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ÍNDICE

1. INTRODUCCIÓN…………………………………………….....pag.3 2. PLANTA DESALADORA DE OSMOSIS INVERSA.............. pag.5 3. SOFTWARE ECOSIMPRO 3.3…………………………....….. pag.9 3.1 COMPONENTES 3.2 PUERTOS 3.3 FUNCIONES 3.4 ECODIAGRAM 3.5. EXPERIMENTOS 4. COMPONENTES MODELADOS……………………………. pag.21 4.1. BOMBAS CENTRÍFUGAS 4.1.1 Introducción 4.1.2 Definición 4.1.3. Curvas características 4.1.4 Modelo de bomba 4.2. TUBERÍAS 4.2.1 Introducción 4.2.2 Modelado 4.3. AJUSTE DEL pH 4.4. DOSIFICADOR DE REACTIVOS 4.4.1. Introducción teórica. 4.4.2. Modelado 4.5. DECLORACIÓN 4.5.1. Introducción teórica 4.5.2. Modelado 4.6. FILTROS DE ARENA 4.6.1. Introducción teórica 4.6.2. Modelado 4.7. COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN 4.7.1. Introducción teórica 4.7.2. Modelado 4.8. FILTROS DE AFINO 4.8.1. Introducción teórica 4.8.2. Modelado 4.9. CONTROLADOR DE BOMBA BOOSTER 4.10. CÁMARA ISOBÁRICA 4.10.1. Introducción teórica 4.10.2. Modelado 4.11. MEMBRANA DE OSMOSIS INVERSA 4.11.1. Introducción teórica 4.11.2. Modelado

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4.11.3. Experimento 4.12. RELOJ 4.12.1. Introducción teórica 4.12.2. Modelado 4.13. CONTADOR DE ENERGÍA 4.13.1. Introducción teórica 4.13.2. Modelado 4.14. SENSORES 4.15. DECODIFICADOR 4.16. ADAPTADOR DE SEÑAL 4.17. VÁLVULA 5. MONTAJES REALIZADOS………………………………..…pag.90 5.1. PREPROCESADO 5.1.1 Construcción de los componentes. 5.1.2. Experimento 5.2. DESALACIÓN 5.2.1 Construcción de los componentes 5.2.2. Desalación sin cámara isobárica 5.2.3. Desalación con cámara isobárica 5.3. POST-PROCESADO 5.4. PLANTA DESALODORA COMPLETA 6. ECOSIMPRO EN EXCEL………………………………….…pag.130 7. CONCLUSIONES……………………………………………...pag.132 8. ANEXOS.…………...……………………………………….….pag.133 8.1. CÓDIGO CREADO PARA ECOSIMPRO. 8.1.1 CuatroMembranas2Etapas.el 8.1.2 Decloracion.el 8.1.4 Dosificador_de_Reactivo.el 8.2. FICHA TÉCNICA DE BOMBAS CENTRÍFUGAS DE BLOCH. 8.3. REAL DECRETO 140/2003. CALIDAD DEL AGUA 8.4. FICHA TÉCNICA DE LA MEMBRANA SW30HR – 380 DE DOW. 8.5. REAL DECRETO 871/2007. TARIFAS ELÉCTRICAS. 8.6. DIAGRAMA DE LOS EXPERIMENTOS EXPLICADOS 8.6.1. Preprocesado. 8.6.2. Desalación sin cámara isobárica. 8.6.3. Desalación con cámara isobárica. 8.6.4. Planta de Carboneras completa. 8.7. FICHA TÉCNICA DE BOMBAS CENTRÍFUGAS DE LA FIRMA WAUKESHA CHERRY – BURRELL.

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1. INTRODUCCIÓN

El 97 % del agua en nuestro planeta es salada frente al tan solo 3 % de agua dulce. De este 3 % sólo es accesible aproximadamente el 13 %, el resto se encuentra fundamentalmente en los polos, glaciales y acuíferos inaccesibles. El crecimiento poblacional en ciertos emplazamientos se ve limitado por la escasez de agua, elemento vital para la vida, necesario para el regadío del cultivo y la vida diaria de sus habitantes. La solución pasa por los avances tecnológicos, hasta hace poco la desalación de agua de mar era una solución cara. Ahora con los nuevos avances en membranas semipermeables, bombas centrífugas de presión y dispositivos de recuperación de energía hacen posible que emplazamientos con escasez de agua dulce tengan una oportunidad para seguir su crecimiento poblacional y económico. Han sido muchos los medios por los cuales se ha obtenido agua dulce a partir de agua de mar, como es la destilación. La destilación se servía del proceso de evaporación del agua y posterior condensación del vapor. Las técnicas actuales se basan en otro proceso, un proceso que tiene lugar en todos los seres vivos que conocemos, la osmosis. La osmosis es el proceso por el cual un medio acuoso con una concentración de sales inicial trasvasa parte de su contenido acuoso a otro medio con una mayor concentración de sales, separado del primero tan sólo por una membrana semipermeable. Explicaremos mejor este proceso con ayuda de uno diagrama.

Ilustración 1. proceso de osmosis entre A y B, a través de una membrana semipermeable.

Tendremos dos recipientes separados por una membrana semipermeable. El recipiente A contiene un fluido con poca concentración de sales, y el recipiente B contiene un fluido con una alta concentración de sales. La osmosis hace que el agua pase del recipiente A al recipiente B, intentando igualar la concentración de sales en los dos recipientes. El trasvase de agua parará cuando la presión del agua en dos puntos situados en la misma altura, a un lado y a otro de la membrana haya una diferencia de presión suficiente como para que las fuerzas electroquímicas del proceso de osmosis se contrarresten con esta presión. De esta manera se quedará en equilibrio a un lado y a otro de la membrana los dos fluidos. La diferencia de presión que existe entre los dos recipientes debido a que el recipiente B tiene más cantidad de agua que el recipiente A, se llama Presión Osmótica.

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La desalación por osmosis inversa se aprovecha de este fenómeno para realizar el proceso inverso, y conseguir agua con una baja concentración de sales a partir de un agua con alta concentración. Para conseguir invertir el proceso es necesario invertir energía. La idea es suministrar al recipiente B una presión superior a la Presión Osmótica.

Ilustración 2: esquemático de la osmosis inversa.

Esta presión provocará que el agua fluya en sentido contrario, es decir del recipiente B al recipiente A, pero la membrana semipermeable no dejará pasar apenas sales. De este modo conseguiremos un agua en el recipiente A con una concentración en sales muy baja. Esta agua obtenida será apta para el consumo humano después de un tratamiento químico.

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2. PLANTA DESALADORA DE OSMOSIS INVERSA. En este punto analizaremos la estructura de una planta deseadora, definiremos conceptos que vamos a utilizar durante el resto del proyecto y describiremos brevemente cada uno de los componentes que necesitamos diseñar. Una membrana de osmosis inversa necesita que el agua a desalar tenga unas características apropiadas para no ser dañadas. Por ello es necesario que el agua a desalar reciba un pre-tratamiento, tanto químico como físico. Y cuando el agua haya terminado el proceso de desalación también debe recibir un tratamiento químico antes de ser apta para el consumo humano. Por lo tanto el agua pasará por 3 etapas, las cuales comentaremos a continuación. Antes de comenzar, definiremos un par de conceptos:

Coloide: denominamos como partícula coloidal cualquiera mayor de 10 Angstroms y menor de dos micras de diámetro. Estas partículas son lo suficientemente pequeñas como para atravesar los sistemas de filtración pero lo suficientemente grandes como para ser retenidas por las membranas de osmosis inversa, la cuales tenderán a acumularse en su superficie y dañarlas. Habrá que tener muy en cuenta estas sustancias a la hora de diseñar los preprocesados. Índice de sedimentación de desechos, o de colmatación (SDI): es un índice que se mide de manera experimental y nos proporcionará una medida de cuan sucia está el agua. Los fabricantes de membranas exígen un SDI a la entrada menor que cinco. El SDI se determina filtrando el agua a través de un filtro de 0.45 micras con una presión de 2Kg/cm2. Primero se hacen pasar 500 ml, el tiempo que tarde en pasar dicha cantidad lo llamaremos t_ini, después seguiremos introduciendo agua en el filtro a la misma presión durante 15 minutos (t_total). Trascurrido ese tiempo se vuelve a medir el tiempo que tarda en atravesar el filtro 500 ml de agua, y lo llamamos t_fin. Aplicando la siguiente fórmula, obtendremos el índice de sedimentación. Donde t_total puede cambiar a valer 10 o 5 minutos si la colmatación es muy elevada.

totaltfintinit

SDI_

__1

100−

=

El agua a desalar se puede conseguir con tomas directas, o cerradas. La más conveniente suele ser la toma mediante pozos, para su construcción es necesario que exista una permeabilidad de caudales a través de los estratos del terreno, y esto no siempre es posible. Las principales ventajas de las tomas cerradas radica en que el agua ya ha sido filtrada de manera natural por el terreno, el agua captada presentará un índice de sedimentación de desechos, SDI, bajos; una baja contaminación; temperaturas estables; ausencia de actividad orgánica y biológica y un bajo contenido de oxígeno disuelto.

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Pero no todos son ventajas, en zonas continentales, el filtrado a través del terreno puede conferir al agua elementos secundarios como el hierro, aluminio; contaminación por nitratos, pesticidas, etc. Como ejemplos de estructuras de tomas de mar cerradas podemos citar: la cántara de captación, y la cámara de captación con sondeos verticales. Las tomas abiertas de agua presentarán los inconvenientes que antes citamos como ventajas: una actividad orgánica y biológica importante, mayor exposición a la contaminación, un alto contenido de oxígeno disuelto, amplio margen de variación de temperaturas, composición química más homogénea y un contenido importante de sólidos en suspensión. Se suele recurrir a esta opción cuando el terreno no tiene la permeabilidad suficiente como para asegurar el abastecimiento necesario. Existen dos tipos principales de tomas abiertas, toma en canal y toma mediante emisario submarino. La primera técnica tiene tomas de menor longitud y más superficiales por lo que están expuestas al oleaje y a la presencia de algas contaminantes. Necesitarán filtros para retener las algas y otros materiales gruesos antes de que el agua llegue a las bombas de captación. La segunda técnica será necesaria cuando la turbidez y la contaminación por algas sean elevadas. En ese caso la tubería de captación debe sumergirse a una distancia conveniente para garantizar una profundidad mínima y evitar así la influencia del oleaje. En ambas técnicas se dispondrá de un depósito situado en tierra desde donde se bombeará el agua hasta la instalación desaladora, este depósito nos asegurará un suministro sin interrupciones y además actuará a modo de decantador mejorando las condiciones físicas del agua a tratar. Una vez que ya hemos captado el agua, nos dispondremos ha realizar el preprocesado tanto químico como físico del agua. Los componentes físicos en suspensión comprenden desde arenas hasta partículas coloidales. A esto tendremos que añadirle una alta actividad biológica. El primer tratamiento que recibe el agua, es el ajuste del pH; el pH de entrada será básico, entorno al 8. Nos interesará situarlo en un pH ácido para que la siguiente fase, la desinfección con reactivo sea más efectiva. Se utilizará Cloro gas , Hipoclorito sódico o Hipoclorito cálcico. Su misión será la de eliminar toda actividad biológica que exista en el agua que se quiere desalar. Después de la desinfección será necesario desclorar el agua, ya que la membrana tendrá unos límites muy estrictos (menor que 0.1 mg/l). La decloración se podrá hacer dióxido de azufre, Bisulfito sódico, o Metabisulfito sódico. Para la utilización de los dos últimos será preciso además añadir catalizadores. Una vez declorada el agua, comenzará los pre-tratamientos físicos, se dividen en tres fases:

Primera fase: la comprenden los filtros de arena formados por una o varias capas de material filtrante. Su misión es eliminar las partículas no coloidales. También será retenida una parte de las partículas coloidales. Segunda fase: en ocasiones en las que los filtros de arena no son suficiente para conseguir un bajo índice de sedimentación se utilizarán técnicas de coagulación, floculación y decantación.

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Tercera fase: filtros de afino, será necesaria si los niveles de partículas se consideran todavía excesivos, el filtro de afino lo constituyen los filtros de cartucho.

Terminado el pre-procesamiento el agua pasará a la etapa de desalación, aquí tiene que llegar con unas condiciones específicas con el fin de no dañar la membrana y conseguir que realice la desalación eficientemente. El nivel de pH del agua debe estar dentro de un determinado rango dependiendo del material con el que esté fabricada la membrana, el índice de sedimentación debe de ser menor que 5, la concentración de cloro libre residual debe ser muy pequeña, entorno al 0.1 mg/l, la presión de entrada de la membrana debe estar entorno a los 50 bares para que trabaje eficientemente, y por último el caudal de entrada debe de estar también dentro de un rango. Las bombas centrífugas de alta presión serán las encargadas de aportarle al agua la energía hidráulica necesaria para la desalación. Las membranas se disponen en tubos de presión colocados en una estructura metálica, será los bastidores de osmosis inversa. En raras ocasiones se utiliza tan sólo una etapa, se suelen diseñar varias etapas de desalación, introduciendo el agua de desecho de la primera etapa hacia la alimentación de la segunda. Este fluido de desecho tendrá una concentración de sales mayor que el inicial, una presión ligeramente menor y también un menor caudal. Una posible estructura de un bastidor de osmosis inversa lo incluimos a continuación.

Ilustración 3: estructura de un bastidor de dos etapas.

En la primera etapa tendremos cuatro membranas, mientras que en la segunda sólo dos, debido a que en la segunda etapa el caudal de alimentación es menor. Junto a los bastidores de membrana deberá existir un depósito de equilibrio osmótico con idea de garantizar que en todo momento las dos paredes de las membranas se encuentran húmedas, cuando la planta está parada por cualquier motivo. De lo contrario las membranas sufrirán un daño irreparable. Aunque hemos intentado eliminar todas las partículas coloidales, siempre existirán, estas irán formando flóculos en las pareces de la membrana y empezará a obstruirse. En un primer momento se podrá subir la presión de trabajo para contrarrestar esta

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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 la membrana, se suele utilizar agua caliente. El agua desalada que obtenemos de la etapa de desalación estará desequilibrada, tendrá escasez de calcio, un pH ácido en torno al 5.5 y una baja alcalinidad. Para estabilizar el agua se recurre a las siguientes técnicas: des-carbonatación o des-gasificación; adición de productos químicos o mezcla con otras aguas. Finalmente para cumplir con las normativas del estado, el agua debe tener una concentración de cloro residual de 1mg/l. Por lo que es necesario una última fase de cloración. Se suele utilizar Hipoclorito Cálcico, de esa manera cubrimos la pobreza de calcio que tenía el agua

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3. SOFTWARE ECOSIMPRO 3.3. EcosimPro nos propone una plataforma para realizar el modelado y simulación de experimentos basándose en el lenguaje C++, orientado a objetos. Utiliza un lenguaje propio llamado EL, con él podremos crear los componentes que nos hagan falta y después acoplarlos y reutilizarlos en experimentos sucesivos. Tendremos la posibilidad de usar dentro de nuestros componentes funciones ya definidas en C/C++ y en Fortran. Y una vez realizado el montaje de los componentes en un experimento crear un paquete en C++. En este apartado describiremos brevemente la plataforma software, la estructura de los componentes, y las instrucciones más importantes que utilizaremos. Para programar en lenguaje EL y saber más detalladamente el uso de Ecosim Pro consúltese los distintos manuales que se podrán encontrar en el cd del proyecto final de carrera. La pantalla principal del programa tiene el siguiente aspecto.

Ilustración 4: Pantalla principal del programa EcosimPro v3.3

Lo primero de todo es crear un Workspace, dentro de éste iremos añadiendo las distintas bibliotecas que necesitemos. Nosotros hemos creado dos bibliotecas, en la primera, llamada DESAL tendremos los ficheros .el desarrollados (lo adjuntamos en anexos); y en la segunda almacenamos todos los experimentos que hemos ido montando para testear los distintos componentes creados. En esta última biblioteca llamada DESAL_EXAMPLES tendremos también el experimento de partes de la planta de osmosis inversa, y el experimento donde recreamos el montaje completo de ésta. Los tipos de datos que utilizaremos serán los siguientes:

REAL: número en punto flotante. INTEGER: puede almacenar números enteros ya sean positivos o negativos.

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BOOLEAN: es una variable booleana, tomará los valores TRUE o FALSE. TABLE_1D: es una tabla de una dimensión de números REAL. TABLE_1D: es una tabla de dos dimensiones de números REAL. TABLE_1D: es una tabla de tres dimensiones de números REAL. ENUM: este tipo nos permitirá crear un conjunto de variables.

El fichero principal donde se encuentran diseñados los componentes primarios se llama DESAL_common.el, además de este fichero en la biblioteca DESAL podemos encontrar tres componentes secundarios, estos tienen un archivo .el y otro .eds ya que han sido creados mediante ECOSIM DIAGRAM la herramienta para crear experimentos de Ecosim Pro. Estos dos componentes están formados por otros componentes, por eso han sido creados mediante dicha herramienta, después han sido compilados y se le ha asignado un símbolo. De esta manera podremos utilizarlo en posteriores experimentos. Esta es una de las grandes ventajas del lenguaje orientado a objeto, la reutilización de código. El fichero DESAL_common.el utilizará las bibliotecas de control y de matemáticas, donde se definen algunos tipos de puertos y variables globales que utilizaremos en nuestros componentes. La cabecera de este fichero la mostramos a continuación donde podemos ver la referencia a las bibliotecas CONTROL, MATH, dos variables ENUM definidas y otras variables globales constantes necesaria para el modelado de los componentes.

LIBRARY DESAL USE CONTROL USE MATH -- Constants CONST REAL g = 9.806 "gravity acceleration (m/s**2)" CONST REAL cp = 4186 "specific heat of water (J/kg*K)" ENUM membrana= {p,Q,TDS,T} "variables de la membrana" CONST REAL Ni=2 CONST REAL Rg=8.31e3 CONST REAL Mw=58.8e3

Como vemos tenemos definidos un tipo ENUM de esta manera en cualquier parte de la librería podemos definir una variable utilizando esta estructura.

REAL feed [membrana] Esta variable definida está construida con cuarto variables: p, Q, TDS, T. Y podemos darle valores a cada una de ellas poniendo la variable correspondiente como índice entre corchetes. Como por ejemplo: feed [Q]. Después de la cabecera del fichero principal se encuentran las funciones definidas, los puertos y los componentes. Empecemos viendo la estructura de los componentes.

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3.1. COMPONENTES Al igual que en otros lenguajes orientados a objetos podemos crear componentes abstractos, donde se definirán partes generales que comparten otros componentes más complejos. Estos componentes abstractos serán heredados por los componentes más complejos. Nosotros en nuestro fichero principal tenemos definido un componente abstracto llamado HidroCanal: ABSTRACT COMPONENT HidroCanal PORTS IN Hidro hp_in "Puerto Hidro de entrada" OUT Hidro hp_out "Puerto Hidro de salida" DATA REAL z_in = 0 "geometric elevation of inlet (m)" REAL z_out = 0 "geometric elevation of outlet (m)" TOPOLOGY PATH hp_in TO hp_out END COMPONENT Todos los componentes que necesiten una entrada de fluidos y una salida heredarán este componente abstracto. También es posible heredar componentes que no sean abstractos, con el fin de realizar una ampliación. A continuación vamos a explicar cuál es la estructura de los componentes y las instrucciones más importantes en cada uno de ellos.

COMPONENT Reactivo IS_A HidroCanal Esta es la cabecera de los componentes, como vemos aparece el nombre del componente, Reactivo, y después hereda el componente abstracto HidroCanal. PORTS En este bloque colocaremos los puertos que utilizará en componente. Los puertos es una de las partes más importante a la hora de modelar, posteriormente lo explicaremos con más detalle. Por ahora basta saber que en los puertos definiremos una estructura de variables. Estas variables servirán para que los componentes se comuniquen unos con otros. De esta manera los puertos pueden ser IN o OUT, dependiendo que sea de entrada o de salida del componente. DATA En este bloque definiremos todas las variables de diseño del componente. Las variables se editarán a la hora de construir el objeto. Esto nos permite construir un objeto específico utilizando las ecuaciones del componente genérico. Por ejemplo, las ecuaciones que rige el comportamiento de una bomba centrífuga es igual para todas las bombas, pero cada bomba tiene unas características propias. Pues estas características propias: tamaño, eficiencia, rendimiento, etc; son las variables que definiremos en el bloque DATA. Las variables se pueden definir por defecto en el código del mismo componente, o directamente cuando se crea el objeto en el experimento utilizando la herramienta ECODIAGRAM. DECLS Aquí definiremos las variables que utilizará el componente en las ecuaciones. Puede ser de cualquier tipo presentado anteriormente. Existen

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distintas instrucciones especiales para definir una variable, destacaremos el prefijo EXPL. La variable señalada de esta manera será calculada de forma explícita por una ecuación en el bloque de CONTINUOUS. No permitiremos que los algoritmos internos de ECOSIM se base en esa ecuación para calcular otra variable. Por ejemplo en el bloque DECLS podremos encontrar: EXPL REAL dv,y en el bloque de continuo encontramos su ecuación explícita: dV = PI * (d/2)**2 * dl, la cual nos valdrá para calcular el diferencial de volumen, pero no ninguna otra de las variables que contiene. TOPOLOGY Este bloque sirve para indicar la estructura que tiene el componente internamente, por ejemplo se utilizará cuando se quiere crear un componente complejo basándose en otros componentes ya diseñados. Entonces indicaremos como se conectan los puertos de todos los componentes simples y finalmente cuales serán los puertos de salida del nuevo componente más complejo. INIT Aquí inicializaremos las variables que necesitemos. Este código se ejecutará únicamente una vez, al inicio del experimento. Las instrucciones se ejecutarán secuencialmente, están permitidos bucles y condiciones. DISCRETE Describirá el comportamiento discreto del componente. Sólo están permitidas las instrucciones discretas, la más importante es la instrucción WHEN. Cuando ocurra un evento contemplado en este bloque, automáticamente se atenderá y una vez dentro del correspondiente WHEN se seguirán las instrucciones de manera secuencial. Cuando se terminen todas las instrucciones, si hubiese otro evento que se hubiera activado en consecuencia del anterior se atenderá de la misma forma que antes. Cuando ya no haya ningún evento que atender en el bloque DISCRETE se pasará de nuevo al bloque CONTINUOUS. Otra instrucción importante en este bloque el ASSERT, nos permitirá producir interrupciones cuando la condición que tiene entre paréntesis sea FALSE. Las interrupciones pueden ser de distintas importancia, algunas son meramente una nota de aviso o peligro y otras paran de inmediato la ejecución del experimento. Las interrupciones se lanzarán cuando las variables han tomados valores que son peligrosos para el estado de la planta desaladora, o incluso que no pueden darse en la realidad. CONTINUOUS En este bloque vendrá descritas todas las ecuaciones que describen el comportamiento del componente. Están permitidas ecuaciones diferenciales, integrales y algebraicas. Las ecuaciones pueden estar todas relacionadas, no es necesario que estén despejadas, ya se encargará ECOSIM de llegar a la solución correcta de todas las variables. En este bloque existen una serie de instrucciones que son interesantes de comentar y que utilizaremos en muchas ocasiones. ZONE Nos permite definir una variable a trozos, y en cada trozo se calculará de una determinada manera.

Declorar = ZONE (hp_in.Cl > Cl_deseado) hp_in.Cl - Cl_deseado OTHERS 0

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En este caso Declorar se calculará con la primera ecuación cuando se cumpla la condición y valdrá cero cuando no se cumpla.

EXPAND La utilizaremos cuando queremos repetir una ecuación muchas veces, o un número de veces que nos lo darán como parámetro.

EXPAND (i IN 2,Nsec)

dV * Temp[i]'= hp_in.Q * (Temp[i-1] - Temp[i])

En este ejemplo se repetirá la ecuación para los valores de i desde 2 hasta Nsec.

