden registrar
varios procesos de ósmosis simultáneos y paralelos, en función de la velocidad del
viento.
La planta es aerodinámica y flotante, con lo cual puede ser fácilmente transladada
allí donde la calidad del agua es la más óptima para realizar el proceso, o allí
donde la necesidad de desalinización es más urgente. Para conseguir esta gran
ventaja, ha sido necesario realizar un complejo estudio de I+D para conseguir
integrar el aerogenerador en este tipo de estructura.
La misma Ministra de Medio Ambiente ha calificado este proyecto
de 'revolucionario a nivel mundial', debido a su alta eficiencia energética y nula
contaminación. De hecho varios países de la cuenca del Mediterráneo se han
interesado ya por su implantación.
Cada desalinizadora puede producir 2.5 hectómetros cúbicos anuales de agua
potable, suficiente para abastecer durante ese tiempo a una ciudad de 30.000
habitantes.
Bombas Reciprocante
Las bombas reciprocantes son unidades de desplazamiento positivo descargan
una cantidad definida de liquido durante el movimiento del pistón o émbolo a
través de la distancia de carrera. Sin embargo, no todo el líquido llega
necesariamente al tubo de descarga debido a escapes o arreglo de pasos de alivio
que puedan evitarlo. Despreciando éstos, el volumen del líquido desplazado en
una carrera del pistón o émbolo es igual al producto del área del pistón por la
longitud de la carrera.
bomba reciprocante de doble efecto para desalinización de agua por
medio de ósmosis inversa.
Los requerimientos hidráulicos de la membrana de OI inversa para desalinización
de agua de mar y operación en el mínimo rango de consumo energético son:
presión máxima de 5.5 MPa (800 psi) y caudal de entrada a la membrana de 3.78
L/min (1 gpm). Se necesita entregar un pequeño caudal a una alta presión; para
esto se desarrolla un sistema de bombeo de desplazamiento positivo reciprocante
de baja velocidad, largo recorrido, de acción simple y doble efecto.
La bomba desarrollada es impulsada con un motor eléctrico de potencia nominal
igual a 745 W (1 hp) a velocidad nominal de 1 750 rpm. El motor tiene acoplado un
ciclo reductor con relación de 87:1, por lo que se obtiene una velocidad de
excitación de la bomba de 0.33 rps (20 rpm) y un momento-par máximo de 335
Nm. Un mecanismo biela manivela se encarga de convertir el movimiento
rotacional en movimiento lineal reciprocante en el vástago. La bomba de acción
simple con doble efecto aprovecha todo el recorrido del pistón en la cámara de
bombeo, lo cual permite entregar el mismo caudal con menores tamaños del
equipo teniendo menores fuerzas presentes en él para trabajar a la misma
presión.
Todo el sistema de bombeo se construyó en acero inoxidable AISI 304, esencial
para la operación con agua salobre (35 000 mg/L de sales disueltas). Un esquema
del sistema desarrollado se ilustra en la figura.
SOLAR STILLS
Los Solar Stills son unos sistemas de desalación mediante evaporación que
operan con la energía disponible en la radiación solar. Son sistemas
especialmente diseñados para aprovechar de un modo pasivo la energía solar,
haciendo uso del conocido "efecto invernadero". Los elementos básicos que
componen un solar still son dos:
- La piscina o estanque
- La cubierta
La piscina o estanque es, como su nombre indica, el lugar donde se encuentra
almacenada el agua que se pretende desalar. Puede aprovecharse una
hondonada o cavidad natural en el terreno, o bien construirse de obra civil al igual
que una piscina o estanque artificial.
La cubierta consta de una superficie transparente (a base de plástico o vidrio)
colocada encima del estanque, de modo que en su interior se consiguen
temperaturas lo suficientemente elevadas como para producir la evaporación de
una determinada cantidad de agua del estanque. Esta temperatura interior elevada
(>60 ºC) se consigue gracias al "Efecto Invernadero" producido por la cubierta
transparente, que consiste en que la mayor parte de la radiación solar exterior
consigue atravesar la superficie de la cubierta, que actúa como una trampa
térmica para la radiación solar. Esta radiación solar que atraviesa la cubierta
transparente, es absorbida en parte por el agua que existe en el interior, y la otra
parte es emitida con una longitud de onda mayor que la de la radiación incidente.
Debido a su mayor longitud de onda, esta radiación es en su mayoría incapaz de
atravesar hacia el exterior la cubierta transparente, quedando atrapada en el
interior del solar still, produciendo el consiguiente aumento de la temperatura
ambiente, lo que favorece la evaporación de una pequeña fracción del agua alli
existente.
Este vapor condensa al entrar en contacto con la cara interior de la cubierta,
formando pequeñas gotas de agua destilada que terminan uniéndose entre si y se
deslizan siguiendo la pendiente de la cubierta, para ser finalmente recogidas y
canalizadas por los oportunos conductos colectores que terminan en los depósitos
de almacenamiento de agua destilada.
La figura muestra diferentes diseños de un Solar Still, en los que se ha variado la
forma y disposición de la cubierta transparente. Como puede observarse en la
figura, en todos los diseños la pendiente de la cubierta conduce las gotas del agua
condensada a los colectores de agua destilada.