IMPL() Indica que si la variable que presenta entre paréntesis aparece en otras ecuaciones, se utilice únicamente la siguiente ecuación para determinarla.

IMPL(Temp[1]) Temp[1]= hp_in.T

END COMPONENT Con esta instrucción se finaliza y cierra el componente diseñado.

3.2. PUERTOS El diseño de los puertos es la parte más importante en la simulación con EcosimPro. Los puertos son estructuras compuestas por varias variables. Nos servirán para que los componentes interactúen entre ellos. Las variables de los puertos pueden ser víctima de las ecuaciones de los componentes, y serán pasadas al siguiente componente. Podemos distinguir entre dos tipos de puerto, ya sea de entrada a un componente, IN, o de salida, OUT. En los puertos también está permitida la definición de puertos abstractos, que posteriormente serán heredados por otros. Los puertos juegan un papel crucial a la hora de unir componentes. En cada enlace de cables entre un componente y otro se deberán cumplir las ecuaciones que se definen en el puerto en cuestión. Vayamos viéndolo con ejemplos. A continuación vamos a ir presentando los puertos que utilizaremos en nuestra plataforma de simulación, tanto los que hemos utilizados de las bibliotecas como los que hemos necesitado crear. De la biblioteca CONTROL: Utilizaremos los siguientes dos puertos.

PORT analog_signal SINGLE IN EQUAL OUT REAL signal END PORT PORT bool_signal SINGLE IN EQUAL OUT BOOLEAN signal END PORT

Como podemos observar en la definición del puerto aparece la instrucción SINGLE IN esto significa que sólo estará permitido colocar un cable en el puerto que definamos como entrada. En cambio si el puerto está definido como salida podemos poner varios cables que lleven la variable signal a otros componentes. Las salidas serán todas iguales

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y tendrán el valor de la variable signal, esto se consigue definiendo la variable como EQUAL OUT. Pondremos un esquemático a continuación para que se entienda mejor lo que está permitido y lo que no. La siguiente gráfica es lo que sí está permitido para estos dos puertos comentados.

Ilustración 5: Componente con una entrada y tres salidas.

Pero no estará permitida más de una entrada, a no ser que se quite de la definición del puerto esa restricción. Definiciones de puertos en nuestra librería DESAL: Tenemos definido tres puertos, uno de ellos es una ampliación de otro. Comenzaremos presentando el puerto fluido, este puerto describe el comportamiento de los fluidos.

PORT fluido SUM IN REAL TDS "Composición del agua a desalar(mg/l)" SUM REAL Q "Caudal volumétrico (m**3/s)" EQUAL REAL p "Presión (Pa)" EQUAL OUT REAL T "Temperatura (ºK)" REAL h "Entalpía (J/kg)" SUM IN REAL wh "Energía del fluido (W)" EQUAL OUT REAL d "Densidad del agua de mar (kg/m**3)" CONTINUOUS --Densidad de la mezcla a una temperatura d= 498.4*(1.0069-2.757e-4*(T-273.15)) + \ sqrt(248400*((1.0069-2.757e-4*(T-273.15))**2)\ +752.4*(1.0069-2.757e-4*(T-273.15))*TDS/1000) -- Entalpía h = T * cp -- Energía del fluido wh = Q * rho * h END PORT

Como podemos observar en la definición del puerto, no tenemos ninguna restricción ni en el número de entradas ni en el número de salidas. Con este puerto una estructura como la siguiente es completamente válida.

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Ilustración 6: Componente con dos entradas y tres salidas.

Vamos a estudiar más detenidamente los posibles comportamientos de las variables. Pueden ser combinaciones de IN, OUT, SUM, EQUAL o no tener ningún tipo de comportamiento, y sólo participar en las ecuaciones del continuo.

• Si es definida como IN, cuando a la entrada del componente hay más de dos cables esta variable se verá modificada como indique el comportamiento de la definición: será la suma de las entradas, SUM; o tomará el mismo valor que las entradas, EQUAL. En el caso de que se defina como EQUAL, y las dos o más entradas no sean iguales, entonces se producirá un error al crear la partición. Evidentemente si sólo hubiese una entrada, la variable del puerto de entrada al componente tomará el valor de esa única entrada en ambos casos, SUM y EQUAL.

Ilustración 7: Entrada al componente, IN.

• Si es definida como OUT, cuando haya más de una salida, todas ellas

tomará el mismo valor que el puerto de salida del componente si su comportamiento es EQUAL, o todas ellas sumadas deberán de dar el puerto de salida del componente si se define como SUM.

Ilustración 8: Salida del componente, OUT.

Cada variable tendrá un comportamiento y se le asignará un valor, como se ha definido. Pero hay variables que sólo tienen definido el comportamiento a la entra o sólo a la salida. Para poder calcular el valor en las situaciones complementarias es

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necesario el bloque CONTINUOUS, donde se ven relacionas todas las variables y se calcularán aquellas que necesiten ser calculadas indirectamente. El segundo puerto definido en la librería DESAL es una ampliación al puerto visto anteriormente, lo llamaremos Hidro. Además de tener las características de los fluidos, tiene otras variables que caracterizan el agua, pH, nivel de cloro residual, y índice de sedimentación o colmatación, SDI.

PORT Hidro IS_A fluido SINGLE IN EQUAL REAL PH "Nivel de PH" EQUAL REAL Cl "Concentración de cloro residual (mg/l)" EQUAL REAL SDI "Índice de Colmatación o ensuciamiento" END PORT

Este puerto sí tiene restringidas las entradas, sólo puede tener una. Esto es debido a que no tenemos ecuaciones para poder establecer una relación en el bloque de CONTINUOUS entre las tres nuevas variables y las anteriores. Entonces sólo está definido fielmente el comportamiento de las tres variables cuando es salida de un componente. Para poder unir dos tuberías será necesario acudir a un componente llamado UNION, donde realizaremos una mezcla volumétrica de las concentraciones. Posteriormente explicaremos este componente con mayor profundidad. El último puerto definido en nuestra librería es el puerto date. Este puerto nos servirá para llevar la fecha en la que nos encontremos en cada instante, a cualquier componente que la necesite conocer.

PORT date SINGLE IN EQUAL OUT INTEGER hour "Hora, de 0 a 23" EQUAL OUT INTEGER week_day "Día de la semana, de 1 a 7" EQUAL OUT INTEGER day "Día del mes, de 1 a 31" EQUAL OUT INTEGER month "Meses, de 1 a 12" EQUAL OUT INTEGER year "Años" END PORT

La fecha vendrá compuesta por la hora del día, el día de la semana, el día del mes, y el año. 3.3. FUNCIONES EcosimPro nos permitirá llamar funciones escritas en otros lenguajes, C/C++ y Fortram. Pero además podremos crear funciones utilizando su propio lenguaje, EcosimPro Language. Para modelar la planta desaladora nos serviremos de dos funciones creadas directamente en el leguaje de EcosimPro: EsBisiesto, y RO. La primera nos servirá para saber si el año en el que estamos es bisiesto o no. La segunda contiene el modelo de una membrana de Osmosis Inversa de arrollamiento en espiral. Las dos funciones las veremos con detalle en puntos posteriores. La estructura de una función en EcosimPro Language es la siguiente:

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FUNCTION BOOLEAN EsBisiesto (IN INTEGER year) Es la cabecera de la función. Indicamos que se trata de una función, después se indica el tipo que devuelve la función, el nombre, y finalmente los parámetros que se le deben pasar. DECLS En este bloque definiremos las variables locales que necesite la función. BODY Contiene todas las instrucciones de la función. Se ejecutarán de manera secuencial. Evidentemente no está permitido aquí ecuaciones diferenciales ni integrales, serán ecuaciones explícitas, bucles y condiciones. RETURN Para devolver el valor de la función END FUNCTION Instrucción que finaliza y cierra la función.

3.4. ECO DIAGRAM Ya hemos descrito toda la librería, ya tenemos definido los puertos, las funciones y los componentes. El siguiente paso es utilizar los componentes diseñado para crear un experimento. Para ello nos serviremos del programa EcoDiagram, la pantalla principal tiene el siguiente aspecto.

Ilustración 9: Pantalla principal del software EcoDiagram.

A la izquierda de la imagen vemos abierta nuestra librería, y en el centro está abierto un experimento creado por EcoDiagram. Para crear un experimento basta con abrir las librerías que necesites e ir arrastrando y uniendo los componentes que se necesiten. Cuando esté terminado lo salvaremos en la librería DESAL_EXAMPLES en formato .eds y lo compilaremos. Cuando se compile se creará el archivo .el y saltará a EcosimPro.

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3.5. EXPERIMENTOS Una vez que tenemos un diagrama compilado, podremos crear una partición y dentro de ésta, experimentos. Para crear la partición nos dirigiremos la solapa Experiments de EcosimPro. Allí se encontrará nuestro diagrama ya compilado. Con el botón derecho se hará clic en él y se seleccionará New Partition, en esos momentos EcosimPro empezará a testear el montaje y decidirá cuales son las variables que necesita como entrada para poder realizar el experimento. Si no consigue encontrar ningún camino para obtener relación entre todas las variables dará error, eso significará que no están bien diseñados los componentes o hay algún problema en los puertos. Si todo va bien EcosimPro te propondrá una serie de variables de entrada. Es bueno que las variables de entrada que te proponga sean exactamente las variables que tu quieres poner de entrada al experimento, sino no ocurriese, se pueden cambiar. Pero hay que vigilar que los resultados que estás obteniendo sean correctos. Porque puede que no se hayan diseñado bien los componentes o los puertos, y el algoritmo que internamente realiza EcosimPro para buscar la solución al problema no sea el que nosotros queremos. Cuando nos disponemos a crear una partición nos aparecerá la siguiente pantalla.

Ilustración 10: Pantalla para crear una partición de un experimento en EcosimPro.

Esta es lo que nos saldrá si queremos realizar una nueva partición del Diagrama que mostramos arriba. Todas las variables que nos propone en un primer momento EcosimPro son las que nosotros queremos realmente como variables de entrada. Entonces las incluimos todas pulsando el botón Add All y le damos a Next. En ocasiones las particiones necesitarán variables especiales para completar bucles. En nuestro caso

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no se da y cuando le damos a Next nos aparecerá una ventana para escribir en nombre de la partición que hemos diseñado y ya tendremos lista la partición para crear todos los experimentos que queramos con el montaje en cuestión. En el experimento se les darán valores a las variables de entrada. También aparecerán las condiciones de contorno de las ecuaciones diferenciales que no se hayan iniciado en el bloque INIT del correspondiente componente. Presentaremos a continuación la estructura de un experimento. EXPERIMENT exp1 ON Camara_Isobarica_NEW_2etapas_2modulos.mi_part Esta es la cabecera del experimento, en él se indica el nombre del experimento, el montaje realizado en EcoDiagram al que corresponde y el nombre de la partición que hemos definido. DECLS Aquí definiremos las variables que nos hagan falta para ejecutar el experimento. Por ejemplo, si queremos asignar a una variable de entrada un valor dependiente del tiempo, podremos crear una tabla de la siguiente manera:

TABLE_1D fun = {{0,15,30},{0.003,0.004,0.002}}

Esta tabla de una dimensión la utilizaremos en el bloque BOUNDS para que la variable caudal volumétrico tome el valor 0.003 para los primeros quince segundos, 0.004 para los siguientes quince segundos, y 0.002 para después de los treinta segundos, y hasta que dure el experimento.

INIT En este bloque se darán valores iniciales a las variables dinámicas, para resolver lo bucles, en nuestro caso no hay ninguna de estas variables. También se darán valores a las condiciones iniciales de las ecuaciones diferenciales que no hayan sido dadas en el bloque INIT del componente correspondiente.

BOUNDS Aquí estará todas las variables de entrada que hemos elegido a la hora de crear la partición. Las variables pueden tener valores constantes durante todo el experimento, o se pueden utilizar funciones: pulsos, triángulos, escalones, etc. Como ejemplo, para utilizar la variable TABLE_1D definida en DECLS y dar valores escalonados a la variable caudal volumétrico de la tubería uno deberíamos utilizar la función timeTableStep:

Tuberia_1.hp_in.Q = timeTableStep(TIME,fun)

BODY Señalaremos el instante de tiempo en el comenzará el experimento con la variable TIME, el tiempo irá pasando de forma continua hasta llegar a TSTOP donde terminará el experimento. El valor de la variable CINT nos indicará con que precisión queremos realizar el experimento, es el intervalo de integración. Finalmente la instrucción INTEG( ) lanza el experimento asumiendo que se han definido los valores de las variables anteriores de comienzo, fin, e intervalo de integración.

END EXPERIMENT Indica el cierre del experimento.

Las variables que nosotros utilizaremos de entrada y de salida del sistema serán: Q, p, T, y TDS. Las otras variables las utilizaremos para definir como debe comportarse el fluido cuando se encuentre con bifurcaciones, cambio de componentes, o incluso dentro de los componentes.

20

La primera ecuación, la ecuación de la densidad la hemos sacado de un artículo de membrana en arrollamiento en espiral “Estimation of Transport Parameters of RO membranas for Seawater Desalination” de la revista AIChE Journal. Este artículo será adjuntado en los anexos.

La segunda ecuación es idéntica a la que viene en la librería HIDRAULIC. La tercera se utiliza también en la librería HIDRAULIC, pero hemos tenido que hacer una pequeña modificación para utilizar el puerto caudal volumétrico en lugar del puerto caudal en masa. La modificación consistió en multiplicar por la densidad (Kg/m^3).

21

4. COMPONENTES MODELADOS 4.1. BOMBAS CENTRÍFUGAS

4.1.1. Introducción.

El transporte de fluidos es una operación crucial en el proceso industrial de la desalación. No sólo necesitamos transportar fluidos de un punto a otro de la instalación, sino que también necesitamos que en diversos puntos de ésta el fluido llegue con una determinada presión. Por ejemplo a la entrada de las membranas necesitamos una presión entorno a los 60 bares para su correcto funcionamiento. Existen seis formas de transportar un fluido:

• Fuerza centrífuga. • Desplazamiento volumétrico. • Impulso mecánico. • Transferencia de momento por otro fluido. • Fuerza electromecánica. • Gravedad.

Fuerza Centrífuga: Consiste en producir energía cinética, que proviene de una fuerza centrífuga, para convertirse parcialmente en energía por presión con las características siguientes:

a) La descarga es relativamente constante y libre de pulsaciones de presión. b) El diseño mecánico permite manejar grandes capacidades. c) Ofrece una operación eficiente en un gran rango de presiones y capacidades. d) La presión de descarga es función de la densidad del fluido.

Desplazamiento volumétrico o positivo: Consiste en causar la descarga parcial o total de un fluido de un recipiente por medio de un segundo fluido o mediante medios mecánicos. En este grupo se encuentran incluidas las bombas Reciprocantes y de diafragma. Sus características son:

a) Desarrollan altas presiones de descarga. b) La descarga es generalmente pulsante, a menos que se utilice un equipo auxiliar para evitarlo. c) No manejan grandes gastos. d) Son extremadamente eficientes para el manejo de gastos bajos. e) Poco recomendables para el manejo de fluidos viscosos.

Impulso mecánico: Dentro de esta clasificación se encuentran las bombas rotatorias, de engranes, lóbulos, cuchillas, bombas y ventiladores de flujo axial etc. Transferencia de momento por otro fluido: Consiste en la aceleración de un fluido con el fin de transferir su momento a otro. Por medio de este principio se desarrollan los equipos para manejar líquidos corrosivos y para desalojar otros equipos. Ejemplos de

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éstos son los sprays a presión, algunos pozos petroleros, las aspersoras agrícolas, los eductores de líquido y los eyectores de vapor. Fuerza Electromecánica: Cuando el fluido es un buen conductor de electricidad, como sería el caso de los metales fundidos, es posible aplicar un campo electromagnético alrededor de la tubería con el objeto de crear una fuerza que impulse al fluido.

4.1.2. Definición Una bomba es una turbo máquina generadora para líquidos. Transforma la energía mecánica, generalmente de origen eléctrico, enenergía hidráulica .

Se emplean para bombear toda clase de líquidos, (agua, aceites de lubricación, combustibles ácidos, líquidos alimenticios, cerveza, leche, etc.). También se emplean las bombas para bombear los líquidos espesos con sólidos en suspensión, como pastas de papel, melazas, fangos, desperdicios, etc.

Un sistema de bombeo puede definirse como la adición de energía a un fluido para moverse o trasladarse de un punto a otro.

Una bomba centrífuga es una máquina que consiste en un conjunto de paletas rotatorias encerradas dentro de una caja o cárter; o una cubierta o carcasa. Las paletas imparten energía al fluido por la fuerza centrífuga. A continuación describiremos brevemente los elementos de los que consta una bomba centrífuga: Tubería de aspiración: concluye prácticamente en la brida de aspiración. Impulsor o rodete: formado por un conjunto de álabes que pueden adoptar diversas formas, según la misión a que vaya a ser destinada la bomba, los cuales giran dentro de una carcasa circular. El rodete es accionado por un motor, y va unido solidariamente al eje, siendo la parte móvil de la bomba. El líquido penetra axialmente por la tubería de aspiración hasta la entrada del rodete, experimentando un cambio de dirección más o menos brusco, pasando a radial, (en las centrífugas), o permaneciendo axial, (en las axiales), acelerándose y absorbiendo un trabajo. Los álabes del rodete someten a las partículas de líquido a un movimiento de rotación muy rápido, siendo proyectadas hacia el exterior por la fuerza centrífuga, creando una altura dinámica de forma que abandonan el rodete hacia la voluta a gran velocidad, aumentando también su presión en el impulsor según la distancia al eje. La elevación del líquido se produce por la reacción entre éste y el rodete sometido al movimiento de rotación. Voluta: es un órgano fijo que está dispuesta en forma de caracol alrededor del rodete, a su salida, de tal manera que la separación entre ella y el rodete es mínima en la parte superior, y va aumentando hasta que las partículas líquidas se encuentran frente a la abertura de impulsión. Su misión es la de recoger el líquido que abandona el rodete a

23

gran velocidad, cambiar la dirección de su movimiento y encaminarle hacia la brida de impulsión de la bomba. La voluta es también un transformador de energía, ya que frena la velocidad del líquido, transformando parte de la energía dinámica creada en el rodete en energía de presión, que crece a medida que el espacio entre el rodete y la carcasa aumenta, presión que se suma a la alcanzada por el líquido en el rodete. En algunas bombas existe, a la salida del rodete, una corona directriz de álabes que guía el líquido antes de introducirlo en la voluta. Tubería de impulsión: instalada a la salida de la voluta, por la que el líquido es evacuado a la presión y velocidad creadas en la bomba.

Ilustración 11: Diagrama de una bomba centrífuga.

Ilustración 12: Estructura de una bomba centrífuga.

24

Estos son, en general, los componentes de una bomba centrífuga aunque existen distintos tipos y variantes. 4.1.3. Curvas características.

Curva Característica Q-H de una instalación: La pérdida de presión o altura que se experimenta en cualquier punto de una instalación es proporcional al cuadrado de la velocidad del líquido circulante. Dado que el caudal es la velocidad multiplicada por la superficie de la tubería, la expresión genérica que nos queda es la siguiente:

2QHp ⋅= ϕ (1)

Ilustración 13: Curva característica de la instalación.

Curva característica Q-H de una bomba: Análogamente a lo que ocurre con las instalaciones las características hidraúlicas de una bomba se expresan mediante una curva construida sobre los ejes Q-H de caudal y altura. Los puntos de dicha curva son obtenidos en fábrica mediante el estrangulamiento de una válvula colocada a la salida de la bomba. Los caudales y alturas correspondientes a distintas posiciones de la válvula son obtenidos mediante caudalímetros y manómetros, respectivamente. Por ejemplo en la curva Q-H de la ilustración 4 podemos ver como para cada determinado tipo de bomba le corresponde una curva Q-H. A cada entrada de caudal en metros cúbicos partido horas, le corresponde un determinado incremento de presión en metros de agua.

25

Ilustración 14: Curva característica de bombas de la empresa Bloch.

Potencias y rendimiento de una bomba: Antes de analizar la potencia consumida por una bomba debemos definir algunos conceptos.

Potencia consumida: la representaremos por P1, es el gasto energético por unidad de tiempo. (Potencia IN PUT)

Potencia necesaria (P2): es aquella que, para cada posición de la curva Q-H, ha de verificarse en el eje de rotación de la bomba. (Potencia OUT PUT)

Potencia desarrollada (P3): o útil, es aquella que puede medirse traducida en el movimiento del líquido (caudal y altura).

Todas las potencias definidas tendrán unidades de KiloWatios (KW). La relación entre P2 y P1 se llama rendimiento del motor, tomará valores entre 0.6 y 0.85. El rendimiento del motor depende de características puramente eléctricas y es constante para cada modelo de bomba.

1

2

PP

=ρ (2)

La relación entre la potencia desarrollada P3 y la necesaria P2 en cada posición de la curva Q-H se denomina Rendimiento de la bomba y se representa por la letra η. Tomará valores comprendidos entre cero y uno. El Rendimiento, que es función básicamente del caudal que mueve la bomba, se incluye, además, la pérdida de potencia que se produce por rozamiento de los cojinetes, la viscosidad del líquido, formación de torbellinos, pérdidas por ranuras…

26

2

3

PP

=η (3)

Las características de la bomba se representan por las curvas Q-H, Rendimiento de la bomba y algunas veces también se representa la curva de la potencia P1. Las curvas darán un determinado valor de altura, Rendimiento, y potencia para un determinado caudal de entrada. En la ilustración 5 podemos ver un ejemplo de estas tres curvas.

Ilustración 15: Curvas de la bomba modelo 6640 de la empresa Zoeller, a 1725rpm.

En ocasiones los fabricantes dan la información de las curvas en tablas, adjuntamos en el anexo una hoja con dichas especificaciones.

A la hora de elegir una bomba tenemos que tener en cuenta que la curva Q-H esté por encima de nuestro punto de trabajo y tiene un buen Rendimiento.

P3 lo obtendremos indirectamente de la curva Q-H, a partir de la siguiente fórmula, donde la potencia como siempre tendrá unidades de KW, el caudal en metros cúbicos por hora y la altura, en metros de agua.

HQP ⋅⋅⋅= −3

3 10726.2 (4)

Una vez que hemos observado la curva Q-H y hemos obtenido P3 con la ecuación número 4, utilizaremos la gráfica del Rendimiento de la bomba y la ecuación número 3 para obtener P2. Para saber el consumo de la bomba en KW, utilizamos la ecuación 2.

27

El coste energético en dicho punto de operación vendrá dado por la ecuación número 5.

pKWhtPCe ⋅⋅= 1 (5) Donde Ce es el coste energético en euros; t es el tiempo en horas; y pKWh es el precio del KWh en euros.

4.1.4. Modelo de bomba

Hemos diseñando un modelo genérico de bomba de manera que podamos utilizar la flexibilidad que nos aporta el lenguaje orientado a objetos. El componente Bomba podrá ser construido para que cumpla con las ecuaciones característica de las bombas que ya se encuentran en la base de datos, o incluso con curvas de un nuevo modelo. Estas curvas pueden ser almacenadas en la base de datos y utilizarse en experimentos posteriores.

Ilustración 16: Componente Bomba

Tiene un puerto de entrada de tipo Hidro, y dos puertos de salida, uno de tipo Hidro, y otro de tipo analog_signal por donde indicará el consumo de la bomba en KW (P1).

Para construir una bomba utilizando este objeto le debemos indicar a la hora de crear el diagrama el Rendimiento del motor ρ (%1), y cargar o crear las tablas de la curva Q-H y la del Rendimiento de la bomba (%).

Dado un caudal de entrada miraremos las tablas y realizaremos una interpolación para calcular el valor de la altura (metros de agua) y el valor del Rendimiento (%). Utilizaremos la función de EcosimPro linearInterp1D(TABLE_1D tabla, REAL caudal). También podríamos hacer una interpolación mediante funciones Splines, esto nos aporta una mayor suavidad, asegura la continuidad de la primera y segunda derivada. A continuación representaremos las dos tablas con las dos posibles interpolaciones.

28

Curva Q-H con interpolado Spline:

100

200

300

400

500

600

700

800

0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020Bomba_1.hp_in.Q

Bomba_1.AlturaS

Curva Q-H con interpolado lineal:

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020Bomba_1.hp_in.Q

Bomba_1.Altura

Rendimiento con interpolado Spline:

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020Bomba_1.hp_in.Q

Bomba_1.EtaS

29

Rendimiento con interpolado lineal:

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.0000 0.0005 0.0010 0.0015 0.0020Bomba_1.hp_in.Q

Bomba_1.Eta

El incremento de presión se obtiene de la curva Q-H teniendo en cuenta que nosotros las presiones la medimos en Pascales (1m = 1e4 Pascales). La bomba tiene un sistema de primer orden. En la siguiente gráfica vemos la dinámica en presiones para un caudal de entrada de 0.0015m^3/s.

Presión de salida vs presión de entrada:

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24TIME

Bomba_1.hp_in.pBomba_1.hp_out.p

La temperatura de salida es igual que la entrada, también se conserva el caudal, la concentración, y el resto de variables del puerto Hidro.

Una vez que conocemos P3 mirando la tabla de caudal altura, por medio de la siguiente ecuación obtenemos la potencia necesaria.

100/3

2 ηPP =

Y finalmente dividiendo la potencia necesaria entre el rendimiento del motor, obtendremos la potencia consumida, este valor saldrá por el puerto analog_signal. En la siguiente gráfica vemos la variación del consumo de la bomba frente al caudal de entrada.

30

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0.000 0.001 0.002 0.003 0.004Bomba_1.hp_in.Q

Bomba_1.Consumo.signal

En la librería DESAL también tenemos diseñado una bomba booster y una bomba de alta presión regulada con una señal de entrada tipo analog_signal.

Ilustración 17: representación gráfica del componente Bomba_BP y Bombad.

Ambas bombas tienen las mismas ecuaciones de consumo que hemos explicado anteriormente, pero en estas no tendremos una curva de caudal altura que nos marque el incremento de presión que proporciona la bomba. En estos modelos tenemos un puerto de entrada tipo analog_signal, el puerto de abajo. Por dicho puerto recivirá una señal que regula su punto de trabajo. Podrán trabajar al rendimiento máximo cuando esta señal tome el valor de uno; y no proporcionará ningún incremento de presión cuando por el puerto le llegue un valor de 0. La presión máxima que puede aportar la bomba de alta presión tiene por defecto el valor de 60e5 Pascales, y la bomba booster, 10e5 Pascales.

31

4.2. TUBERÍAS 4.2.1 Introducción Las ecuaciones dinámicas de la tubería para la caída de presión y conservación del caudal ya estaban diseñadas en EcosimPro versión 3.3. Antes de explicarlas veamos unas nuevas instrucciones que debemos utilizar del EcosimPro Language.

REAL sqrt (REAL x) Nos proporciona la raíz cuadrada de x. REAL fpow2 (REAL x, REAL xm) Devuelve el valor de spow2(x) excepto en el intervalo [-xm, xm] donde tendrá un comportamiento lineal. REAL spow2 (REAL x) Devuelve el cuadrado de x con el signo original. Las ecuaciones utilizadas son las siguientes:

2

2⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

dPIA

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅

⋅⋅⋅⋅=lf

dinhplamdpdsqrtAlamQ .__2_

2

)_,._(25.0)__(._._Arhod

lamQrhoQinhpfpowlfoutzinzgrhopouthppinhp⋅⋅

⋅⋅⋅⋅=−⋅⋅+−

QinhpQouthp ._._ =

TinhpTouthp ._._ =

Donde las variables tienen el siguiente significado: PI: constante pi, definida en la librería de matemáticas. A : representa el área de la tubería (m2). d : diámetro de la tubería (m). Q_lam : caudal volumétrico correspondiente a dp_lam, expresado en m3/s. dp_lam : caida de presión en un diferencial, lámina de caudal, expresado en Pascales. l : longitud de la tubería (m). f : factor de fricción en la tubería, es adimensional. hp_in.d : es la densidad del puerto de entrada (Kg/m3). hp_in.p : presión en el puerto de entrada (Pascales). hp_out.p : presión en el puerto de salida (Pascales). rho: densidad ideal del agua, tiene un valor constante definida al inicio de la librería igual a 1000 Kg/m3. g: aceleración de la gravedad, es también una constante definida al principio de la librería, toma el valor de 9.806 m/s2. z_in : elevación geométrica de la tubería de entrada (m). z_out: elevación geométrica de la tubería de salida (m).

32

hp_in.Q: caudal volumétrico de entrada a la tubería, expresado en m3/s. hp_out.Q: caudal volumétrico de salida (m3/s). hp_in.T: temperatura a la entrada de la tubería (ºK). hp_out.T: temperatura a la salida de la tubería (ºK).

Las cuatro primeras ecuaciones las hemos conservado intactas, pero en la temperatura hemos metido una dinámica de primer que después explicaremos. 4.2.2 Modelado El componente que se encarga de describir el comportamiento del fluido a través de una tubería se llama Tubería, y su representación gráfica es la siguiente.

Ilustración 18: Representación gráfica del componente Tuberia.

El componente consta de dos puertos tipo Hidro, uno de entrada y otro de salida. Para las variables caudal volumétrico, y presión utilizaremos las mismas ecuaciones que presentamos en la introducción. El resto de variables deberán simular la existencia de una interfase de fluidos con distintas características. Este comportamiento lo conseguiremos dividiendo la tubería en un número de segmentos que se le pasará como parámetro, y que por defecto tomará el valor diez. Cada segmento tendrá un sistema de primer orden tomando como valor de referencia, el valor que tenga la variable en cuestión del segmento anterior. De esta manera el segmento i tenderá a los valores que tenga el segmento i-1. Veamos un esquemático de cómo sería para la variable concentración de sales (mg/l).

Ilustración 19: Esquema de la dinámica en tubería para la concentración de sales.

Las ecuaciones en EcosimPro quedarían de la siguiente manera para esta variable:

IMPL(c[1]) c[1]= hp_in.TDS EXPAND (i IN 2,Nsec) dV * c[i]'= hp_in.Q * (c[i-1] - c[i]) hp_out.TDS = c[Nsec]

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Tendremos un arrays de variables c[Nsec], su tamaño dependerá del valor que le demos a Nsec. Y gracias a la instrucción EXPAND podemos programar tantas ecuaciones diferenciales como queramos, aunque el número de ecuaciones no se sepa hasta la hora de construir el componente. La variable dV es el diferencial de volumen, es decir el volumen de fluido que hay en una sección, y dl es el diferencial de longitud. --Volumen de una sección dV = PI * (d/2)**2 * dl --Longitud de una sección dl= l/Nsec El primer elemento del array recibirá el valor de entrada del puerto de la variable correspondiente, en este caso estamos estudiando la concentración de sales en el fluido. Y con las siguientes variables del array se programará una ecuación diferencial de primer orden tomando como valor de referencia c[i-1]. Finalmente por la salida de la tubería saldrá en todo momento el valor del último segmento de la tubería, c[Nsec]. Como tenemos Nsec – 1 ecuaciones diferenciales, tendremos que dar al principio del experimento valores iniciales a Nsec – 1 variables. Estos valores iniciales se pueden dar a la hora de crear un experimento, o en el bloque INIT del componente que estamos tratando, en este caso la tubería. Es conveniente dar las condiciones iniciales en cada uno de los componentes, es más práctico.

FOR (i IN 2,Nsec) c[i] = 30000 --Todas las tuberías están llenas a 30000mg/l de sal. END FOR

Las cuatro variables que nos faltan: pH, Temperatura, Concentración de cloro, y Índice de sedimentación; tendrán exactamente la misma dinámica para simular su paso por la tubería. Veamos a continuación gráficamente como cambian las variables del puerto de entrada al pasar por el componente Tuberia. Simularemos únicamente una tubería construida con los siguientes parámetros:

-------CONSTRUCTION PARAMETERS---------- Nsec INTEGER 10 -----------------DATA-------------------- z_in REAL 0 geometric elevation of inlet (m) z_out REAL 0 geometric elevation of outlet (m) f REAL 0.02 friction factor () l REAL 5 pipe lenght (m) d REAL 0.1 pipe diameter (m) dp_lam REAL 1000 pressure drop for laminar flow (Pa)

En el experimento definiremos tablas de dimensión uno para poder dar a las variables de entrada valores escalonados utilizando la función timeTableStep. Veremos el comportamiento de interfase al cambiar dos veces el fluido de entrada a la tubería, a los 15 y a los 30 segundos. El experimento comenzará en 0 y concluirá a los 50 segundos.

34

TABLE_1D funCl ={{0,15,30},{0,3,0.09}} TABLE_1D funpH ={{0,15,30},{8,5,7}} TABLE_1D funSDI ={{0,15,30},{25,12,4}} TABLE_1D funT ={{0,15,30},{298,293,290}} TABLE_1D funTDS ={{0,15,30},{30e3,38e3,25e3}} TABLE_1D funp ={{0,15,30},{1.8e5,3e5,1.5e5}}

Concentración de cloro: la concentración de cloro residual en la entrada pasará de valer 0, a 3 mg/l a los 15 segundos, y posteriormente a los 30 segundos pasaremos a tener 0.09 mg/l.

0

1

2

3

0 10 20 30 40 50 60TIME

Tuberia_1.hp_in.ClTuberia_1.hp_out.Cl

Nivel de pH: el nivel de pH en la entrada irá de 8 a un valor ácido, 5. A partir de 30 segundos tendremos un pH neutro.

5

6

7

8

0 10 20 30 40 50 60TIME

Tuberia_1.hp_in.PHTuberia_1.hp_out.PH

Índice de colmatación: tendremos a la entrada inicialmente un índice igual a 25. A los 15 segundos introduciremos un fluido con un índice de 12 y finalmente a partir de los 30 segundos valdrá 4.

35

0

5

10

15

20

25

0 10 20 30 40 50 60TIME

Tuberia_1.hp_in.SDITuberia_1.hp_out.SDI

Temperatura: Empezaremos a 298ºK, conmutará a 293ºK a los 15 segundos, y finalmente a 290ºK a los 30 segundos.

290

291

292

293

294

295

296

297

298

0 10 20 30 40 50 60TIME

Tuberia_1.hp_in.TTuberia_1.hp_out.T

Concentración de sales: inicialmente las tubería tendrá un fluido con una concentración de sales de 30000 mg/l, ésta pasará a tener el valor típico del agua del Mediterráneo a los 15 segundos, 38000mg/l. Y finalmente a partir de los 30 segundos conmutará a 26000 mg/l.

24000

26000

28000

30000

32000

34000

36000

38000

0 10 20 30 40 50 60TIME

Tuberia_1.hp_in.TDSTuberia_1.hp_out.TDS

Presión: vemos que la presión no tiene dinámica, tan sólo sufrirá una pequeña caída.

36

168000

170000

172000

174000

176000

178000

180000

182000

184000

186000

188000

190000

0 10 20 30 40 50 60TIME

Tuberia_1.hp_in.pTuberia_1.hp_out.p

Caudal volumétrico: El caudal volumétrico no se verá afectado por el componente Tubería, todo el caudal que entra sale instantáneamente por la salida. Esto los simularemos así porque los fluidos no se pueden apenas comprimir. En la librería DESAL hemos diseñado también una ampliación de la tubería, debido a que en algunas ocasiones necesitamos conocer el tiempo que tarda el fluido en recorrer la tubería entera. La representación gráfica del componente Tuberia_A es la siguiente.

Ilustración 20: Representación gráfica del componente Tuberia_A.

Este componente hereda al componente Tuberia, por lo tanto tiene todas las ecuaciones descritas anteriormente. La única diferencia es la adición de un nuevo puerto tipo analog_signal, que utilizaremos para indicar el tiempo que tarda el fluido en recorrer la tubería entera. La ecuación que da valor a este puerto es la siguiente.

t_dePaso.signal = PI * (d/2)**2 *l / hp_in.Q

37

4.3. AJUSTE DEL pH. 4.3.1. Introducción teórica

Una de las propiedades más importantes de una disolución acuosa es su concentración en ión hidrógeno (H+ o H3O+), que en general se expresa en términos del pH = -log[H+]. El ión hidrógeno ejerce un gran efecto en la velocidad de muchas reacciones químicas.

El pH del agua a desalar es elevado, en agua de mar toma valores alrededor de 8 y agua salobre alcanza valores aún mayores. A este nivel de pH la planta no operará en condiciones óptimas. La desinfección del agua no será efectiva a estos niveles de pH y se podrían producir precipitados que afectarían al proceso. El rango de la membrana acepta valores de pH entre 2 y 11, pero no trabajaría en su punto óptimo. En consecuencia debemos ajustar el pH del agua a desalar, esto se hará añadiendo una dosis de ácido sulfúrico cuando se quiera bajar el pH o una dosis de carbonato sódico cuando se quiere subir el pH. Dependiendo de en qué punto de la planta de osmosis inversa nos encontremos nos interesará subirlo o bajarlo. El ajuste del pH es el primer tratamiento que recibe el agua a desalar. Nos interesa hacer el pH más ácido puesto que la efectividad de desinfección que se hará posteriormente con Hipoclorito sódico está muy condicionada al valor de éste. La efectividad puede pasar del 27.69% en un nivel de pH 8 y a 20ºC, a una efectividad del 79.29% en un nivel de pH 7 y a 20ºC. Posteriormente, cuando se haya realizado la desinfección nos interesa llevar el pH a neutro para que cuando entre en los filtros de arena y de afino, éstos no sean dañados. Finalmente cuando el agua sale por el canal de permeado una vez desalada tiene un nivel de pH entorno al 5. Para el consumo humano el agua debe tener un nivel de pH entre 6.5 y 9.5 cumpliendo con el Real Decreto 140/2003, de 7 de febrero (incluido en anexos). A continuación vemos una curva de valoración ácido-base, donde a 50 ml de HCl 0.1 M le vamos añadiendo NaOH 0.1 M y vamos obteniendo los puntos de pH mediante un pH-metro. Nos serviremos de estas curvas para modelar la dosis necesaria en cada momento dependiendo del pH existente, el pH deseado y el caudal volumétrico que tengamos.

38

Ilustración 21: Curva de valoración ácido-base.

4.3.2. Modelado. El componente Ajuste_pH posee dos puertos de tipo Hidro, uno para la entrada del fluido y otro de salida. Nos permite ajustar el pH del fluido entrante a un valor que se le pasará a la hora de construirlo.

Ilustración 22: Representación del componente Ajuste_pH

Por el puerto de salida el fluido tendrá el pH deseado y todas las demás variables del puerto Hidro no sufrirán ninguna modificación.

Para subir el pH utilizaremos NaOH y para bajarlo ácido sulfúrico. Las concentraciones que debemos añadir en cada momento dependerán del pH de entrada, el pH que queramos a la salida y el caudal volumétrico que tengamos en cada instante. A la hora de construir este componente le pasamos dos curvas de valoración:

TABLE_1D pH_NaOH TABLE_1D pH_H2SO4

39

Curva de valoración pH_NaOH

010203040506070

0 5 10 15

pH

ml

La curva que vemos es la de pH_NaOH que es exactamente la que vimos en teoría pero cambiando los ejes. En el eje de las x ponemos el pH, ya que éste será el valor que debemos mandarle a la tabla para poder consultar la dosis necesaria en mililitros La tabla de pH_H2SO4 es la inversa a ésta, comenzando en pH 12 y llegando a pH 1 a medida que vamos añadiendo mililitros de H2SO4.

Curva de valoración pH_H2SO4

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15

pH

H2S

O4

(ml)

Para calcular la dosis que tenemos que añadir en cada instante tendremos que consultar la tabla dos veces de la siguiente manera. Si el pH que tenemos es menor que el que deseamos, esto ocurre en el post-procesado, utilizamos la primera curva de valoración, pH_NaOH. Entonces consultamos la tabla pasando como valor de pH el deseado, la tabla nos devolverá los ml necesarios de NaOH 0.1M que ha sido necesario añadir a 50ml con pH 1. A este valor le restamos la cantidad de ml que tendríamos que haber añadido para conseguir el pH que ahora mismo tenemos en el puerto de entrada, esto lo hacemos consultando por última vez la curva de valoración.

40

De esa diferencia obtendremos cuál será la cantidad necesaria en mililitros de NaOH 0.1 M para pasar el pH que tenemos a la entrada al pH deseado. Pero como esto está normalizado para 50ml debemos desnormalizarlo para el caudal que realmente tenemos en la entrada del componente. Las ecuaciones que utilizaremos para calcular definitivamente la dosis necesaria, ya sea para subir o bajar el pH, serán las siguientes:

--La dosis será proporcional al volumen de agua tratada en

cada momento --Pasamos el caudal a ml/s, dividimos entre 50ml y

multiplicamos por NaOH_50ml Dosis_NaOH = NaOH_50ml * hp_in.Q*1e6/50 --Pasamos el caudal a ml/s y dividimos entre 50ml y

multiplicamos H2SO4_50ml Dosis_H2SO4 = H2SO4_50ml * hp_in.Q*1e6/50

Evidentemente solo una de las dos dosis será distinta de cero, dependiendo de si queremos subir o bajar el pH.

En la salida, el pH obtendrá el valor deseado, y el resto de variables del puerto de entrada no se verán modificadas. Veremos gráficas de la dosis necesaria a añadir y el cambio del pH cuando realicemos el montaje de todo el preprocesado de la planta desaladora, no merece la pena ver un experimento únicamente con este componente.

41

4.4. DOSIFICADOR DE REACTIVOS 4.4.1. Introducción teórica. El agua a desalar, ya sea proveniente del mar directamente, a través de pozos, lagos, o ríos, contiene bacterias. La desinfección de éste agua es una fase imprescindible en una planta desaladora. Es necesario eliminar completamente la contaminación, bacteriológica o por algas. De lo contrario la actividad biológica dañaría las membranas.

Existen diversas técnicas para la desinfección: cloro gas, hipoclorito sódico, hipoclorito cálcico, el ozono, o incluso la radiación ultravioleta.

Nosotros nos centraremos en los tres primeros. El cloro podrá adoptar tres formas distintas al añadirse al agua: cloro elemental, ácido hipocloroso ClOH, e ión hipoclorito OCl- . Las reacciones básicas de cloración según sea el producto que se emplee son:

Cloro Gas: HClHOClOHCl +=+ 22 Hipoclorito sódico: NaOHHOClOHNaOCl +=+ 2 Hipoclorito cálcico: 222 )(22)( OHCaHOClOHOClCa +=+

Dependiendo del pH, el ClOH, tanto si proviene del gas cloro como si es del hipoclorito, se disocia posteriormente en iones H+ y OCl-.

La eficiencia del cloro como desinfectante se mide mediante lo que llamamos cloro libre residual. Este es el cloro que queda en el agua tras un período largo de contacto. El cloro puede reaccionar química y biológicamente en sus dos formas descritas anteriormente (ClOH y OCl-), pero la que tiene más poder de desinfección es el ClOH, casi 100 veces mayor que su compañero. Por ello nos centraremos exclusivamente en la acción del ácido hipocloroso como poder desinfectante.

La concentración del ClOH presente en un agua depende del pH, temperatura y concentración de sales que tenga. Por lo tanto la concentración de la dosis a aplicar depende de las condiciones que tenga el agua a desalar.

A continuación presentamos una gráfica donde podemos ver el tanto por ciento de ClOH sin disociar en función del pH, considerando constante las otras dos variables. La concentración de sales es de 38000mg/l y la temperatura es de 20ºC, estos dos valores son los característicos del agua del mar mediterráneo.

42

%HOCl sin disociar

-20

0

20

40

60

80

100

120

0 5 10 15

pH

% d

e H

OC

l

Ilustración 23: % de HOCl sin disociar.

Pero el cloro no sólo actúa como desinfectante, sino que además al ser un oxidante fuerte, reacciona con otros elementos que pueden estar presentes en el agua. Por ello, si existiesen dichos elementos en el agua la concentración de cloro a añadir sería ligeramente mayor. En este modelo supondremos que no existe ni amonio ni nitrógeno y por lo tanto la tabla que hemos presentado nos daría el tanto por ciento del cloro que se quedaría como cloro residual.

Se desea obtener una cantidad de cloro residual entre 1 y 3 mg/l, antes del filtro de arena. Esta concentración deberá ser reducida a 0.1mg/l antes de que el agua entre en contacto con la membrana ya que al estar hecha de poliamida no permite una concentración superior.

Para calcular el tiempo de contacto necesario entre el cloro añadido y el agua a desinfectar se utiliza el llamado Factor de desinfección.

Factor de desinfección = Tiempo de contacto (min) * Concentración de cloro libre (mg/l)

El Factor de desinfección tomará valores dependiendo del pH del agua a desalar, los valores se muestran en la siguiente gráfica.

43

Factor de desinfección

-505

10152025303540

0 5 10 15 20pH

Fact

or d

e de

sinf

ecci

ón

Ilustración 24: Factor de desinfección para agua de mar.

Consultando esta tabla podemos ver el Factor de desinfección que tenemos, y posteriormente aplicando la fórmula anterior, calcular el tiempo de contacto necesario en minutos.

4.4.2. Modelado

El componente diseñado para la desinfección se llama Dosificador_de_Reactivo. Consta de dos puertos de tipo Hidro, uno de salida y otro de entrada. Y como parámetros a la hora de construirlo se le pasa la cantidad de cloro libre que se desea en el puerto de salida, y las dimensiones de la tubería de la que consta este componente para que el cloro esté en contacto con el agua el tiempo adecuado y así asegurar la desinfección del agua.

La representación gráfica del Dosificador de Reactivo es la siguiente:

Ilustración 25: Representación del componente Dosificador_de_Reactivo.

Este componente está diseñado a su vez por otros tres: Reactivo, Comparador y Tuberia_A. A continuación adjuntamos el montaje interno del componente Dosificador_de_Reactivo.

44

Ilustración 26: Montaje interno del componente Dosificador de Reactivo.

El Reactivo se encargará de añadir la concentración de cloro necesaria para la desinfección del agua utilizando las tablas y ecuaciones vistas anteriormente en la teoría. Consta de tres puertos, dos tipo Hidro, uno para la entrada y otro para la salida del agua; y otro tipo analog_signal por el que se manda el tiempo que necesita la dosis de cloro añadida para que desinfecte eficientemente el agua.

A la hora de construir este componente se le pasa la concentración de cloro que se desea a la salida, y tres tablas: la de disociación de HOCl, la tabla del Factor de desinfección, y por último una tabla que nos indica el incremento de pH que sufrirá el agua al añadirle el reactivo. Dependiendo de qué reactivo utilicemos el pH se verá afectado de una determinada manera: el cloro gas bajará el pH, sin embargo tanto el hipoclorito cálcico como el hipoclorito sódico lo aumenta, nosotros utilizaremos este último. Y diseñaremos una tabla para que aumente un grado el nivel de pH.

La Tubería_A no es más que una ampliación al componente Tubería, la ampliación consiste en la incorporación de un puerto tipo analog_signal por el que sacará el tiempo que tarda en recorrer toda la tubería el agua que entra. Con esta ampliación y con ayuda del componente Comparador podemos comprobar si efectivamente el tiempo que tarda el fluido en salir del componente es el suficiente como para que el cloro desinfecte el agua.

El Comparador lo único que hará será poner su salida tipo bool_signal al valor TRUE cuando efectivamente el tiempo de tránsito en la tubería sea mayor o igual al necesario para la desinfección. Si el valor de salida es FALSE el tiempo de tránsito por la tubería será insuficiente. EL componente Dosificador_de_Reactivo recogerá el valor del puerto de salida del Comparador en la variable local OK, y cuando reciba FALSE emitirá un error indicando que la longitud o diámetro de la tubería es insuficiente.

ASSERT (OK) ERROR "La tubería del Dosificador_de_Reactivo es muy corta, es necesario ponerla más larga para que se desinfecte correctamente"

Las gráficas para ver realmente los cambios que se producen en este componente, las analizaremos más adelante cuando realicemos el experimento de todo el preprocesado.

45

4.5. DECLORACIÓN 4.5.1. Introducción teórica Las membranas son muy sensibles a los oxidantes y especialmente al Cl2. Nuestra membrana está fabricada con poliamida, la cual es aún más sensible a estos agentes. Es necesario que el agua a la entrada de la membrana tenga una concentración de cloro inferior a 0.1mg/l. Teniendo en cuenta que para la desinfección en el paso anterior ha sido necesario llegar a concentraciones entorno a los 3mg/l, es de obligado cumplimiento realizar la decloración del agua.

De las muchas técnicas existentes para la decloración nos hemos decantado por la adición del SO2, dióxido de azufre. Este es un gas que necesita equipos especiales para su manipulación pero su bajo coste y alta eficacia lo hace el idóneo en estas circunstancias.

Estequiométricamente se necesitan 0.9 mg/l de SO2 para eliminar 1 mg/l de ácido hipocloroso, aunque con esta cantidad no se asegura la eliminación de la totalidad del cloro residual, ya que pueden existir otros agentes oxidantes en el agua clorada que reaccionen con el dióxido de azufre. De esta manera en la práctica se añade 1.05 mg/l de dióxido de azufre por cada 1 mg/l de cloro.

Si hubiese exceso de SO2, no habría problemas ya que reaccionaría con el oxígeno ayudando también a la eliminación de la actividad biológica.

El tiempo de contacto necesario para la eliminación es de 20 a 30 segundos.

4.5.2. Modelado

El componente Decloracion al igual que el componente Dosificador_de_Reactivo, está compuesto a su vez de tres componentes, siguiendo el mismo esquema.

Ilustración 27: Montaje del componente Decloracion.

46

Esta vez es el componente SO2 el que añade la dosis de dióxido de azufre, 1.05 partes de SO2 por cada parte de cloro que se desea eliminar. Y calcula mediante una tabla que se le pasa a la hora de su construcción el tiempo necesario para que la eliminación se realice satisfactoriamente. De nuevo el tiempo de contacto necesario y el tiempo de tránsito del fluido a través de la tubería son comparados en el componente Comparador, obteniendo TRUE si todo es correcto. Si fuera FALSE se emitiría un mensaje a la hora de ejecutar el programa señalando que el tiempo de transito por la tubería es inferior al necesario.

ASSERT (OK) WARNING "La tubería del declorador es muy corta, es necesario ponerla más larga para que se declore eficientemente"

El componente Decloracion viene representado por el siguiente objeto.

Ilustración 28: Representación simbólica del componente Decloracion.

Como podemos observar consta de dos puertos tipo Hidro, uno de entrada y otro de salida. Como parámetros a la hora de su construcción le pasamos el cloro que deseamos a la salida y las dimensiones de la tubería. El componente SO2 sólo modificará la variable Cl del puerto de entrada, dándole el valor del cloro deseado si el de la entrada fuera mayor, o conservando el valor de la entrada si resulta que la concentración de cloro que se desea a la salida es mayor. En este último caso se emitirá un mensaje comentando que no ha sido falta declorar el agua de entrada.

ASSERT (hp_in.Cl > Cl_deseado) NOTE "No ha sido necesario declorar el agua"

Debido al componente Tuberia_A, a la salida del componente Decloracion observaremos una dinámica en la temperatura, concentración de sales, pH, SDI, tendiendo a los valores de entrada del puerto Hidro_1. La presión sólo sufrirá una caída. El caudal volumétrico a la entrada será el misma que a la salida, ya que consideraremos despreciable el volumen de la dosis añadida. Y el nivel de cloro tenderá al Cl deseado, como hemos comentado antes, pero con la dinámica proporcionada por el componente Tuberia_A. Las gráficas de este componente al igual que todos los presentes en el preprocesado de la planta desaladora, los veremos conjuntamente en un experimento que englobará todo el preprocesado que recibe el agua que se va a desalar.

47

4.6. FILTROS DE ARENA 4.6.1. Introducción teórica. Es el primer tratamiento físico que recibe el agua a desalar, su objetivo es la total eliminación de las partículas no coloidales, y parte de éstas. Los filtros de arena están compuestos por una o más capas de material filtrante. El material no tiene porque ser necesariamente arena, son capas de materiales con diferente granulometría. Estas capas serán de distintos grosores y estarán superpuestas una sobre otras. Materiales filtrantes: para poder determinar el tipo de material filtrante y el número de capas que necesitamos, se debe realizar pruebas con muestras del agua a desalar. Los materiales más utilizados son los siguientes.

Antracita 0.8 – 1.2 mm Arena 0.5 – 0.8 mm. Granate 0.4 – 0.6 mm. Magnetita 0.3 – 0.4 mm.

Actualmente se están investigando nuevos materiales de filtración, como por el ejemplo un material polimérico en forma de microgramos o bolas a las que se agrega algún aditivo que les confiere propiedades electroquímicas. Realizan de esta manera una función de filtrado debido a su granulometría y además una retención electroquímica de un determinado tipo de partículas coloidales en función de su carga y afinidad química. El agua entrará por la parte superior del filtro e irá atravesando las distintas capas de material a una cierta velocidad, finalmente el agua filtrada se recogerá por la parte inferior. La velocidad de filtración dependerá del número de capas, su espesor, su granulometría y de la presión aplicada. En cuanto a la velocidad de filtración, podemos clasificar los filtros en lentos y rápidos. En osmosis inversa sólo se utilizan los filtros rápidos. Podemos clasificarlos también en abiertos o de gravedad y cerrados o de presión. Los filtros rápidos de gravedad funcionan a velocidades entre 7 y 12 m3/m2 * h, y los cerrados a velocidades entre 5 y 7 m3/m2 * h. Filtros abiertos: Son depósitos con una altura necesaria para efectuar la filtración, rondan el metro o metro y medio de altura. En la parte superior lleva un falso suelo con unas boquillas para recorrer el agua filtrada, ésta se almacenará en un depósito para ser bombeada hacia la siguiente fase. Filtros de presión: son depósitos generalmente metálicos, aunque también en ocasiones lo podremos encontrar de plástico, que trabajan a presiones de 3.5 - 7.5 Kg/cm2. En su parte inferior se colocan unos colectores o placas con boquillas que recogen el agua que atraviesa el material filtrante. Estos filtros pueden ser verticales u horizontales. Y sus dimensiones se verán limitadas tanto por el material utilizado en su construcción como por el espesor de éste. El precio del filtro se verá afectado en gran medida por el material que se utilice, de esa manera las dimensiones están limitadas

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para no encarecer su precio. En ambos tipos de filtro de presión el diámetro no sobrepasará los 4 metros, en longitud, los verticales tienen longitudes comprendidas entre 1.5 y 4 metros, mientras que los horizontales pueden llegar a medir hasta 20 metros.

Todos estos filtros realizarán la separación de los sólidos de dos formas: en superficie, por medio de las primeras capas; y en profundidad, donde los sólidos serán retenidos en las capas inferiores. El diseño debe conseguir que la filtración en profundidad sea la predominante. Cuando un filtro es diseñado correctamente la gráfica de pérdidas de carga para un volumen de agua variable debe ser de forma lineal con una pendiente de subida uniforme, como ocurre en la siguiente figura.

Curva de pérdidas de carga

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0 0,05 0,1 0,15

Caudal filtrado (m^3/s)

Pérd

ida

de c

arga

(K

g/cm

^2)

Ilustración 29: Pérdida de carga de un filtro bien diseñado.

Si estuviese mal diseñado, la gráfica sería la siguiente.

Curva de pérdidas de carga

00,20,40,60,8

11,21,4

0 0,05 0,1 0,15

Caudal filtrado (m^3/s)

Pérd

ida

de c

arga

(K

g/cm

^2)

Ilustración 30. Pérdida de carga en un filtro mal diseñado.

49

En esta última se abusa de la filtración en superficie. Nos da lugar a una curva del tipo exponencial. Para solucionar el problema deberemos sustituir el medio superior por uno más grueso que permita que los sólidos penetren para las capas interiores. Si no hacemos tal cambio, se formará una capa compacta en la superficie provocando una gran pérdida de carga. Cuando los huecos del material filtrante se obstruyen es necesario realizar la limpieza del filtro. Este punto se puede saber midiendo la turbidez del agua de salida o comprobando cuanto ha sido la pérdida de presión en el filtro. Generalmente se limpiarán los filtros cuando estos tengan una pérdida de carga de 0.5 – 1 Kg/cm2 en los filtros de presión y 0.3 – 0.8 Kg/cm2 en los filtros abiertos. La limpieza consiste en la recirculación del agua en sentido contrario. El agua que se utilice para el lavado debe haber sido previamente filtrada, por lo tanto tendremos dos opciones: utilizar el agua que están filtrando otros filtros en ese momento para la recirculación; o utilizar el agua de desecho de la membrana. Ésta última posibilidad es una muy buena solución, utilizamos el agua que ya íbamos a desechar para limpiar los filtros, esta agua aún teniendo una alta concentración en sales está filtrada y es perfecta para este fin. El caudal que se necesita para hacer un correcto lavado es superior al de filtración, debe permitir la expansión del medio poroso en un 15 – 20 %. Los sólidos se remueven liberando las partículas, las cuales serán arrastradas por la corriente de agua. Es necesario también dotar a la instalación de una bomba soplante para el suministro de aire. El aire permitirá que el medio filtrante vuelva a colocarse correctamente en su estado inicial, las partículas con mayor granulometría debe permanecer en las capas superiores mientras que las de menor, en las capas inferiores. Además el aire nos permite mejorar la efectividad del lavado contracorriente y reducir el caudal de agua de lavado. El aire facilita el desprendimiento de las partículas que son posteriormente arrastradas por el agua. El aire se introduce por la parte inferior del filtro a unas velocidades de 18 – 27 m3/m2 * h, mientras que la velocidad del agua de lavado es de unos 18 m3/m2 * h. El lavado de los filtros no la vamos a contemplar en la parte del diseño, puesto que las simulaciones no durarán tanto tiempo, no dará lugar a que los filtros se obstruyan. En la planta desalinizadora de Carbonera, Almería, se utilizan filtros de presión horizontales. Aunque nosotros diseñemos un filtro genérico, más tarde a la hora de construir el componente en la simulación le añadiremos los parámetros necesarios para construirlo de las mismas características que el que se utiliza en dicha planta de osmosis inversa. 4.6.2. Modelado Diseñaremos un componente genérico para el filtro de arena de presión, que son los que se utiliza en osmosis inversa. Este componente consta de dos puertos tipo Hidro, uno para la entrada del fluido que queremos filtrar y otro para la salida.

50

Ilustración 31: Representación gráfica del componente Filtro_Arena.

En el componente Filtro_Arena la única variable del puerto de entrada que se enviará sin modificar a la salida será el caudal volumétrico. No consideraremos ninguna dinámica ni ninguna variación en esta variable. La temperatura, concentración de cloro, pH, y concentración de sales sin embargo tendrán una dinámica de primer orden con un retraso. El tiempo de subida del sistema de primer orden y el retraso dependerán del caudal volumétrico que entre en el filtro y de las dimensiones de éste. Las ecuaciones donde se calcula el Retraso y la constante del sistema de primer orden, K, son las siguientes.

--Cálculo dinámico del Retraso y constante del sistema de primer orden K = PI * (D/2)**2 * L / hp_in.Q Retraso = L / V * 3600 --Lo pasamos a segundos.

Las dimensiones del filtro deberán ser pasadas al componente Filtro_Arena al construirlo. Las otras dos variables del puerto de entrada que nos queda, el índice de colmatación (SDI), y la presión, sufrirán algunas modificaciones. El índice de colmatación se verá reducido en tal medida como eficiente sea el filtro. La eficiencia del filtro dependerá del material que se utilice para las capas, el espesor que se ponga de cada una de ellas, el número de capas que pongamos e incluso del tipo que sea el filtro, si es horizontal o vertical. La única forma de saber cómo se comporta el filtro es mediante la realización de pruebas en una planta piloto. Los datos que se obtengan podrán ser introducidos en una tabla. Esta tabla se le pasará como parámetro al componente Filtro_Arena a la hora de ser construido, de manera que pueda simular fielmente el filtro real. Un ejemplo de esta tabla la mostraremos a continuación en forma de gráfica.

51

Eficiencia de la filtración

01

23

45

67

0 5 10 15 20 25

SDI_in

SDI_

out

Ilustración 32: Acción del filtro al puerto de la entrada.

La variación del índice de colmatación tendrá evidentemente la misma dinámica que las variables anteriores. Ya que el agua entrará con un determinado índice de colmatación y hasta que ésta salga por el otro lado ya filtrada transcurrirá un tiempo. La última variable que nos queda, la presión, no tendrá ninguna dinámica, tan sólo sufrirá una pérdida de carga. La pérdida de carga que se da en el filtro al igual que ocurre con la eficiencia del filtro dependerá de muchos factores y deberá realizarse pruebas con cada tipo de filtro que se quiera modelar. Como vimos anteriormente en teoría un buen diseño del filtro significaba una pérdida de carga aproximadamente lineal, de tal forma construiremos nuestro filtro con la siguiente tabla de valores.

Pérdida de carga en el filtro

05000

10000150002000025000300003500040000

0 0,005 0,01 0,015 0,02

Caudal (m^3/s)

Cai

da d

e pr

esió

n (P

asca

les)

Ilustración 33: Perdida de carga del filtro de Arena.

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Tiene la misma forma que la pérdida de carga vista en teoría, pero en distintas unidades. Nosotros en EcosimPro trabajaremos con las presiones en Pascales, y el caudal volumétrico en m3/s. Por último señalar que se ha añadido en el bloque DISCRETE de este componente dos restricciones, una para no permitir caudales negativos y otra para no permitir presiones de entrada al filtro menores que la presión mínima necesaria para realizar el filtrado. Estos filtros trabajan como vimos en teoría a 3.5 - 7.5 Kg/cm2. Por lo tanto no deben tener a la entrada una presión menor que 3.43e5 Pascales.

ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "Caudal negativo en el filtro de arena" ASSERT (hp_in.p >= 3.43e5) FATAL "Poca presión de entrada en el filtro de arena"

Las gráficas de este componte las veremos en el experimento de Preprocesado.

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4.7. COAGULACIÓN Y FLOCULACIÓN 4.7.1. Introducción teórica La coagulación y floculación se realiza cuando con el filtrado no conseguimos un índice de sedimentación lo suficientemente bajo. Este proceso se realiza entre el filtro de arena y los filtros de afino. En algunas plantas desaladoras donde el agua a tratar tiene un SDI superior a 25 es conveniente además un proceso de decantación. Esto puede ocurrir cuando se trabaja con agua procedentes de ríos o lagos, pero cuando la toma es de agua de mar no se necesita. Por lo tanto nosotros nos centraremos en los dos primeros procesos. La misión del coagulante es desestabilizar los coloides y facilitar su aglomeración y posterior decantación en la fase de floculación. El coagulantes más utilizado es el cloruro férrico, y la dosis depende de múltiples factores que posteriormente veremos. Al añadir coagulantes es necesario una agitación violenta del agua para que la dispersión de los productos químicos sea rápida. Como comentamos la coagulación depende de muchos factores. El pH es la variable más importante que tenemos que cuidar en este proceso. Dependiendo de la composición del agua a tratar y del coagulante que utilicemos, el pH debe estar dentro de un determinado rango para el coagulante reaccione rápidamente. Nos interesa tener un pH neutro o un poco ácido. Por este motivo en ocasiones será necesario ajustar el pH después de la dosificación de reactivos, ya que como comentamos en otro apartado, dependiendo del reactivo que utilicemos el pH del agua podría subir o bajar. Las aguas contaminadas por aguas residuales necesitan una dosis de coagulante mayor para poder desestabilizar las partículas coloidales, mientras más turbia esté el agua, mayor será la cantidad necesaria. Por último si el agua tiene color, será debido a partículas de un diámetro superior a 3.5 nm, bastante menores que las partículas que producen la turbidez del agua. Para la eliminación de estas partículas es necesario realizar la coagulación con un pH más ácido, entre 4 y 6. Después de la coagulación pasamos a la fase de floculación, ésta se hará en un depósito de gran tamaño donde por medio de una agitación lenta y constante del agua, las partículas entrarán en contacto y formará flóculos. Estos flóculos se irán depositando en el fondo, y allí será fácil retirarlos. Temperaturas bajas pueden perjudicar a la decantación de los flóculos y tendrán tendencias a entrar más profundamente en los filtros. En nuestro caso trabajaremos con agua de mar, el agua del mediterraneo tiene una temperatura entre los 19 y 23 grados centígrados, así que no tendremos esos problemas. 4.7.2. Modelado Hemos modelado por separado los dos componentes, ambos tienen dos puertos tipo Hidro, uno para la entrada y otro para la salida. Y un puerto de salida tipo analog_signal, el cual nos indicará en cada momento la cantidad de potencia en KW que está consumiendo debido a los motores que mueven las aspas. La representación del Coagulante es la siguiente.

54

Ilustración 34: Representación gráfica del componente Coagulante.

En este componente todas las variables del puerto Hidro se verán afectadas por un sistema de primer orden y un retardo, excepto el caudal volumétrico y la presión. El retardo y la constante del sistema de primer orden deberán ser pasadas como parámetros al componente cuando se construya. En esta ocasión no modificaremos estas dos variables dinámicamente y dependiendo del caudal que entre por el puerto de entrada, debido a que la velocidad del sistema de primer orden no está sólo influenciado por las dimensiones del depósito y el caudal, sino que tiene una fuerte dependencia de cómo se realice la mezcla del coagulante. Dependerá del número de hélices que tenga, su dimensión y velocidad. Como estos datos no lo podemos averiguar mediante ecuaciones, deberán realizarse pruebas en la planta piloto e introducir los valores al modelo. Además de esta dinámica le pasamos una tabla de acción, para cambiar el SDI de la salida consultando el SDI de la entrada. El componente Floculación tendrá la siguiente representación.

Ilustración 35: Representación gráfica del componente Floculacion.

Este componente básicamente hará lo mismo que el anterior pero como el movimiento de las hélices es más lento la dinámica será más lenta. Igualmente le pasaremos una tabla de eficiencia del SDI, será aquí donde verdaderamente se mejore el índice de colmatación. Para calcular la potencia que consumen los motores de estos dos componentes no tenemos ecuaciones, así que le pasaremos como parámetro a la hora de su construcción una tabla a cada uno de ellos donde vendrá representado el consumo en KW frente al caudal volumétrico que está recibiendo el componente en cada instante.

55

4.8. FILTROS DE AFINO 4.8.1. Introducción teórica El filtro de afino nos garantizará un nivel del índice de sedimentación aceptable para la entrada de la membrana de osmosis inversa. El nivel de filtración puede llegar a ser hasta de una micra. Está formado por un eje hueco con perforaciones laterales, construido con un material resistente a la corrosión (PVC, aceros inoxidables). A éste eje se le enrolla un hilo, dependiendo del tipo de hilo, el tipo de enrollamiento y la tensión aplicada, conseguiremos un determinado tamaño de poro. Las dimensiones del filtro oscilan entre 0.25 m de longitud hasta 1.25 m. Estos filtros no se pueden limpiar, cuando la pérdida de carga sobrepasa unos umbrales estos filtros deberán ser desechados y sustituidos. Se han empezado a usar recientemente lo que se conoce como filtros plegables, su mayor superficie filtrante les permite disminuir las pérdidas de carga y aumentar el tiempo de funcionamiento. Estos filtros pueden tener una velocidad de filtración en torno a los 3 m/s. 4.8.2. Modelado El componente encargado de realizar el filtrado de afino se llama Filtro_Cartucho. Está compuesto por dos puertos tipo Hidro, uno de salida y otro de entrada.

Ilustración 36: representación gráfica del componente Filtro_Cartucho.

Para su construcción deberemos pasarle sus dimensiones, la velocidad de filtrado, la presión mínima de trabajo, y dos tablas de una dimensión llamadas Caida_P y Filtracion. Caida_P, indicará en función del caudal que tengamos a la entrada del componente la caída de presión que debe sufrir debido a la filtración. La presión de salida será la de entrada, menos esta caída de presión, sin ningún tipo de dinámica. Filtración, nos indica cómo se realizará el filtrado, introduciendo el índice de sedimentación que tenemos en la entrada del componente, nos dará el índice de sedimentación que conseguiremos a la salida del componente. El componente tendrá una dinámica para simular el tránsito del fluido por el filtro, esta dinámica afectará a todas las variables del puerto excepto la presión y el caudal

56

volumétrico. Será una dinámica de primer orden con un retraso, para todas las variables la misma:

)Re,(._

._

3600*Re

._2

2

trasoCdelayTDSouthp

CTDSinhptCK

VLtraso

Qinhp

LD

K

=

−=∂∂⋅

=

⋅⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅

=π

Este componente tendrá diseñada unas limitaciones de funcionamiento. Si la presión de entrada es menor que la mínima presión de trabajo del filtro, el experimento nos dará un error tipo FATAL y se interrumpirá la simulación. Si el caudal de entrada es negativo, tendremos una interrupción del mismo tipo. Por último, si el índice de sedimentación a la entrada es mayor que ocho el experimento sufrirá una interrupción tipo WARNING, la simulación continuará pero nos hará saber que el fluido de entrada tiene un índice de sedimentación muy elevado, y antes será necesario un filtro de arena. Finalmente señalar que este componente ha recibido las siguientes condiciones iniciales para las variables de las ecuaciones diferenciales:

PH = 7 Temp = 298 Cloro = 0 C = 30000 sdi = 2

57

4.9. CONTROLADOR DE BOMBA BOOSTER El controlador de la bomba Booster consta de dos puertos de entrada tipo analog_signal y uno de salida del mismo tipo. El primer puerto de entrada nos servirá para indicarle al controlador cual es la presión que se quiere conseguir después de la bomba Booster, y la segunda entrada nos indicará a qué presión se encuentra el fluido que entra en el bomba Booster. La salida será una señal normalizada, tomará un valor entre cero y uno, y le indicará a la bomba Booster en qué punto de trabajo debe estar para conseguir la presión deseada a la salida. La representación gráfica del componente Control_BP es la siguiente.

Ilustración 37: Representación gráfica del componente Control_BP.

Para comprender mejor el funcionamiento de este componente nos serviremos de un experimento sencillo compuesto por una bomba de alta presión, una bomba booster, tuberías, sensores de presión y el componente Union.

El puerto regulador del componente Bomba_BP, nos servirá para controlar la bomba Booster. La misión de la bomba Booster es la de incrementar la presión del fluido que viene desde la cámara isobárica para que consiga la presión deseada. En definitiva deberá compensar la caída de presión en tuberías, membrana y cámara isobárica, por ello tendrá un consumo mucho menor que la bomba de alta presión. La bomba Booster sólo es capaz de incrementar la presión de un fluido en 10e5 Pascales, mientras que la bomba de alta presión puede aportar un incremento de presión de 60e5 Pascales.

58

El funcionamiento del componente Control_BP_1 es el siguiente: calcula la diferencia que existe entre el fluido de media presión (entrada a bomba Booster) y el de alta presión (salida de la bomba de alta presión). Después le indica a la bomba Booster qué presión debe aportar para obtener la misma presión que el fluido que viene de la bomba de alta presión.

En este experimento nos centraremos en el estudio de las presiones, dejaremos de lado los demás puertos (concentración, temperatura, caudales…) debido a que no son transcendentales en el funcionamiento de las bombas.

Los valores introducidos a las variables de entrada del experimento son los siguientes:

Bombad_1.Reg.signal (%1) 1 HydPipe_1.hp_in.Q (m**3/s) 0.0012 HydPipe_1.hp_in.T (ºK) 298 HydPipe_1.hp_in.TDS (mg/l) 10000 HydPipe_1.hp_in.p (Pascales) 1.8e5 HydPipe_2.hp_in.Q (m**3/s) 0.0012 HydPipe_2.hp_in.T (ºK) 298 HydPipe_2.hp_in.TDS (mg/l) 20000 HydPipe_2.hp_in.p (Pascales) 53e5

A continuación veremos las gráficas más importantes de este montaje: Gráfica de presiones (Pascales) frente al tiempo (seg) en la bomba de alta presión:

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

7000000

0 10 20 30 40TIME

Bombad_1.hp_in.pBombad_1.hp_out.p

La bomba de alta presión comienza con un incremento de 50e5 Pascales, mientras que la bomba Booster comienza con un incremento de presión de 0 Pascales. La condición inicial que toma la presión se la debemos pasar a cada una de las bombas a la hora de su construcción.

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Gráfica de presiones (Pascales) frente al tiempo (seg) en la bomba Booster: Se aprecia como al principio no es necesario, pero ya a partir de los 20 segundos está trabajando a su máximo rendimiento.

5200000

5300000

5400000

5500000

5600000

5700000

5800000

5900000

6000000

6100000

6200000

0 10 20 30 40TIME

Bomba_BP_1.hp_in.pBomba_BP_1.hp_out.p

Gráfica de la entrada de regulación (%1) para la bomba Booster: Esta es la señal que sale del componente Control_BP para controlar la bomba Booster. Como podemos observar al principio no es necesario que la bomba Booster incremente la presión del fluido que le llega, porque la presión en la salida de la bomba de alta presión es menor que en la rama de abajo. Por ese motivo al principio la señal que controla la bomba Booster está a cero. Más adelante cuando la bomba de alta presión comienza a subir la presión, y llega a la presión deseada, ya si necesitamos subir la presión de la rama dos. La bomba Booster debe suministrar casi 10 bares, es decir debe trabajar casi a su máxima potencia. Por lo tanto la señal de control que le suministra el componente Control_BP es cercano a su máximo, 1.

0.0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

0 10 20 30 40TIME

Control_BP_1.Reg_BP.signal

60

Gráfica de las presiones (Pascales) en el componente UnionT_1: Aquí es donde verdaderamente se ve el buen funcionamiento del controlador de la bomba Booster. Vemos como en pocos segundos la presión proveniente de las dos ramas se igualan.

5100000

5200000

5300000

5400000

5500000

5600000

5700000

5800000

5900000

6000000

6100000

6200000

0 10 20 30 40TIME

UnionT_1.hp_in_1.pUnionT_1.hp_in_2.pUnionT_1.hp_out.p

61

4.10. CÁMARA ISOBÁRICA 4.10.1. Introducción teórica El fluido de desecho de las membranas de osmosis inversa tiene una presión entorno a 50e5 Pascales, éesta energía hidráulica ha de ser aprovechada. Las técnicas de aprovechamiento de energía en este campo están en estos momentos en auge, hace unos años se utilizaban dispositivos de recuperación de energía centrífugos, el agua movía una turbina y se generaba corriente eléctrica. Estos dispositivos tenían un rendimiento que no superaban el 80 %. La tendencia es aprovechar la energía hidráulica del fluido, para aportar presión al fluido de entrada a la membrana, sin necesidad de pasar por el dominio eléctrico. Estos dispositivos conocidos como cámaras isobáricas pueden conseguir una eficiencia del 97 %. El fluido de desecho entra en la cámara y por medio de unos pistones y aprovechando que los fluidos no se comprimen, le transfiere la energía hidráulica a un fluido que inicialmente estaba a una presión menor. Este montaje debe ser dotado con una bomba booster para corregir la caída de presión en los bastidores de la desalación y la caída de presión en la cámara, al no poder aprovecharse el 100 % de la energía hidráulica del canal de desecho. Modelaremos dos tipos de dispositivos de cámaras isobáricas: Piston-Type Work Exchangers, y Rotary PX-Pressure Exchanger. Con los dos dispositivos el fluido de entrada de baja presión sufrirá un incremento de salinidad, debido al fluido de desecho. Este incremento será mayor con el segundo dispositivo que con el primero. Pero el primer dispositivo tiene una pérdida de flujo aproximadamente del 3 %, mientras que el segundo no sufre pérdidas significativas. 4.10.2. Modelado El componente que simula la Cámara Isobárica se llama CamaraIso. Posee cinco puertos tipo Hidro. La representación gráfica de este objeto es la siguiente.

Ilustración 38: Representación gráfica del componente CamaraIso.

El flujo de alimentación entrará por el canal A, a baja presión. Este es el fluido al cual le queremos aportar energía hidráulica.

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El fluido de alta presión, proveniente del canal de desecho de la membrana de osmosis inversa, entrará por el canal G, este fluido aportará la energía hidráulica y después se desechará saliendo por el canal H a baja presión.

La Cámara Isobárica puede adaptarse dinámicamente al fluido que le llega de alta presión, es decir, cogerá del fluido proveniente de A aproximadamente lo que entra por G y el resto del fluido de A, si lo hubiese, saldrá por el canal C sin ser alterado. El fluido que se aprovecha de A para aportarle energía hidráulica saldrá por el canal D a una presión aproximada a la del canal G, y con una concentración y temperatura aproximada a la del canal A.

A esta breve explicación tenemos que añadirle que existen perdidas de flujo por presión, pérdida de flujo por lubricación, pérdidas de presión, y mezcla de sales entre los canales A y G.

Las ecuaciones que describen todo este comportamiento la ponemos a continuación:

Ilustración 39: Esquema de flujos dentro de la Cámara Isobárica.

Caudales: donde Lubricación y el Overflush son parámetros característicos del sistema de recuperación de energía.

QB = QG – Lubricación * QG QC = QA – QB QD = QB – Overflush * QG QH = QG + Overflush * QG

Concentraciones: donde SI es el incremento de salinidad debido al contacto del flujo de alimentación con el flujo del desecho de la membrana. Y M es un parámetro (%1), la mezcla volumétrica en la Cámara Isobárica.

Rec = (QC + QD – QG) / (QC + QD) SI = Rec * M * 1.025 CB = CA CC = CA CD = CB + SI * CG

63

CH = (CB*QB + CG*QG – CD*QB) / QH

Presiones:

HPDifPresion = 0.9e5 “Caida de presión en el canal de alta presión a 50e5 pascales” LPDifPresion = 0.8e5 “Caida de presión en el canal de baja presión a 1.5e5 pascales” HPdifP = HPDifPresion/50e5 * PG LPdifP = LPDifPresion/1.5e5 * PA PC = PA PB = PA PD = PG – HPdifP PH = PA – LPdifP

Temperaturas: la temperatura no sufrirá ninguna modificación cuando los flujos de baja y alta presión se encuentren dentro de la Cámara Isobárica. La temperatura del puerto C y D serán iguales a la del puerto A, y la del puerto H, será igual a la temperatura del puerto G. Cloro: la concentración de cloro residual permanecerá constante en cada uno de los dos canales, baja, y alta presión, al igual que la temperatura. Índice de sedimentación: tampoco sufrirá mezcla con el fluido de desecho. pH: permanecerá constante en cada uno de los canales del componente. Este componente realiza una realimentación. Para que a la hora de crear una partición en EcosimPro no dé errores, debemos dar valores iniciales. Para ello hemos creado un componente ficticio llamado Cebado_C_I. Tiene dos puertos tipos Hidro, uno de entrada y otro de salida.

Ilustración 40: representación gráfica del componente Cebado_C_I.

Tendrá la misma dinámica que una tubería de un metro de largo. Dará como valor inicial a la rama de realimentación un caudal igual a cero y una presión de 40 Pascales.

64

4.11. MEMBRANA DE OSMOSIS INVERSA 4.11.1. Introducción teórica. Debe de ser una membrana semipermeable que permita el paso del agua pero no el de sales. La membrana por sí sólo no podría soportar las presiones a las que son necesarias trabajar para obtener el agua desalada, y además el agua que obtendríamos con una única membrana semipermeable sería escasa. Por ello es necesario confeccionar estructuras por las que trascurra el agua de manera que se asegure su integridad, y buen funcionamiento. A continuación presentaremos las distintas estructuras que se han ido utilizando a lo largo de los años, analizando sus ventajas e inconvenientes. Membranas planas: fue el primer modelo que se utilizó. Son láminas colocadas en marcos de forma circular o rectangular que le confiere la resistencia necesaria para soportar las presiones de trabajo. La superficie de estas membranas era muy pequeña. Debían ser apiladas para conseguir un mayor caudal, pero aún así, no tuvieron mucho éxito salvo en el sector industrial de alimentación donde el caudal que se precisaba era pequeño. Estas membranas se podían limpiar fácilmente con aire y agua, su principal ventaja era que entre membranas existía una amplia separación, de unos pocos milímetros. Por ello también se utilizaban en aguas contaminadas, o con una gran carga orgánica.

Ilustración 41: membranas planas circulares.

Membranas tubulares: las membranas se colocaban dentro de tubos de PVC, en ocasiones se introducían varias en un mismo tubo. Esta estructura permitió mejorar la producción de agua desalada sin renunciar a las facilidades de limpieza. Pero aún la capacidad de aprovechamiento era pequeña, por lo que en la actualidad sólo se utilizan en la industria.

Ilustración 42: membranas tubulares.

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Membranas de fibras huecas: se comprobó que la resistencia de la fibra no dependía tanto del grosor, como de la relación ente los diámetros exterior e interior. Entonces se pensó diseñar membranas de tamaños muy reducidos y muy delgadas, con la idea de mejorar el caudal de permeado. Las membranas de fibras huecas están formadas por millones de tubos del tamaño de un cabello humano. Su extremada delgadez le permiten ser empaquetadas dentro de un tubo cilíndrico de pequeñas dimensiones. Éste le confiere protección y permite la circulación del agua a desalar, está fabricado con un material plástico de alta resistencia (PRFV). Actualmente este tipo de membranas son fabricadas tan sólo por dos firmas, Dupont y Toyobo.

Ilustración 43: estructura de una membrana de fibra hueca.

Membranas de arrollamiento en espiral: 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. Este tipo de membranas son fabricadas por Hydranautics, Dow, Toray, Fluid Systems, Trisep, y Desal Nitto-Denko. Nosotros nos centraremos en las membranas de arrollamiento en espiral, estas son más fáciles de limpiar que las de fibra hueca, son más permeables y permiten conseguir el mismo caudal en menos espacio. Además son menos exigentes, las membranas de fibras huecas necesitan preprocesados más complejos y caros. Veamos más detenidamente como es la arquitectura de la membrana que utilizaremos, arrollamiento en espiral.

66

La membrana semipermeable esta formada por tres capas: una base de poliéster, una capa de polysufone, y encima de estas dos, una fina capa de poliamida. Ésta última será la encargada de repeler las sales y dejar pasar el agua para las capas inferiores.

Ilustración 44: esquemático de una membrana semipermeable de Hydranautics modelo SWC4.

Entre dos de estas membranas semipermeables se introduce una capa por donde pasará el agua que se quiere desalar, creando turbulencias y favoreciendo el paso del agua a través de las membranas semipermeables.

Ilustración 45: esquemático de dos membranas con un canal de alimentación.

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 colocar el tubo de permeado, este tubo recogerá toda el agua ya desalada que ha ido atravesando las membranas semipermeables.

Ilustración 46: esquemático del corte típico de una membrana.

´ La estructura comentada se repetirá hasta tres veces en el modelo SWC4 de la firma Hydranautics. Se sellarán como hemos comentado los tres lados en cada una de estas tres capas, en el lado que resta quedará el tubo de permeado. Este se enrollará quedando una estructura cilíndrica. A continuación adjuntamos otro esquemático que muestra toda la estructura interna de un módulo de membrana de arrollamiento en espiral.

67

Ilustración 47: esquemático de la estructura interna de una membrana de arrollamiento en espiral.

Diseñaremos un componente genérico que pueda simular el comportamiento de cualquier membrana del tipo arrollamiento en espiral. Por defecto el componente será construido con la membrana SW30HR 380 de la firma Dow. Adjuntaremos en los anexos la ficha técnica de este modelo de membrana.

4.11.2. Modelado

El componente encargado de simular el comportamiento de una membrana de osmosis inversa de arrollamiento en espiral, se llama, ReverO_model. Consta de tres puertos tipo Hidro. Uno de entrada para el flujo de alimentación y dos de salida, uno para el flujo del permeado y otro para el desecho. La salida del flujo de permeado está indicada con una P en su representación gráfica.

Ilustración 48: representación gráfica del componente ReverO_model.

El modelo de osmosis inversa secciona la membrana en partes y realiza un cálculo iterativo para dar con la solución definitiva. Para poder definir este componente hemos creado también una función llamada RO, en ella están escritas todas las fórmulas del modelo de Osmosis Inversa comentadas en teoría.

68

El componente ReverO_model llamará a esta función cada intervalo de integración del experimento, mandándole la información necesaria para que la función RO devuelva el valor de las variables de salida actualizadas. De esta manera el componente ReverO_model se encargará de actualizar los puertos con los resultados obtenidos. Veamoslo con un poco más de detalle.

Función RO: a la función RO le pasamos cada vez que la llamamos las dimensiones y características de la membrana que estemos simulando; y un array de variables definidas al principio de la librería DESAL tipo ENUM, llamado membrana.

ENUM membrana= {p,Q,TDS,T} "variables d entrada a la membrana"

Además le indicamos con la variable Nsec el número de divisiones que queremos que haga de la membrana.

FUNCTION REAL RO(IN REAL E[membrana],OUT REAL B[membrana],OUT REAL P[membrana], IN REAL L, IN REAL Di, IN REAL De, IN REAL Aef, IN REAL H, IN INTEGER Nsec)

Cada vez que la llamamos desde el bloque CONTINUOUS del componente ReverO_model, nos devolverá dos arrays definidos con el ENUM membrana. Uno para el permeado y otro para la salida de desecho. Como podemos ver en la definición del tipo ENUM membrana, no se considera el pH, índice de colmatación, ni la concentración de cloro residual. Esto se debe a que estas tres variables no afectan significativamente a las otras cuatro. Componente ReverO_model: para construir este componente debemos pasarle las características de la membrana, el número de secciones en la que queremos dividir el cálculo en la membrana y dos tablas de una dimensión para simular el cambio de pH que se da en el agua al pasar por ella.

-------CONSTRUCTION PARAMETERS---------- Nsec INTEGER 500 -----------------DATA-------------------- L REAL 1.016 longitud de la membrana (m) H REAL 0.00067 ancho del canal (m) Aef REAL 35.3 area efectica (m**2) Di REAL 0.029 Diámetro interior m De REAL 0.201 Diámetro exterior m Var_pH_b TABLE 1D TABLE 1D Variación que sufre el pH al pasar por la membrana, en el desecho Var_pH_p TABLE 1D TABLE 1D Variación que sufre el pH al pasar por la membrana, en el permeado

Adjuntamos a continuación los valores de las tablas que tomaremos por defecto:

69

Variación del pH en el canal de desecho

0

2

4

6

8

10

12

0 2 4 6 8 10 12

pH de entrada

pH d

e sa

lida

Ilustración 49: gráfica de la tabla Var_pH_b.

Variación de pH en el canal de permeado

012345678

0 2 4 6 8 10 12

pH de entrada

pH d

e sa

lida

Ilustración 50: gráfica de la tabla Var_pH_p.

Como hemos comentado anteriormente los valores que se obtienen a la salida de la membrana para las variables p, Q, TDS, y T, nos la proporciona la función RO. Nos queda saber cuáles serán los valores de entrada de pH, Cl, y SDI. La concentración de cloro y el índice de sedimentación serán los mismos en la entrada de alimentación. Pero el pH sufrirá una caída al pasar por la membrana, para saber cuál es la caída se deberá consultar las tablas Var_pH_b y Var_pHp. Estas tablas deberán rellenarse o cargar de la base de datos, ya que se deben calcular de manera experimental para cada tipo de membrana.

Además todas las variables excepto el Q y la presión tendrán una dinámica de primer orden con un retraso. La constante del sistema y el retraso las calcularemos dinámicamente en la siguiente ecuación.

S_b = Aef*H/L --Superficie de entrada del brine S_p = PI * (Di/2)**2 --Superficie de entrada del permeado --Volumen de canales V_b = S_b * L --canal de brine

70

V_p = S_p * L --canal de permeado --Constantes del sistema de primer orden K_b = V_b / hp_feed.Q K_p = V_p / hp_feed.Q -- Evidentemente si no hay caudal no habra concentración de sales y el retraso nos da igual lo que valga, asi que le ponemos cero para que no nos de infinito. --Retraso de concentracion y temperatura en el brine Retraso_b = ZONE ((feed[Q]+brine[Q])>0) 2*L*S_b/(feed[Q]+brine[Q]) OTHERS 0 --Retraso de concentración y temperatura en el permeado Retraso_p = ZONE (permeate[Q]>0) 2*S_p*L/permeate[Q] OTHERS 0

La ecuación del retraso viene de calcular el tiempo que tarda el fluido en recorrer el canal de permeado, o el de desecho, a la velocidad media que el fluido alcanza en cada uno de los canales. Para asegurar el buen funcionamiento de la membrana, y su durabilidad. Las membranas comerciales tienen limitadas a la entrada el valor de ciertos parámetros del fluido. Esto lo diseñaremos en el bloque DISCRETE de nuestro componente, con la instrucción ASSERT. En concreto diseñaremos las limitaciones de la membrana de arrollamiento en espiral SW30HR-380. Su ficha técnica se adjuntará en el anexo. Las limitaciones diseñadas en EcosimPro quedarán de la siguiente manera.

--La temperatura a la entrada de la membrana debe ser mayor que 0ºC y menor que 45ºC ASSERT (hp_feed.T > 273 AND hp_feed.T < 318) FATAL "Rango de temperatura a la entrada de la membrana fuera del límite operativo" --La presión máxima de funcionamiento es de 69 bares ASSERT (hp_feed.p >= 0 AND hp_feed.p <=69e5) WARNING "Rango de presión a la entrada de la membrana fuera del límite operativo" --El pH debe estar comprendido entre 2 y 11 ASSERT (hp_feed.PH >= 2 AND hp_feed.PH <=11) WARNING "Rango del pH a la entrada de la membrana fuera del límite operativo" --El índice máximo de densidad de sedimentos de alimentación es 5 ASSERT (hp_feed.SDI <= 5) WARNING "Índice máximo de densidad de sedimento,SDI, sobrepasado" --La concentración de cloro libre debe de ser menor que 0.1mg/l ASSERT (hp_feed.Cl < 0.1) WARNING "Elevada concentración de cloro libre, la membrana se está dañando de manera irreversible" --El caudal de entrada no puede ser negativo, ni mayor de 0.00454 m**3/s ASSERT (hp_feed.Q >= 0 AND hp_feed.Q <= 0.00454) FATAL "No están permitidos caudales negativos"

Finalmente comentar que al tener ecuaciones diferenciales en este modelo, debemos darle condiciones iniciales a las variables en el bloque INIT. Las condiciones iniciales programadas son las siguientes, donde p hace referencia al canal de permeado y b al canal brine o de desecho.

Temp_p = 298 Temp_b = 298 C_p = 100 C_b = 30000 Cloro_b = 0 Cloro_p = 0 pH_b = 7

71

pH_p = 7 sdi_b = 2 sdi_p = 2

Este componente no es sólo uno de lo más importantes de la planta desaladora, sino el mayor. Así que es conveniente realizar una serie de experimentos centrándonos exclusivamente en él. Realizaremos dos experimentos con una única membrana, uno con entrada constante y otro con una entrada variable. De ésta manera mostraremos cómo es la dinámica.

4.11.3. Experimento

Entradas constantes: la construiremos con los valores de la membrana SW30HR-380 que son los que están por defectos e indicamos anteriormente. Las variables de entrada al experimento tomarán los siguientes valores:

ReverO_model_1.hp_feed.Cl = 0.09 ReverO_model_1.hp_feed.PH = 7 ReverO_model_1.hp_feed.Q = 0.002 ReverO_model_1.hp_feed.SDI = 4 ReverO_model_1.hp_feed.T = 298 ReverO_model_1.hp_feed.TDS = 38000 ReverO_model_1.hp_feed.p = 51e5

Ahora iremos viendo los valores que toma a la salida y la dinámica que le hemos incorporado.

Concentración de sales en el canal de desecho: podemos observar un retraso en el canal de desecho de aproximadamente 12 segundos, y un tiempo de subida del sistema de primer orden de 50 segundos. Comprobamos que la concentración en el canal de desecho es mayor que la concentración de sales en la entrada.

30000

32000

34000

36000

38000

40000

42000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100TIME

ReverO_model_1.hp_brine.TDSReverO_model_1.hp_feed.TDS

Concentración de sales en el canal de permeado: en el caudal de permeado, tanto el retraso como el tiempo de subida es bastante menor. El retraso vale casi 11 segundos y el tiempo de subida de unos breves segundos. Comprobamos cómo la concentración de

72

sales es la adecuada para el consumo humano, aunque todavía necesite un post-procesado.

100

110

120

130

140

150

160

170

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100TIME

ReverO_model_1.hp_permeate.TDS

El retraso y la constante de primer orden que hemos presentado gráficamente será la misma para la concentración de cloro residual, nivel de pH, índice de colmatación y la temperatura. La gráfica de T, y SDI no tiene mayor interés cuando la entrada a la membrana es constante, ya que estas variables no sufrirán ninguna alteración en la membrana, tan sólo la dinámica que ya hemos descrito. Pero el nivel de pH si cambiará en función a las tablas que le hemos pasado al construir el componente.

Nivel de pH en los tres canales de la membrana: vemos la misma dinámica que habíamos descrito anteriormente, y comprobamos cómo el nivel de pH baja en los dos puertos de salida. El pH a la salida del permeado es ácido. En el post-procesado nos encargaremos de ajustar el pH a 7.

5.6

5.8

6.0

6.2

6.4

6.6

6.8

7.0

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100TIME

ReverO_model_1.hp_brine.PHReverO_model_1.hp_feed.PHReverO_model_1.hp_permeate.PH

El caudal volumétrico y la presión no tendrán dinámica, su valor vendrá determinado tan solo por la función RO. Es más interesante observar estas dos variables cuando la entrada al experimento es variable.

Entradas variables: nos serviremos de la función de EcosimPro timeTableStep, para dar entradas en forma de escalón a la presión, y al caudal. Las entradas vendrán

73

descritas por las siguientes tablas. El resto de variables de entrada seguirán siendo las mismas que en el experimento anterior

TABLE_1D fun_Q ={{0,15,30},{0.003,0.002,0.004}} TABLE_1D fun_p ={{0,15,30},{51e5,52e5,50e5}}

Presión de alimentación y del canal de desecho: la presión del permeado no es interesante mostrarla porque siempre tomará una presión aproximada a la ambiente. Hay una pequeña caída de presión entre la alimentación y el desecho, pero no se puede apreciar en la gráfica.

4950000

5000000

5050000

5100000

5150000

5200000

0 10 20 30 40 50TIME

ReverO_model_1.hp_brine.pReverO_model_1.hp_feed.p

Caudales volumétricos de los tres puertos: vemos como va variando en función del punto de trabajo en el que estemos.

0.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0 10 20 30 40 50TIME

ReverO_model_1.hp_brine.QReverO_model_1.hp_feed.QReverO_model_1.hp_permeate.Q

Concentración de sales: en esta gráfica se apreciará más los tres puntos de trabajo que hemos definido con las variables de entrada. En la gráfica vemos que la concentración de sales a la entrada de la membrana es durante todo el experimento la misma. Pero al variar el punto de operación a los 15 segundos y otra vez a los 30, provoca una variación brusca de la concentración de sales. Vamos a poner la duración del experimento un poco mayor para ver estabilizarse la concentración de sales en el puerto de salida, cuando se trabaja a una presión de entrada de 50 bares y un caudal de 0.004 m3/s.

74

30000

32000

34000

36000

38000

40000

42000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100TIME

ReverO_model_1.hp_brine.TDSReverO_model_1.hp_feed.TDS

Ahora vamos ha hacer el experimento pero tan solo cambiando la presión de trabajo. Queremos apreciar que a una mayor presión de trabajo obtenemos un mayor caudal de permeado.

Presión de entrada a la membrana:

5000000

5200000

5400000

5600000

5800000

6000000

6200000

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100TIME

ReverO_model_1.hp_brine.pReverO_model_1.hp_feed.p

Caudales: efectivamente vemos cómo teniendo un caudal constante a la entrada, al elevar la presión de trabajo conseguimos un caudal de permeado mayor.

0.0000

0.0010

0.0020

0.0030

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100TIME

ReverO_model_1.hp_brine.QReverO_model_1.hp_feed.QReverO_model_1.hp_permeate.Q

75

4.12. RELOJ 4.12.1. Introducción teórica Actualmente en Europa se utiliza el calendario gregoriano. Sustituyó en 1582 al calendario juliano, utilizado desde que Julio César lo instaurase en el año 46 adC. El calendario juliano, basándose en el movimiento de la tierra alrededor del sol, consideraba que el año estaba constituido por 365.25 días, de esa manera cada 4 años se añadía un año bisiesto. Pero realmente el tiempo que tarda la tierra en dar una vuelta completa alrededor del sol es de 365,242189. Este error supuso que el cuatro de octubre de 1582 se pasara al día quince de octubre de 1582, suprimiendo los diez días que llevaba de atraso el calendario debido al mal cómputo realizado. El calendario gregoriano pone solución a este problema de cómputo, diciendo que los años no bisiestos durarán 365 días y los años bisiestos 366. Será bisiesto aquel año que sea divisible por 4, menos aquellos que también sean divisibles entre 100, que además para ser bisiestos deberán ser divisibles entre 400. De esta manera se soluciona relativamente el problema que planteó el calendario juliano. Consideramos que la translación de la tierra alrededor del sol es de 365,2425. Debido a que el calendario gregoriano no es del todo exacto se dará el error de un día cada 3300 años. Actualmente se están investigando formas para una nueva adaptación. Por ahora nos basamos en el año gregoriano, dividido en 12 meses. Los meses 1, 3, 5, 7, 8, 10, 12 tendrán 31 días, febrero tendrá 28 los años no bisiestos y 29 los bisiestos, y el resto de meses tendrán 30 días. 4.12.2. Modelado El componente que nos proporcionará la fecha en cada instante de tiempo durante todo el experimento será el Reloj, y su representación gráfica es la siguiente.

Ilustración 51: Representación gráfica del componente Reloj.

Como podemos observar únicamente posee un puerto de salida tipo date. El código del puerto es el siguiente:

76

PORT date SINGLE IN EQUAL OUT INTEGER hour "Hora, de 0 a 23" EQUAL OUT INTEGER week_day "Día de la semana, de 1 a 7" EQUAL OUT INTEGER day "Día del mes, de 1 a 31" EQUAL OUT INTEGER month "Meses, de 1 a 12" EQUAL OUT INTEGER year "Años" END PORT

En caso de que lo definamos como puerto de entrada, sólo se permitiría una entrada. Permite múltiples salidas como puerto OUT y las salidas serán todas iguales. De esta manera sólo habrá un componente Reloj por cada experimento, y lo compartirán todos los componentes que necesiten saber la fecha en cada instante. Tiene cinco variables: la hora del día, el día de la semana, el día del mes, el mes, y el año. La hora del día va de 0 horas hasta las 23 horas, y después de transcurridos otros 3600 segundos valdrá otra vez 0. El día de la semana va desde 1 hasta el 7, correspondiéndose el uno con el lunes y el siete con el domingo. Los días del mes irán de uno hasta 28, 29, 30, o 31, dependiendo en qué mes nos encontremos y si el año es bisiesto o no. Los meses irán del 1, enero, hasta el 12, diciembre. Y el año puede tomar cualquier valor de 1 a infinito. Evidentemente todas deberán ser variables enteras. Nos centraremos ahora en explicar el algoritmo del Reloj. A la hora de su construcción le deberemos pasar la hora de comienzo del experimento, el día de la semana, el día del mes, el año, y las dos fechas que acuerda el Estado Español para el cambio de hora. En cada cambio de hora se deberá especificar la fecha exacta, la hora a la que se cambiará y la hora a la que se actualizará. Para realizar cada cambio de hora sólo una vez al año, el componente tiene dos variables booleanas:

BOOLEAN C1 = FALSE BOOLEAN C2 = FALSE

Se inicializarán como FALSE, y cuando se realice el cambio de hora se podrán a TRUE, de esta manera no se volverá a meter en la condición de cambiar la hora hasta que pasado el año, se vuelva a inicializar a FALSE las dos variables. Al inicio del experimento como cada vez que pasa un año es necesario conocer si ese año es bisiesto o no. Este dato nos lo dará la función EsBisiesto. Devolverá TRUE si el año es bisiesto o FALSE si no lo es. Como vimos anteriormente en teoría el año será bisiesto si es divisible entre 4, a no ser que también sea divisible entre 100, en el último caso deberá cumplirse que también es divisible entre 400, si no lo es, entonces no será bisiesto. En EcosimPro 3.3 no tenemos el operador % que nos devuelve el resto de una división, así que tenemos que jugar con el desbordamiento de las variables.

A = year/4 B = year/100 C = year/400

En la función definimos tres variables tipo INTEGER las cuales sólo podrán almacenar valores enteros, ya sean positivos o negativos. Entonces realizamos las divisiones del año a analizar entre 4, 100 y 400. Si el resultado de la división fuera

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entero, al volver a multiplicar estas variables por lo que ha sido dividido daría el año en cuestión. Si no se cumpliese la igualdad, significaría que la variable se ha desbordado y se ha quedado con el entero inferior, desperdiciando los decimales de la división. Si ocurre el desbordamiento el año no será divisible. Una vez que tenemos si es bisiesto o no, ya sabemos cuantos días tienen todos los meses del año, y cuantas horas tienen todos los días. El componente Reloj tiene una condición en la parte DISCRETE para que cada 3600 segundos se incremente la hora una unidad. Cuando transcurran 24 horas se incrementará el contador de días y el día de la semana. Después dependiendo del mes en el que estemos, transcurridos 28, 29, 30, o 31 días, se incrementará el mes. Cuando se llegue al día 31 de diciembre y se quiera pasar al 32, pasará a valer el día 1, mes 1, y el año se incrementará en una unidad. En este momento se actualiza las variables booleanas para el cambio de hora. La parte DISCRETE funciona de la siguiente manera: si se da una condición se ejecutará en el orden en el que se ha escrito. Cuando se termina la condición habrá variables que se han actualizado y puede que otra condición se active, si es así, se ejecutarán todas las órdenes de la condición en cuestión. Cuando ya no haya ninguna condición que se cumpla en el DISCRETE pasará a la parte de CONTINUOUS. En el mismo instante en el que se dé otra de las condiciones de DISCRETE se ejecutará las órdenes correspondientes. No tiene nada que ver con el incremento de tiempo de ejecución que pongamos a la hora de configurar el experimento. La variable TIME es una variable continua. A continuación presentaremos una serie de gráficas donde se podrán ver cómo van variando las variables del puerto de salida. Paso de las horas: el experimento lo comenzamos a las 10 de la mañana y se ve cómo la hora llega hasta las 23 horas y después de transcurridos otros 3600 segundos pasa a valer 0. La gráfica muestra el paso de las horas durante tres días.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

0 100000 200000 300000 400000TIME

Reloj_1.F_actual.hour

78

Paso de los días del mes: realizaremos un experimento desde el día 1 de febrero del 2007 durante 365 días. Como el 2007 es un año no bisiesto, el año durará 365 días, así que la simulación terminará el día 1 de febrero del 2008.

0

10

20

30

40

0 10000000 20000000 30000000 40000000TIME

Reloj_1.F_actual.day

Paso de los días de la semana: comenzamos el experimento el jueves 1 de febrero y durará 40 días.

1

2

3

4

5

6

7

0 1000000 2000000 3000000 4000000TIME

Reloj_1.F_actual.week_day

79

Paso de meses: comenzamos de nuevo el experimento el 1 de febrero, y vemos cómo cuando pasan los días dependiendo del mes 28, 30, o 31. Los meses van pasando hasta llegar de a enero.

0

10

20

30

40

0 10000000 20000000 30000000 40000000TIME

Reloj_1.F_actual.dayReloj_1.F_actual.month

Paso de año: con el mismo experimento que en la gráfica anterior, mostramos el paso de los meses y el cambio del año cuando se llega al final de diciembre. Pero vamos a poner que comenzamos en el año 27 en vez del 2007, porque sino en la gráfica se ve bien el paso de los meses.

0

10

20

30

0 10000000 20000000 30000000 40000000TIME

Reloj_1.F_actual.monthReloj_1.F_actual.year

80

Cambio de hora: hemos programado el Reloj para que el día 1 de septiembre se efectúe el primer cambio de hora. Cuando sean las 3 de la mañana, tendremos que poner las dos. De esta manera oficialmente serán las dos de la mañana durante dos horas. Veamos primero una gráfica viendo el día, mes y hora, y después haremos un zoom para ver claramente cómo el modelo cumple fielmente la realidad.

0

10

20

30

40

0 200000 400000 600000 800000 1000000TIME

Reloj_1.F_actual.dayReloj_1.F_actual.hourReloj_1.F_actual.month

Ahora vemos el zoom centrándonos en el día 1 de septiembre.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

300000 320000 340000 360000 380000 400000TIME

Reloj_1.F_actual.hourReloj_1.F_actual.hour -case 2

81

El segundo cambio de hora lo hemos diseñado para que se realice el día 4 de septiembre, de manera que a las tres de la mañana serán las cuatro, oficialmente no existirá la hora tres, sino que cuando sean las dos, y pasen 3600 segundos, serán las cuatro de la mañana.

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

550000 560000 570000 580000 590000 600000 610000 620000 630000 640000 650000TIME

Reloj_1.F_actual.hour

82

4.13. CONTADOR DE ENERGÍA 4.13.1. Introducción teórica. El sector eléctrico se está liberalizando, pero todavía, hasta el 2008 seguirá conviviendo con el mercado regulado. El Real Decreto 871/2007, de 29 de junio ajusta las tarifas eléctricas a partir del 1 de julio del 2007. Permitirá el descuento por interrumpibilidad ahora también en el mercado libre a partir del 1 de noviembre del 2007. Nos centraremos en la situación actual de dos plantas desaladoras que se encuentran en estos momentos operativas en Andalucía, la planta de Carboneras (Almería), y la planta de Marbella. La de Carboneras está todavía en el mercado regulado con 4 períodos tarifarios. Tiene una tensión de suministro de 66.000 KV, y una potencia contratada de 5000 KW. La de Marbella se rige ya por el mercado liberado con 6 períodos tarifarios. Tiene una tensión de suministro de 66000 KV, y una potencia contratada de 7600 KW. Dependiendo del día, hora y mes en el que nos encontremos, estaremos dentro de uno de los períodos tarifarios. El precio del KWh en cada uno de los períodos tarifarios se acuerda con la empresa eléctrica. Las dos plantas desaladoras tienen un contrato con Endesa Electricidad. Al precio del KWh y la facturación de la potencia contratada hay que añadirle el Impuesto Sobre la Electricidad que es el 4.864 %, el I.V.A que es el 16 %, el recargo por exceso de potencia consumida, y el recargo por añadir energía reactiva a la red eléctrica. A todo esto, en el caso de la planta de Carbonera, que se encuentra en el mercado regulado, realizará el descuento por interrumpibilidad. La planta de Marbella podrá contratar también este descuento a partir del 1 de noviembre. Nosotros realizaremos la programación de un componente genérico que sea capaz de contabilizar el consumo realizado por la planta. Pero a la hora de construir dicho componente nos centraremos en la planta desaladora de Marbella, ya que se encuentra dentro del mercado libre. El mercado regulado llegará a su fin en el 2008. No diseñaremos el descuento de interrumpibilidad ya que todavía no está en marcha. Aunque en el anexo incluiremos el Real Decreto 871/2007, de 29 de junio, donde viene explicado cómo se realizará en un futuro. La planta desaladora de Marbella se encuentra en el mercado libre, y tiene 6 periodos tarifarios, el precio de estos periodos podrían ser los siguientes:

Período 1: 0.073054 KW hora. Período 2: 0.062001 KW hora. Período 3: 0.061111 KW hora. Período 4: 0.054404 KW hora. Período 5: 0.054715 KW hora. Período 6: 0.031954 KW hora.

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El período en el que nos encontremos depende: del mes, la hora del día, y del tipo de día en el que estemos, sábado, domingo o festivo, o laborable. A continuación incluimos dos tablas donde resumimos la distribución de las tarifas. Para los días laborables:

LABORAL P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 ENERO 16 a 22 8 a 16 y 22 a 24 0 a 8

FEBRERO 16 a 22 8 a 16 y 22 a 24 0 a 8 MARZO 9 a 15 8 a 9 y 15 a 24 0 a 8 ABRIL 9 a 15 8 a 9 y 15 a 24 0 a 8 MAYO 8 a 24 0 a 8 JUNIO 8 a 24 0 a 8 JULIO 9 a 15 8 a 9 y 15 a 24 0 a 8

AGOSTO 0 a 24 SEPTIEMBRE 8 a 24 0 a 8 OCTTUBRE 9 a 15 8 a 9 y 15 a 24 0 a 8

NOVIEMBRE 16 a 22 8 a 16 y 22 a 24 0 a 8 DICIEMBRE 16 a 22 8 a 16 y 22 a 24 0 a 8

Para los días festivos, sábados o domingos:

S,D,F. P 1 P 2 P 3 P 4 P 5 P 6 ENERO 0 a 24

FEBRERO 0 a 24 MARZO 0 a 24 ABRIL 0 a 24 MAYO 0 a 24 JUNIO 0 a 24 JULIO 0 a 24

AGOSTO 0 a 24 SEPTIEMBRE 0 a 24 OCTTUBRE 0 a 24

NOVIEMBRE 0 a 24 DICIEMBRE 0 a 24

Como dijimos anteriormente a lo que consumamos debemos de añadirle otros costes. La facturación de la potencia contratada se dividirá entre doce y se pagará cada mes una fracción. La penalización por añadir energía reactiva a la red eléctrica dependerá de cómo sea de perjudicial la contaminación. Esta penalización no supone un incremento importante y además puede ser eliminada con un Equipo de Compensación de Energía Reactiva. Si la planta no consta de este dispositivo, la energía reactiva añadida a la red será

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proporcional a la cantidad de energía producida, y por lo tanto también directamente proporcional al coste de la electricidad consumida. De esa manera supondremos que la penalización por energía reactiva supone un tanto por ciento del precio de la energía consumida, aproximadamente del 3 %. A todo esto debemos añadir los impuestos de sobre la electricidad y el I.V.A. 4.13.2. Modelado El componente encargado de realizar la tarificación de los KW consumidos será ConsumoEnergetico.

Ilustración 52: Representación gráfica del componente ConsumoEnergetico.

Al componente le entra el consumo de KW que se está produciendo en la planta en cada instante de tiempo, por un puerto tipo analog_signal. Por otro puerto del mismo tipo le introducimos la cantidad de agua potable que se está produciendo en la planta en m**3/s. Si por el puerto tipo date le introducimos la señal de reloj para que sepa en cada instante cuanto cuesta el KWh. Finalmente por el puerto de salida tipo analog_signal saldrá cuanto nos cuesta el metro cúbico de agua en euros. Para construir este componente debemos pasarle:

TABLE_2D Festivos Es una tabla de dimensión dos, donde están contemplados todos los días del año. Al llamarla pasándole como parámetro el día en el que estamos, nos devolverá un 1 si ese día es festivo; o un 0 si no lo es. En la base de datos ya hemos creado una tabla con los días festivos del 2008 publicados en el Real Decreto 19/2007 de 3 de julio para la comunidad autónoma de Andalucía. TABLE_3D Tabla_Periodos Es una tabla de tres dimensiones. Al llamarla le pasaremos el mes en el que estemos, la variable FESTIVO (valdrá uno si es festivo o cero si no lo es) y la hora a la que estemos. Nos devolverá el período tarifario en el que nos encontremos en esa hora. TABLE_1D PrecioKWh Le mandaremos el período tarifario en el que nos encontramos, y nos devolverá el precio al que se ha acordado con la empresa eléctrica pagar el KWh en dicho período.

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REAL Fact_Pot Almacena la factura de la potencia contratada. Esta factura habrá que pagarla a lo largo del año. Normalmente las empresas la dividen entre doce y realizan el pago de la fracción cada mes. Nosotros la pasaremos a horas puesto que posiblemente el experimento no dure un mes completo, entonces dividiremos la factura entre las horas que tiene un año, y pagaremos la fracción correspondiente cada hora. REAL E_Reactiva La empresa eléctrica penalizará la cantidad de energía reactiva que la planta añada a la red. La cantidad de energía reactiva que una industria añade a la red va en proporción a la cantidad de energía que consuma, y por lo tanto al coste total de la factura. De esa manera esta variable representa el tanto por ciento de la factura que debemos añadir a ésta, debido a la penalización. REAL IVA Almacena el impuesto de valor añadido. Deberemos pagar el 16 % de la factura. REAL Imp_Electricidad Almacena el impuesto sobre la electricidad. En estos momentos su valor es del 4.864 %.

Conociendo ya, todos los parámetros que se le pasa en la construcción nos disponemos a explicar el algoritmo del componente. En el bloque CONTINUOUS realizaremos la integral de la potencia consumida y de la cantidad de agua que vamos produciendo cada instante en el experimento.

--Hacemos la integral del consumo y del agua potable Consumo_hora' = Consumo.signal Agua_potable' = Q_permeado.signal

Y calculamos el coste del agua en euros/m**3, incluyendo los impuestos y penalizaciones.

Coste.signal = (Coste_exp + (IVA+Imp_Electricidad+E_Reactiva)/100 * Coste_exp) / Agua_potable

En el bloque DISCRETE es donde se realiza la facturación de la potencia consumida cada hora. Con la condición:

WHEN (TIME == (t_inicio + i*3600)) THEN

Realizamos la tarificación cada hora. Si estamos trabajando durante una hora y pasado los 3600 segundos miramos cuanto vale la hora, no estaremos mirando la hora en la que hemos estado trabajando, sino la que acaba de empezar. Para solucionar esto, t_inicio es inicializada igual a TIME-1. Con este arreglo conseguimos que miremos el precio de la hora un segundo antes de que la cambien. A continuación incluimos un esquemático.

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Ilustración 53: Esquemático para contar las horas de consumo.

Dentro de esa condición, cada hora comprobamos si estamos en un día festivo o no. Después consultamos la tabla Tabla_periodos para consultar en que periodo tarifario nos encontramos. Más tarde consultando la tabla de precios de cada período sabemos cuanto nos cuesta el KWh en la hora en cuestión. La cantidad de potencia que hemos consumido durante la hora la obtendremos de la variable que realiza la integral del consumo de la planta. Multiplicando el consumo de KWh por el precio en esa hora, y sumando la fracción de la factura de potencia contratada tenemos cuanto nos ha costado esa hora de trabajo. Esa cantidad se almacena en la variable acumulativa Coste_exp. Finalmente transcurrida la hora debemos poner a cero la variable consumo_hora para que empiece otra vez desde cero, y transcurridos otros 3600 segundos, tenga el valor de la integral del consumo hecho por la planta en la última hora. El consumo en KW de la planta cada hora se obtiene como hemos comentado de variable consumo_hora, la cual realiza una integral de la potencia que se está consumiendo en cada instante. Pero antes hay que realizar una operación. La integral almacenará el sumatorio de toda la potencia consumida durante una hora, y a nosotros nos interesa el valor medio de la potencia consumida en esa hora. De manera que la variable consumo_hora aparecerá dividida entre 3600 en la ecuación del coste. Adjuntamos un dibujo explicativo de cómo obtenemos el valor medio de la energía consumida en una hora. El valor medio tendrá un área por debajo suya, igual al Area_1 (consumo_hora).

Ilustración 54: dibujo explicativo para calcular el valor medio.

3600__1_3600_ horaconsumomedioValorAreamedioValor =⇒=⋅

24*365_exp_)_,(Pr1

3600_exp_ PotFactCostePIndiceecioKWhDrplinearIntehoraconsumoCoste ++⋅=

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4.14. SENSORES En la librería HIDRAULIC ya estaban diseñados los sensores de caudal másico, presión, y temperatura. Nosotros los hemos rediseñado para medir las variables del puerto que utilizaremos, el puerto Hidro. De esta manera dejamos diseñado sensores para cada una de sus variables.

VARIABLE SÍMBOLO

Presión

Caudal volumétrico

Concentración de sales

Nivel de pH

Índice de sedimentación

Temperatura

Cloro residual

Dejaremos diseñado todos los sensores, todos tienen la misma estructura. Un puerto tipo Hidro de entrada, otro de salida, y un tipo analog_signal de salida por el cual sacará el valor de la variable que esté midiendo. No realiza ninguna modificación a las variables del puerto Hidro de entrada, tan solo guardará el valor de la variable que le interese, y mapeará todas las variables a la salida del componente sensor.

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4.15. DECODIFICADOR Y ADAPTADOR DE PUERTOS Es un decodificador de dos entradas digitales y cuatro salidas. Gracias a las dos entradas digitales, b_in_1 y b_in_2, ponemos a un uno lógico una de las cuatro salidas digitales, val_1, val_2, val_3, o val_4.

Ilustración 55: representación gráfica del componente Decodificador_24.

Este componente se diseñó con la idea de indicar a una única válvula que se abriese cerrando las cuatro restantes. La señal que regula las válvulas es del tipo analog_signal. Entonces para poder mandarle la orden necesitamos adaptar la señal digital a analógica. Con este objetivo fue diseñado el componente Adap_signal_bool_analog.

Ilustración 56: representación gráfica del componente Adap_signal_bool_analog .

Este componente pondrá a la salida correspondiente el valor max cuando la entrada esté a uno lógico, o a min cuando la entrada esté a cero lógico. Las variables max, y min se les dará un valor a la hora de construir este objeto, por defecto tendrán el valor de uno y cero respectivamente.

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4.17. VÁLVULA Ya había un componente en la librería HIDRAULIC y nosotros no hemos modificado ninguna ecuación. Tan solo le hemos cambiado el puerto, le hemos puesto un puerto tipo Hidro, y hemos programado la continuación de las variables nuevas. Este componente se llama Hydvalve, y su representación gráfica es la siguiente.

Ilustración 57: representación gráfica del componente HydValve.

Se le indicará mediante el puerto de entrada analog_signal el tanto por uno que queremos abrir la válvula (s_position_signal). Como parámetro se le pasará el área (Avo) que tiene cuando está completamente abierta y la caída de presión laminal (dp_lam). Las ecuaciones para calcular la presión y el caudal a la salida son las siguientes.

signalpositionsAvoAv __⋅= QouthpQinhp ._._ =

( ) ( outzinzgdinhppouthppinhpfsqrtdinhpsqrtdinhp

AvQinhp )__(._._._._._

._ −⋅⋅−−⋅⋅=

El resto de variables del puerto Hidro no sufrirán ninguna modificación. En la librería DESAL podremos encontrar un componente basado en dos componentes HydValve. Llamado Valvula1x2, está controlado con una entrada tipo analog_signal. La entrada podrá tener valores entre cero y uno. Cuando le introducimos un valor de 0.3, el 30% del caudal de entrada pasará por el puerto fluido de salida número uno, y el 70% restante saldrá por el puerto fluido de salida número dos.

Ilustración 58: representación gráfica del componente Valvula1x2.

90

5. MONTAJES REALIZADOS

Nuestro objetivo será simular una planta de osmosis inversa. Nos basaremos en la estructura de la planta desaladora de Carboneras, en Almería, con algunas actualizaciones. Y simularemos un contrato con Endesa dentro del mercado libre, al igual que tiene la planta desaladora de Marbella.

Explicaremos cuál es la estructura que tiene la planta de Carboneras, e iremos comentando las actualizaciones que podríamos hacerle, nosotros simularemos una planta de osmosis inversa actualizada, con todos los pasos que podrían darse y con las nuevas técnicas de recuperación de energía.

La planta de Carboneras está diseñada para abastecer a una población residente de más de 120000 habitantes, y el riego a más de 7000 hectáreas del campo de Níjar.

A continuación adjuntaremos un esquemático de la estructura de la planta.

Ilustración 59: esquemático de la planta desaladora de Carboneras.

Como podemos observar la primera fase consiste en obtener el agua de mar a través de unos pozos mediante unas bombas de baja presión. Posteriormente esta agua será tratada químicamente. Recibirá una dosis de ácido sulfúrico para bajar el pH, como hemos comentado anteriormente el agua de mar presenta un pH básico y a nosotros para realizar la desinfección nos interesa un pH ácido, entorno a 6. Una vez bajado el pH, se desinfectará el agua con hipoclorito sódico (NaClO), hasta conseguir una concentración de cloro residual de 3mg/l. Este nivel de cloro residual es demasiado elevado para las membranas. Nuestra membrana, SW30HR-380, está fabricada de poliamida y necesita una concentración de cloro no superior a 0.1mg/l. El tratamiento químico que recibe el agua para bajar la concentración de cloro es el dióxido de azufre (SO2). Después de haber sido tratada, el agua se dirige a la primera fase del tratamiento físico, los filtros de arena. Esta planta utiliza 6 filtros de arena horizontales de presión, las dimensiones de los filtros podemos verla en la siguiente ilustración.

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Ilustración 60: esquema del filtro de arena de la planta de Carboneras.

En el esquemático de la planta no está representada la segunda fase del tratamiento físico del agua, la coagulación y floculación. Pero nosotros sí la incluiremos en nuestros montajes. En la tercera fase del pre-tratamiento físico, se utilizan 5 filtros de afino. Después el agua se manda a las bombas de alta presión, éstas le darán la energía hidráulica necesaria para realizar el proceso de osmosis inversa en los bastidores de membranas.

Ilustración 61: esquemático de la fase de desalación en la planta de Carboneras.

Tras atravesar las membranas, el agua de desecho es recirculada hacia las turbinas regeneradoras de energía con el fin de producir energía eléctrica aprovechando la presión del agua. Actualmente existen mejores técnicas para aprovechar la energía hidráulica del agua de desecho, nosotros diseñaremos la planta con Cámaras Isobáricas. En el esquemático de la planta de Carboneras no se puede observar el post-tratamiento que recibirá el agua. Será necesario un nuevo ajuste del pH, debido a que el pH del agua de permeado saldrá con un nivel ácido entorno al 5.5. Finalmente realizaremos una post-cloración con hipoclorito cálcico.

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Para estudiar mejor el comportamiento de los componentes vamos a dividir la simulación de la planta en tres fases: preprocesado, desalación y post-procesado. Al final juntaremos los tres montajes y observaremos los valores más importantes. 5.1. PREPROCESADO

El preprocesado abarca desde que tomamos el agua de los pozos hasta que el agua sale de los filtros de afino con las características adecuadas para asegurar el buen funcionamiento de la membrana de osmosis inversa y su durabilidad.

El esquema del montaje lo incluimos a continuación, y adjuntaremos una copia en un folio completo apaisado en los anexos.

Ilustración 62: diagrama para simular el preprocesado de una planta desaladora.

5.1.1. Construcción de los componentes

El primer elemento con el que se encuentra el agua, son las bombas de media presión. Las siete bombas son idénticas y han sido construidas simulando el comportamiento de una bomba centrífuga de la marca Bloch, el modelo H3H 300T de la serie H. A continuación mostramos la curva característica de la bomba proporcionada por el fabricante, precisar que hemos realizado un cambio de variables, a nosotros nos interesa tener el caudal en m3/s y el incremento de presión en metros de agua. La ficha técnica de la bomba utilizada será adjuntada en los anexos.

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Curva caudal altura

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0 0,002 0,004 0,006 0,008

Caudal (m^3/s)

Altu

ra (m

)

Ilustración 63: Curva caudal altura de la bomba centrífuga Bloch H3H 300T.

El fabricante no nos proporciona la tabla de la eficiencia, así que construiremos el componente con una tabla teórica que alcanzará un rendimiento del 50% en el punto de trabajo.

Rendimiento de la bomba

0

10

20

30

40

50

60

0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003

Caudales (m^3/s)

Ren

dim

ient

o (%

)

Ilustración 64: rendimiento de la bomba de media presión.

El resto de parámetros para su construcción lo ponemos a continuación.

-----------------DATA-------------------- z_in REAL 0 geometric elevation of inlet (m) z_out REAL 0 geometric elevation of outlet (m) ro REAL 0.6 Rendimiento del motor [0.6,0.85] C REAL 2.5 Constante del sistema de primer orden de la presión P_ini REAL 350000 Presión inicial de la bomba centrífuga (Pascales).

94

El siguiente componente con el que nos encontramos se encarga de ajustar el pH, necesitamos ajustar el pH a 6. Al construirlo le pasamos el pH que deseamos a la salida, y dos tablas para indicarle cual será la dosis a añadir. Se utilizarán las mismas tablas que vimos cuando estudiamos el componente Ajuste_pH. Con el pH ajustado en 6 realizaremos la desinfección con el componente Dosificador_de_Reactivo. Los parámetros para construir este componente serán los siguientes.

-----------------DATA-------------------- Cloro REAL 3 Concentración de cloro que se desea en mg/l Long_T REAL 5 Longitud de tubería en metros D_T REAL 0.4 Diámetro de la tubería en metros

Para la desinfección utilizaremos hipoclorito sódico. El componente Reactivo, el cual forma parte del componente Dosificador_de_Reactivo será construido para utilizar dicho reactivo. Le pasaremos para construirlo las tres tablas que vimos cuando describimos este componente: Residual_libre, Factor_D, y Inc_PH. El siguiente componente que necesitamos es Decloracion. Será construido con los siguientes parámetros.

-----------------DATA-------------------- Cloro REAL 0.05 Concentración de cloro que se desea en mg/l Long_T REAL 6 Longitud de tubería en metros D_T REAL 0.5 Diámetro de la tubería en metros

Y una tabla para calcular el tiempo que necesita la dosis de dióxido de azufre para neutralizar el cloro.

Tiempo de contacto

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6

Dosis de S02 (mg/l)

Tiem

po (s

eg)

Ilustración 65: tiempo de contacto necesario para la acción de SO2.

Después de realizar el tratamiento químico del agua procedemos a realizar la primera fase del pre-tratamiento físico, los filtros de arena. Tendremos seis filtros de arena todos con las mismas características.

95

-----------------DATA-------------------- z_in REAL 0 geometric elevation of inlet (m) z_out REAL 0 geometric elevation of outlet (m) L REAL 12.5 Longitud en metros V REAL 6 Velocidad del fluido en m/h D REAL 4 Diámetro en metros Caida_P TABLE 1D Caída de presión en el filtro en Pascales frente al caudal de entrada en m**3/s Filtracion TABLE 1D Acción del filtro de arena al puerto SDI

Los filtros de arena son filtros horizontales de presión, de las mismas dimensiones que los que se utilizan en Carboneras. Las dos tablas Caida_p y Filtración son las que vimos cuando describimos el componente Filtro_de_Arena. La segunda fase del pre-tratamiento físico consiste en la coagulación y floculación. El depósito de coagulante está construido para que sólo añada el coagulante y mueva las aspas a una velocidad constante. La tabla de consumo que le añadiremos le indicará que consume para cualquier caudal de entrada 2 KW. Y la tabla que le indicará como baja el índice de sedimentación, se la pasaremos para que no realice ninguna modificación. De esta manera, el depósito de coagulante sólo provocará una dinámica en el fluido de entrada. Los parámetros de la dinámica que le pasamos son los siguientes.

K REAL 9 Constante del sistema de primer orden Retraso REAL 100 Retraso que se da en el depósito

En el depósito de floculación si habrá una modificación del índice de sedimentación, esta variación vendrá descrita por la siguiente tabla que le pasamos.

Acción en el índice de sedimentación

0

1

2

3

4

5

6

0 2 4 6 8

SDI de entrada

SDI d

e sa

lida

Ilustración 66: tabla Accion que le pasamos al componente Floculacion.

También es necesario pasarle a este componente la tabla de consumo energético frente al caudal de entrada. Nosotros le pasaremos una tabla con un valor constante de 3 KW, para cualquier caudal de entrada. Por último, la dinámica de este componente vendrá definida por los siguientes valores.

96

K REAL 10 Constante del sistema de primer orden Retraso REAL 3000 Retraso que se da en el depósito en segundos

La tercera fase del pre-tratamiento físico la compone en solitario el filtro de afino. Construiremos uno con las características típicas.

-----------------DATA-------------------- z_in REAL 0 geometric elevation of inlet (m) z_out REAL 0 geometric elevation of outlet (m) L REAL 1 Longitud en metros V REAL 3 Velocidad del fluido en m/seg D REAL 0.0635 Diámetro en metros Min_presion REAL 250000 Presión mínima a la que trabaja el filtro de afino

A este filtro se le pasará también la tabla de acción de filtrado y la tabla de caída de presión dependiendo del caudal de entrada. Estas dos tablas serán las mismas que vimos en la sección donde explicamos este componente. Finalmente llegaremos a la tubería de salida del preprocesado, el siguiente paso que le espera al agua es el proceso de desalación. Todas las tuberías que hemos utilizado en este diagrama tendrán las mismas características.

-------CONSTRUCTION PARAMETERS---------- Nsec INTEGER 10 -----------------DATA-------------------- z_in REAL 0 geometric elevation of inlet (m) z_out REAL 0 geometric elevation of outlet (m) f REAL 0.02 friction factor () l REAL 1 pipe lenght (m) d REAL 0.1 pipe diameter (m) dp_lam REAL 1000 pressure drop for laminar flow (Pa)

Todas las tuberías tendrán las mismas condiciones iniciales: una temperatura de 298ºK, una concentración de cloro residual igual a cero, una concentración de sales igual a 3000 mg/l, un índice de sedimentación de dos, y un nivel de pH neutro. Una vez que sabemos como están construidos todos los componentes de diagrama, vamos a crear un experimento y ver el comportamiento del montaje. 5.1.2. Experimento A la hora de crear la partición elegiremos cuales van a ser las variables de entrada para nuestro experimento. EcosimPro nos dice que para resolver el experimento necesita 58 variables de entrada, y nos propone entre otras, todas las variables correspondientes al puerto Hidro de entrada de las siete bombas de media presión. Una vez elegidas esas variables nos faltan 9 para completar el sistema de ecuaciones. Elegiremos el caudal de entrada de los filtros de arena número dos, tres, cuatro, cinco y seis. Y el caudal de entrada de los filtros de cartucho número dos, tres, cuatro, y cinco. De esta manera ya

97

tenemos determinada las bifurcaciones. Daremos valores típicos a todas las variables de entrada.

VARIABLE DE ENTRADA VALOR Bomba_1.hp_in.Cl 0 Bomba_1.hp_in.PH 8 Bomba_1.hp_in.Q 0,0041 Bomba_1.hp_in.SDI 23 Bomba_1.hp_in.T 294 Bomba_1.hp_in.TDS 38000 Bomba_1.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_2.hp_in.Cl 0 Bomba_2.hp_in.PH 8,5 Bomba_2.hp_in.Q 0,00411 Bomba_2.hp_in.SDI 17 Bomba_2.hp_in.T 295 Bomba_2.hp_in.TDS 37500 Bomba_2.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_3.hp_in.Cl 0 Bomba_3.hp_in.PH 8 Bomba_3.hp_in.Q 0,00411 Bomba_3.hp_in.SDI 23 Bomba_3.hp_in.T = 298 Bomba_3.hp_in.TDS 36000 Bomba_3.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_4.hp_in.Cl 0 Bomba_4.hp_in.PH 8 Bomba_4.hp_in.Q 0,00411 Bomba_4.hp_in.SDI 25 Bomba_4.hp_in.T 294 Bomba_4.hp_in.TDS 36500 Bomba_4.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_5.hp_in.Cl 0 Bomba_5.hp_in.PH 8,5 Bomba_5.hp_in.Q 0,00411 Bomba_5.hp_in.SDI 21 Bomba_5.hp_in.T 297 Bomba_5.hp_in.TDS 38000 Bomba_5.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_6.hp_in.Cl 0 Bomba_6.hp_in.PH 8 Bomba_6.hp_in.Q 0,00411 Bomba_6.hp_in.SDI 24

98

Bomba_6.hp_in.T 298 Bomba_6.hp_in.TDS 37500 Bomba_6.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_7.hp_in.Cl 0 Bomba_7.hp_in.PH 8,5 Bomba_7.hp_in.Q 0,00411 Bomba_7.hp_in.SDI 21 Bomba_7.hp_in.T 292 Bomba_7.hp_in.TDS 35000 Bomba_7.hp_in.p 1,50E+05 Filtro_Arena_2.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Arena_3.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Arena_4.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Arena_5.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Arena_6.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Cartucho_2.hp_in.Q 0,005754 Filtro_Cartucho_3.hp_in.Q 0,005754 Filtro_Cartucho_4.hp_in.Q 0,005754 Filtro_Cartucho_5.hp_in.Q 0,005754

Una vez que conocemos las variables de entra, es el momento de estudiar el comportamiento de cada uno de los componentes del experimento. Iremos viendo uno por uno, mostrando las variables más importantes en cada uno de ellos. Bomba de media presión: el agua de entrada viene a presión ambiente, y este componente se encargará de elevarla para que pueda circular por todo el preprocesado. Deberá aportarle la energía hidráulica necesaria para pasar por todas las tubería, y llegar al filtro de arena y al filtro de cartucho con una presión suficiente para el filtrado. Veamos sólo la dinámica de una de las bombas H3H 300T, y el consumo. En el resto de las bombas la gráfica sería exactamente la misma ya que tienen la misma presión de entrada y se trata del mismo modelo de bomba. Dinámica en la presión: con la constante del sistema de primer orden que le pasamos a la hora de construirla (C=2.5), vemos que el tiempo de subida es de aproximadamente de 5 segundos. Con la bomba triple H3H 300T conseguimos para un caudal de 0.00411 una presión de 8 bares, suficiente para todo el preprocesado.

99

100000

200000

300000

400000

500000

600000

700000

800000

900000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20TIME

Bomba_1.hp_in.pBomba_1.hp_out.p

Consumo de la bomba: será constante, ya que estamos trabajando a un caudal constante de entrada. Consumirá 8,97 KW.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

0 10 20 30 40 50TIME

Bomba_1.Consumo.signal

Ajuste del pH: el pH del agua a desalar será básico, nosotros queremos tener a la salida un pH ácido, para que la desinfección que se realizará en el paso siguiente sea más efectiva. Dinámica del pH de salida: el pH de la entrada tendrá una pequeña dinámica debido a que las tuberías inicialmente contenían un fluido con un pH neutro, y nosotros hemos metido a la entrada del experimento un pH entre 8 y 9. El pH a la salida del componente siempre será el mismo, igual al de la variable pH_deaseado, a la que le dimos el valor de 5 a la hora de construir este componente.

100

2

3

4

5

6

7

8

9

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20TIME

Ajuste_pH_1.hp_in.PHAjuste_pH_1.hp_out.PH

Dosis necesaria para conseguir el pH deseado: vemos como la dosis de H2SO4 expresada en ml/s aumenta cuando el pH a la entrada es mayor. Esto es debido a que tenemos que añadir más ácido sulfúrico para llevar el pH al valor deseado. Como podemos observar la dosis de sosa cáustica (NaOH) es siempre cero, ya que lo que estamos haciendo en este caso es bajar el pH.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20TIME

Ajuste_pH_1.Dosis_H2SO4Ajuste_pH_1.Dosis_NaOH

Dosificador de reactivo para la desinfección: en este componente nos interesa observar el cloro a la salida, la dosis necesaria de hipoclorito sódico, la eficiencia que tendrá la dosis, como se modifica el pH en la salida, y si las dimensiones de la tubería con la que está diseñada el componente Dosificador_de_Reactivo son las adecuadas para que el tiempo de tránsito por ella sea mayor al tiempo necesario para la desinfección. Dinámica del cloro a la salida del dosificador: el cloro a la entrada es cero, ya que proviene de los pozos. Vemos cómo va tendiendo hacia el valor del cloro deseado, que en este punto de la planta desaladora debe de ser 3 mg/l. La dinámica que observamos

101

es debido a los 5 metros de tuberías, necesarios para que se cumpla el tiempo de contacto del cloro con el agua a desinfectar.

0

1

2

3

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

Dosificador_de_Reactivo_1.Hidro_1.ClDosificador_de_Reactivo_1.Hidro_2.ClDosificador_de_Reactivo_1.Reactivo_1.Cl_deseado

Alteración del pH en la salida: Debido a que utilizamos hipoclorito sódico, el pH a la salida del componente Reactivo valdrá 6. Podemos observar una dinámica que va desde pH neutro a 6, esto es debido a que inicialmente el agua que contiene todas las tuberías de este experimento tienen un pH neutro.

5.0

5.5

6.0

6.5

7.0

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

Dosificador_de_Reactivo_1.Hidro_1.PHDosificador_de_Reactivo_1.Hidro_2.PH

Eficiencia de la dosis: la eficiencia (%) será un valor constante ya que ésta depende del pH del agua, y en nuestro caso el pH de la entrada permanecerá constante e igual a 5. Dosis de hipoclorito sódico: la dosis (mg/l) a añadir será constante ya que a la entrada el nivel de cloro es constantes e igual a cero y la eficiencia también es constante. Tiempo necesario para la desinfección: el tiempo (seg) necesario para la desinfección depende del pH que tengamos a la entrada, por lo tanto también será un valor constante. Durante todo el experimento el tiempo de contacto es menor que el tiempo de tránsito por la tubería, por lo tanto vemos como la variable OK toma el valor TRUE.

Ilustración 67: Captura de las variables transcendentales con valor constante en el experimento.

102

Decloración del agua: el agua necesita ser declorada antes de entrar a los filtros de arena. La membrana necesita una concentración de cloro residual menor que 0.1 mg/l. En este componente mostraremos la dosis necesaria de dióxido de azufre (SO2) para declorar, el tiempo de contacto necesario, y comprobaremos cómo el nivel de cloro a la salida del componente es el deseado. Concentración de cloro a neutralizar: en línea roja vemos el cloro que entra en el componente. La dinámica se debe a que inicialmente el cloro en las tuberías es cero, y transcurrido 40 segundos ya se estabiliza a la concentración de cloro que deseábamos para desinfectar (3 mg/l). A la salida de este componente requerimos una concentración de 0.05 mg/l representado por la línea marrón. La línea verde representa la cantidad de cloro que debemos neutralizar con dióxido de azufre.

0.0

1.0

2.0

3.0

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

Decloracion_1.Hidro_1.ClDecloracion_1.SO2_1.Cl_deseadoDecloracion_1.SO2_1.Declorar

Dosis de dióxido de azufre: por cada parte de cloro que queremos neutralizar debemos añadir 1.05 partes de dióxido de azufre. Así vemos cómo la concentración de la dosis en mg/l es siempre un poco superior a la concentración de cloro que precisamos neutralizar.

0

1

2

3

4

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

Decloracion_1.SO2_1.DeclorarDecloracion_1.SO2_1.Dosis

103

Tiempo de contacto necesario: el tiempo de contacto en este caso es variable, porque depende de la dosis, y ésta es variable. Vemos que en todo momento el tiempo de tránsito por la tubería interna del componente es mayor que el que se necesita para declorar.

0

10

20

30

40

50

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

Decloracion_1.SO2_1.t_contacto.signalDecloracion_1.Tuberia_A_1.t_dePaso.signal

Filtro de arena: en el filtro de arena es interesante ver la dinámica de las variables: SDI, PH, Cl, T, y TDS. Todas tendrán la misma dinámica, un sistema de primer orden con un retraso. El retraso y la constante del sistema se calculan dinámicamente como vimos en la sección donde explicamos este componente. También es interesante ver la caída de presión entre la entrada del filtro y la salida. Si la presión de entrada al filtro fuera menor que la mínima presión admisible para el filtrado, saltará un error a la hora de ejecutar el experimento. Veremos que la presión de entrada está siempre por encima de 3.5 bares. Dinámica de las variables SDI, PH, Cl, T, y TDS: veamos tan solo dos gráficas, la concentración de sales (mg/l), y la concentración de cloro residual (mg/l). Tienen un retardo de 7500 segundos, es decir, un poco más de dos horas. Y una constante del sistema igual a 32759,05. Debido al valor tan elevado que tiene el sistema tiene una dinámica muy lenta. El tiempo de subida es aproximadamente de uno día.

29000

30000

31000

32000

33000

34000

35000

36000

37000

0 20000 40000 60000 80000 100000 120000 140000 160000TIME

Filtro_Arena_1.hp_in.TDSFiltro_Arena_1.hp_out.TDS

104

0

5

10

15

20

25

0 50000 100000TIME

Filtro_Arena_1.hp_in.SDIFiltro_Arena_1.hp_out.SDI

Caída de presión en el filtro: para ver mejor esta gráfica nos centramos en los primeros segundos. La presión no sufrirá ninguna dinámica, tan sólo una caída. La dinámica que aquí se observa es debido a la que nos aporta la bomba de media presión. Se puede comprobar cómo la presión de entrada siempre es mayor que la mínima exigida.

400000

500000

600000

700000

800000

900000

0 10 20 30 40 50TIME

Filtro_Arena_1.hp_in.pFiltro_Arena_1.hp_out.p

Depósito de coagulante: este componente está construido para que no realice ningún cambio en el índice de sedimentación, aunque podría hacerlo. Suponemos que en este depósito se añadirá el coagulante pero donde realmente habrá una disminución del SDI será en el depósito de floculación. En este componente podemos observar la dinámica que le hemos pasado a la hora de construirlo, y el consumo que será constante, debido a que la entrada de caudal volumétrico es constante. Dinámica de las variables SDI, PH, Cl, T, y TDS: el retraso de este componente valdrá 100 segundos y la constante de tiempo tomará un valor igual a 9. Veamos la dinámica por ejemplo de la variable índice de colmatación. Como dije todas las demás variables tendrán la misma dinámica. Podemos observar cómo al ser la dinámica del

105

coagulante, mucho más rápida, que la dinámica del filtro de arena, casi las dos líneas se ven superpuestas. Predomina la dinámica lenta del filtro.

2

3

4

5

6

7

0 50000 100000 150000 200000TIME

Coagulante_1.hp_in.SDICoagulante_1.hp_out.SDI

Consumo del componente: al tener un caudal de entrada constante, la velocidad de las aspas será constante y se consumirá en todo instante lo mismo.

2.0

2.1

0 50000 100000 150000 200000TIME

Coagulante_1.Consumo.signal

Depósito de floculación: aquí sí se varía el índice de colmatación. Veremos una gráfica del índice de colmatación, donde también podremos ver la dinámica de la variable. Este componente tendrá un retraso igual a 3000 segundos, y una constante del sistema de primer orden de 10. Veremos también el consumo del componente.

106

Dinámica de las variables SDI, PH, Cl, T, y TDS: en la primera además de observar la dinámica vemos como el índice de sedimentación se estabiliza en 5. En la segunda gráfica podemos observar la dinámica sin ninguna modificación.

1

2

3

4

5

6

7

0 50000 100000 150000 200000TIME

Floculacion_1.hp_in.SDIFloculacion_1.hp_out.SDI

30000

31000

32000

33000

34000

35000

36000

37000

0 50000 100000 150000 200000TIME

Floculacion_1.hp_in.TDSFloculacion_1.hp_out.TDS

Consumo del componente: al tener un caudal de entrada constante, la velocidad de las aspas será constante y se consumirá en todo instante lo mismo.

3

4

0 50000 100000 150000 200000TIME

Floculacion_1.Consumo.signal

107

Filtros de cartucho: la dinámica de este componente es muy rápida y no se puede observar en las gráficas porque predomina la dinámica lenta del filtro de arena. Tiene un retraso de 0.33 segundos y una constante del sistema de 0.55.

29000

30000

31000

32000

33000

34000

35000

36000

37000

0 50000 100000 150000 200000TIME

Filtro_Cartucho_1.hp_in.TDSFiltro_Cartucho_1.hp_out.TDS

Acción en el filtro de afino: podemos ver como rebajamos aún más con el filtro de afino el índice de sedimentación. Si a la entrada del filtro tuviéramos un índice de sedimentación mayor que 8 nos daría un error en el experimento, porque no lo podemos consentir, el filtro se estropearía.

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

0 50000 100000 150000 200000TIME

Filtro_Cartucho_1.hp_in.SDIFiltro_Cartucho_1.hp_out.SDI

108

Caída de presión: la presión de entrada al filtro deberá ser en todo momento mayor que 2.5 bares, si no saltaría un error en el experimento porque no se podría realizar la filtración. En la gráfica podemos apreciar la caída que se produce en el filtro.

400000

500000

600000

700000

800000

0 10 20 30 40 50TIME

Filtro_Cartucho_1.hp_in.pFiltro_Cartucho_1.hp_out.p

5.2. DESALACIÓN A la desalación llegará el agua preprocesada, con un índice de sedimentación menor que 5, un pH neutro, y un nivel de cloro residual por debajo de 0.1 mg/l. En esta etapa nos interesará ver dos experimentos. En el primero no utilizaremos regeneración de energía y en el segundo si. El agua después de la desalación pasará a la siguiente y última etapa, el post-procesado. 5.2.1. Construcción de los componentes En los dos experimentos utilizaremos casi los mismos componentes así que indicaremos en este apartado la construcción de todos los utilizados. El primer componente que nos encontramos es la bomba de alta presión. Simularemos el modelo 2085(2) de la serie 200MS de la compañía Waukesha Cherry-Burrell. A continuación adjuntamos la curva característica caudal altura y la curva de rendimiento de la bomba. En el anexo se podrá consulta la hoja de características de esta bomba dada por el fabricante. Tenemos que advertir en este punto que la curva que le hemos pasado para simular este componente aunque tiene la misma forma que la bomba real, el incremento de presión es distinto. En la ficha técnica pone que la altura está en pies, con lo que teóricamente esta bomba sólo sería capaz de aportar 16.8 bares. Esta altura nos parece poca para una bomba de alta presión, por lo que viendo que el fabricante censura la gráfica, puede que también la dé errónea. Por ese motivo hemos considerado que la altura está en metros y no en pies. Si la curva fuera cierta, el componente que hemos construido simularía el comportamiento de un poco más de 3 bombas en serie.

109

Curva Caudal- Altura

0

100

200

300

400

500

600

0 0,005 0,01 0,015 0,02

Caudales (m^3/s)

Altu

ra (m

)

Ilustración 68: curva característica caudal altura del modelo 2085(2) a 3500 rpm.

Rendimiento de la bomba

0

10

20

30

40

50

60

0 0,005 0,01 0,015 0,02

Caudales (m^3/s)

Ren

dim

ient

o (%

)

Ilustración 69: curva característica del rendimiento de la bomba modelo 2085(2) a 3500 rpm.

El resto de parámetros con los que se ha construido este elemento lo adjuntamos a continuación.

-----------------DATA-------------------- z_in REAL 0 geometric elevation of inlet (m) z_out REAL 0 geometric elevation of outlet (m) ro REAL 0.6 Rendimiento del motor [0.6,0.85] C REAL 2.5 Constante del sistema de primer orden de la presión

Después nos encontramos las dos etapas de membranas de osmosis inversa. La construiremos todas iguales, simulando la membrana SW30HR-380 de Dow. Todas sus características y limitaciones las estudiamos en profundidad cuando explicamos el componete ReverO_model.

110

5.2.2. Desalación sin cámara isobárica

Bomba de alta presión: veremos la dinámica en la presión de la bomba y el consumo

de ésta. Presión de entrada y de salida de la bomba de alta presión:

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

Bomba_1.hp_in.pBomba_1.hp_out.p

111

Consumo de la bomba de alta presión:

1.5

1.6

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

Bomba_1.Consumo.signal

Las dos etapas de membranas: ya estudiamos en la sección donde explicamos el

componente Revero_model el comportamiento de un único módulo. Aquí analizaremos el comportamiento de la segunda etapa, en comparación con la primera y la batería completa de membranas. El análisis de la segunda etapa frente a la primera la veremos comparando las salidas del bloque 1 y el bloque 5. El análisis de las dos etapas lo realizaremos en el componente UnionT_5.

Caudales obtenidos de permeado en la primera y segunda etapa: cuando alcanzamos el

permanente el caudal que obtenemos en la segunda etapa (línea marrón) es menor que el que se obtiene en la segunda etapa, esto es así porque la presión de la segunda etapa es menor y la concentración de sales de entra en cambio es más elevada. Pero en los primeros segundos el caudal de la segunda etapa es mayor que el de la primera etapa (línea roja), esto es debido al retardo en la concentración de sales de los módulos de la primera etapa. A los 10 segundos empieza a entrar en el módulo de la segunda etapa una concentración de 38000 mg/l, pero antes estaba entrando la concentración con la que estaba inicializada la tubería y la membrana, 3000mg/l.

0.00000

0.00005

0.00010

0.00015

0.00020

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

ReverO_model_1.hp_permeate.QReverO_model_5.hp_permeate.Q

112

Concentración de sales en el permeado en la primera y segunda etapa: hasta que la concentración de sales que hemos introducido por la bomba de alta presión no pase por la tubería y por las membranas de la primera etapa, estará entrando a la segunda etapa la concentración inicial, 3000 mg/l. Después de transcurridos 20 segundos ya empieza a llegar los 38000 mg/l de concentración de sales. Evidentemente vemos cómo en la segunda etapa saldrá una concentración de sales mucho mayor que la primera.

90

100

110

120

130

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

ReverO_model_1.hp_permeate.TDSReverO_model_5.hp_permeate.TDS

Nivel de pH en el permeado de la primera y segunda etapa: el pH al que está

inicializado todos los componentes es neutro. Y en la entrada de nuestro experimento también entrará un fluido a pH neutro. El pH del canal brine de la primera etapa baja levemente como le indica la tabla que le pasamos como parámetro al componente. Esta bajada provoca que el pH de la salida de permeado de la segunda etapa sea siempre menor que el pH de la salida del permeado de la primera etapa, como podemos observar en la segunda gráfica.

6.85

6.90

6.95

7.00

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

ReverO_model_1.hp_feed.PHReverO_model_5.hp_feed.PH

113

5.4

5.6

5.8

6.0

6.2

6.4

6.6

6.8

7.0

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

ReverO_model_1.hp_permeate.PHReverO_model_5.hp_permeate.PH

Las otras variables: temperatura, índice de sedimentación, concentración de cloro, y la

presión no son interesantes verlas, puesto que el módulo de osmosis inversa no realiza cambios en el puerto de permeado para estas variables.

Consumo energético: aquí podremos analizar cuánto nos ha costado el metro cúbico de agua en este montaje sin Cámara Isobárica. Para realizar este experimento pondremos un tiempo de duración del experimento de una hora. En el siguiente montaje pondremos el mismo tiempo de simulación con la idea de comparar resultados.

Cantidad de agua obtenida en el experimento: en una hora de trabajo conseguimos 3.34 metros cúbicos de agua. Coste del metro cúbico de agua: es necesario precisar que este coste es sólo considerando el consumo energético. El precio del metro cúbico del agua vale 8 euros.

114

5.2.3. Desalación con cámara isobárica

Bomba de alta presión: la dinámica de la presión será la misma que la de antes, pero la potencia consumida sí cambiará, debido a que estamos trabajando en otro punto de la operación. El caudal que le entrará será menor, la presión de salida que obtendremos será mayor, pero la eficiencia será bastante menor. Lo ideal sería colocar otra bomba para que tuviera el máximo del rendimiento centrado en nuestro nuevo punto de operación.

Presión de entrada y de salida de la bomba de alta presión: vemos cómo al tener un caudal de entrada menor en la bomba de alta presión conseguimos una presión más alta que en el montaje anterior

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

Bomba_1.hp_in.pBomba_1.hp_out.p

115

Consumo de la bomba de alta presión: el consumo en los primeros segundos es mayor que el consumo medio en el montaje anterior, porque la bomba que hemos utilizado en este montaje es la misma, y estamos trabajando en un punto de operación donde el rendimiento de la bomba es mucho menor. Pero después de unos segundos, cuando la cámara isobárica ya se ha llenado y empieza a utilizarse, el caudal por la bomba de alta presión es tan bajo que aún siendo peor el rendimiento de la bomba consumimos muchísimo menos.

90

100

110

120

130

140

150

160

0 1000 2000 3000 4000TIME

Bomba_1.Consumo.signal

Cámara Isobárica: nos interesa ver los caudales que entran y salen de los puertos A,

C, D, y G de la cámara isobárica, para saber cuáles son los caudales que tenemos por cada una de las dos ramas. Y las presiones.

Caudales en la Cámara Isobárica: en los primeros segundos la Cámara Isobárica se encuentra vacía y el caudal D es cero, pero a medida que va pasando el tiempo se va llenando hasta llegar a un punto de equilibrio donde casi el 90 % del agua es aprovechada para subir la energía hidráulica.

0.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.010

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

CamaraIso_1.hp_in_A.QCamaraIso_1.hp_out_C.QCamaraIso_1.hp_out_D.Q

116

Presiones en la Cámara Isobárica: vemos cómo tan sólo hay una pequeña caída de presión entre el canal G y el canal D, se aprovecha casi toda la energía hidráulica del caudal de desecho.

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

CamaraIso_1.hp_in_G.pCamaraIso_1.hp_out_D.p

Bomba Booter: se encargará de elevar la presión en la rama de realimentación. Observaremos la dinámica de la presión, su consumo, y al tanto por ciento que está trabajando.

Punto de trabajo: enseñamos el regulador de la bomba Booster, de esta manera podemos ver a qué % de sus posibilidades está trabajando en cada instante.

-0.2

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

10 20 30 40 50 60 70TIME

Bomba_BP_1.Reg.signal

117

Presiones a la entrada y salida:

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

Bomba_BP_1.hp_in.pBomba_BP_1.hp_out.p

Consumo de la bomba Booster:

-2

0

2

4

6

8

10

12

10 20 30 40 50 60 70TIME

Bomba_BP_1.Consumo.signal

Mezcla de caudales en la realimentación: analizaremos todas las variables para ver cómo se realiza la realimentación.

118

Temperatura: la temperatura de las dos entradas son iguales, por lo que las tres curvas tomarán los mismos valores.

270

280

290

300

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

UnionT_1.hp_in_1.TUnionT_1.hp_in_2.TUnionT_1.hp_out.T

Índice de sedimentación: la dinámica igual que en caso del cloro la tenemos debido a

que inicialmente los componentes contienen un agua con un índice de sedimentación igual a 2.

2.0

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

2.6

2.7

2.8

2.9

3.0

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

UnionT_1.hp_in_1.SDIUnionT_1.hp_in_2.SDIUnionT_1.hp_out.SDI

119

Concentración de cloro residual: la dinámica que podemos observar en la gráfica de concentraciones de cloro en mg/l, es debida a que inicialmente todos los componentes tenían un valor de cloro residual igual a cero.

0.00

0.02

0.04

0.06

0.08

0.10

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

UnionT_1.hp_in_1.ClUnionT_1.hp_in_2.ClUnionT_1.hp_out.Cl

Concentración de sales: la concentración de sales del desecho será mayor que la de

alimentación, por eso la salida de la unión al final será un poco mayor que la de la entrada.

30000

31000

32000

33000

34000

35000

36000

37000

38000

39000

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

UnionT_1.hp_in_1.TDSUnionT_1.hp_in_2.TDSUnionT_1.hp_out.TDS

120

Nivel de pH: el pH se modifica un poco al entrar en contacto con el agua proveniente del canal de desecho, el cual tiene un pH menor.

6.995

6.996

6.997

6.998

6.999

7.000

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

UnionT_1.hp_in_1.PHUnionT_1.hp_in_2.PHUnionT_1.hp_out.PH

Presiones: las presiones tras unos segundos tienden a igualarse gracias al controlador

de la bomba Booster.

0

1000000

2000000

3000000

4000000

5000000

6000000

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

UnionT_1.hp_in_1.pUnionT_1.hp_in_2.pUnionT_1.hp_out.p

121

Caudales: podemos observar de nuevo cómo en un principio, toda el agua la aporta la rama de arriba y transcurrido unos segundos se llega a un equilibrio en donde más del 80% del agua a desalar la aporta la rama de realimentación.

0.000

0.001

0.002

0.003

0.004

0.005

0.006

0.007

0.008

0.009

0.010

0 10 20 30 40 50 60 70TIME

UnionT_1.hp_in_1.QUnionT_1.hp_in_2.QUnionT_1.hp_out.Q

Consumo energético: veremos cuanto nos vale ahora el metro cúbico de agua utilizando la cámara isobárica. Realizaremos experimento, al igual que antes durante una hora.

Cantidad de agua obtenida en el experimento: en una hora de trabajo conseguimos 4.127 metros cúbicos de agua. Hemos obtenido más agua que en el experimento anterior, esto se debe a que hemos trabajado a una presión mayor. Coste del metro cúbico de agua: es necesario precisar que este coste es sólo considerando el consumo energético. El precio del metro cúbico del agua vale 6.5 euros. El precio es bastante menor que sin dispositivo de regeneración de energía. Este precio todavía podríamos mejorarlo utilizando una bomba de alta presión que tenga un mejor rendimiento en el punto de trabajo.

122

5.3. POST-PROCESADO.

5.4. PLANTA DESALADORA COMPLETA.

Ya hemos visto las distintas etapas que se realizan en una planta desaladora desde la captación del agua a desalar en los pozos, hasta que obtenemos un agua apta para el consumo humano. Hemos analizado como van cambiando las características del agua a desalar en todo su recorrido. En este punto lo único que queremos mostrar es el resultado final, las características finales que tendrá el agua, la cantidad de caudal que se consigue con este experimento y el precio del metro cúbico del agua obtenida. El diagrama que simularemos será la agrupación de las tres etapas antes comentadas. Este montaje simulará la planta desaladora de Carboneras con algunas modernizaciones.

Ilustración 70: diagrama de la planta desaladora completa.

123

La construcción de los componentes es la comentada en los otros montajes, excepto las tuberías. Las construiremos con longitudes distintas a las que tiene programadas por defecto con el fin de realizar una simulación más real de la planta completa. La longitud de la tubería que va desde las bombas de captación del agua salada hasta el tratamiento químico, mide 10 metros, al igual que la tubería que separa el tratamiento químico con los filtros de arena, y las tres tuberías que unen el preprocesado con los tres módulos de desalación. Las tuberías que van desde los filtros de arena hasta el depósito de coagulante mide 5 metros, igual que la que va desde el depósito de floculante hasta los filtros del cartucho. El resto de tuberías tienen la longitud diseñada por defecto, 1 metro.

Las variables que introduciremos a este experimento serán constantes y sus valores podemos verlos a continuación.

VARIABLE DE ENTRADA VALOR Bomba_1.hp_in.Cl 0 Bomba_1.hp_in.PH 8 Bomba_1.hp_in.Q 0,00411 Bomba_1.hp_in.SDI 23 Bomba_1.hp_in.T 294 Bomba_1.hp_in.TDS 38000 Bomba_1.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_2.hp_in.Cl 0 Bomba_2.hp_in.PH 8,5 Bomba_2.hp_in.Q 0,00411 Bomba_2.hp_in.SDI 17 Bomba_2.hp_in.T 295 Bomba_2.hp_in.TDS 37500 Bomba_2.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_3.hp_in.Cl 0 Bomba_3.hp_in.PH 8 Bomba_3.hp_in.Q 0,00411 Bomba_3.hp_in.SDI 23 Bomba_3.hp_in.T 298 Bomba_3.hp_in.TDS 36000 Bomba_3.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_4.hp_in.Cl 0 Bomba_4.hp_in.PH 8 Bomba_4.hp_in.Q 0,00411 Bomba_4.hp_in.SDI 25 Bomba_4.hp_in.T 294 Bomba_4.hp_in.TDS 36500 Bomba_4.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_5.hp_in.Cl 0 Bomba_5.hp_in.PH 8,5

124

Bomba_5.hp_in.Q 0,00411 Bomba_5.hp_in.SDI 21 Bomba_5.hp_in.T 297 Bomba_5.hp_in.TDS 38000 Bomba_5.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_6.hp_in.Cl 0 Bomba_6.hp_in.PH 8 Bomba_6.hp_in.Q 0,00411 Bomba_6.hp_in.SDI 24 Bomba_6.hp_in.T 298 Bomba_6.hp_in.TDS 37500 Bomba_6.hp_in.p 1,50E+05 Bomba_7.hp_in.Cl 0 Bomba_7.hp_in.PH 8,5 Bomba_7.hp_in.Q 0,00411 Bomba_7.hp_in.SDI 21 Bomba_7.hp_in.T 292 Bomba_7.hp_in.TDS 35000 Bomba_7.hp_in.p 1,50E+05 CuatroMembranas2Etapas_1.ReverO_model_2.hp_feed.Q 0,0024 CuatroMembranas2Etapas_1.ReverO_model_3.hp_feed.Q 0,0024 CuatroMembranas2Etapas_1.ReverO_model_4.hp_feed.Q 0,0024 CuatroMembranas2Etapas_2.ReverO_model_2.hp_feed.Q 0,0024 CuatroMembranas2Etapas_2.ReverO_model_3.hp_feed.Q 0,0024 CuatroMembranas2Etapas_2.ReverO_model_4.hp_feed.Q 0,0024 CuatroMembranas2Etapas_3.ReverO_model_2.hp_feed.Q 0,0024 CuatroMembranas2Etapas_3.ReverO_model_3.hp_feed.Q 0,0024 CuatroMembranas2Etapas_3.ReverO_model_4.hp_feed.Q 0,0024 Filtro_Arena_2.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Arena_3.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Arena_4.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Arena_5.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Arena_6.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Cartucho_1.hp_in.Q 0,0096 Filtro_Cartucho_2.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Cartucho_3.hp_in.Q 0,004795 Filtro_Cartucho_4.hp_in.Q 0,004795

A continuación veremos la gráfica de todas las variables que salen por la última tubería del experimento, la tubería que nos dará el agua completamente desalada y tratada, apta para el consumo humano.

125

Características del agua obtenida: Nivel de pH a la salida del montaje, índice de sedimentación, concentración de cloro: tomarán los valores deseados, los aptos para el consumo humano. En la primera gráfica vemos los valores que tomarán en la primera hora, y en la segunda veremos los valores que tomarán a lo largo de las horas. La dinámica de la planta completa es muy lenta.

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 1000 2000 3000 4000TIME

Tuberia_16.hp_out.ClTuberia_16.hp_out.PHTuberia_16.hp_out.SDI

0

2

4

6

8

10

0 20000 40000 60000 80000 100000TIME

Tuberia_16.hp_out.ClTuberia_16.hp_out.PHTuberia_16.hp_out.SDI

126

Temperatura: la temperatura del permeado es prácticamente constante durante todo el experimento.

280

285

290

295

300

0 1000 2000 3000 4000TIME

Tuberia_16.hp_out.T

Caudal volumétrico: al principio tiene un transitorio, y después tenderá a estar constante. Primero veremos la gráfica del funcionamiento de la planta durante una hora, y después veremos la dinámica cuando se prolonga durante 10 horas. La dinámica de la planta completa como hemos dicho es muy lenta, y esto también se ve reflejado en el caudal de permeado. Al final tenderá a un valor permanente.

0.0030

0.0040

0.0050

0.0060

0.0070

0 1000 2000 3000 4000TIME

Tuberia_16.hp_out.Q

127

0.0030

0.0040

0.0050

0.0060

0 20000 40000 60000 80000 100000TIME

Tuberia_16.hp_out.Q

Presión: ocurre lo mismo que con las otras variables.

179740

179760

179780

179800

179820

179840

179860

0 1000 2000 3000 4000TIME

Tuberia_16.hp_out.p

179760

179770

179780

179790

179800

179810

179820

179830

179840

179850

179860

179870

0 20000 40000 60000 80000 100000TIME

Tuberia_16.hp_out.p

128

Concentración de sales: inicialmente la concentración de sales es igual a 3000 mg/l porque ese valor es el que tiene la tubería de salida inicialmente. Pero con el paso del tiempo tiene a unos 120 mg/l. Hay que tener en cuenta que la dinámica del filtro de arena es la más lenta, y tardarán horas hasta que el agua que pusimos en la entrada llegue a la salida del montaje. A continuación vemos una primera gráfica donde se muestra la primera hora. Y después vemos la tendencia transcurridas las horas.

0

10000

20000

30000

0 1000 2000 3000 4000TIME

Tuberia_16.hp_out.TDS

80

100

120

140

160

180

200

0 20000 40000 60000 80000 100000TIME

Tuberia_16.hp_out.TDS

Consumo Energético: aquí realizaremos el experimento pero durante tan solo una hora para poder comparar los resultados con los experimentos hechos anteriormente. Consumo Energético (KW) de la planta completa: el consumo, salvo el transitorio del principio, también será continuo debido a que estamos trabajando con variables de entrada constantes.

129

350

400

450

500

550

600

0 1000 2000 3000 4000TIME

ConsumoEnergetico_1.Consumo.signal

Volumen de agua potable producida (m3): se trata de una línea recta porque el caudal de salida es prácticamente constante.

0

5

10

15

20

0 1000 2000 3000 4000TIME

ConsumoEnergetico_1.Agua_potable

Precio del agua (euros/m3): (coste.signal) el precio del metro cúbico del agua ha bajado con respecto al que obteníamos cuando simulábamos únicamente la desalación en un bastidor, ahora nos vale 2 euros/m3. Los tres bastidores producen más agua potable que antes, pero el consumo energético también es mucho mayor. Entonces, ¿por qué el metro cúbico de agua potable ahora vale menos? Aunque consumamos más, lo que tenemos que pagar por tal consumo es prácticamente igual, porque en el coste del experimento predomina la factura de la potencia contratada. Debido a que la potencia que estamos utilizando durante todo el experimento es mucho menor a la contratada por la planta desaladora con la empresa eléctrica. Coste en euros del experimento: efectivamente como habíamos predicho, el coste del experimento es sólo un poco mayor que el anterior. Ahora tenemos una factura de 33 euros en una hora, mientras que antes teníamos 25 euros. Para concluir, incluimos una tabla con los valores exactos del consumo energético al finalizar el experimento de una hora. Cuando el experimento dura más horas el precio del agua permanece casi constante. Si realizamos el experimento durante diez horas el precio subirá tan solo a 2.4 euros/m3, esto será debido a que el caudal de permeado baja, como hemos visto en las gráficas de arriba.

130

6. ECOSIMPRO EN EXCEL Para realizar las simulaciones, el propio EcosimPro tiene el Ecomonitor. Este es el software que hemos estado utilizando durante todos nuestros experimentos antes expuestos. Ecomonitor es una plataforma de simulación adecuada cuando se quiere depurar el código, pero una vez que ya está el código creado, y sobre todo para diagramas de gran envergadura, es un poco engorroso. Si no se está familiarizado con el EcosimPro puede ser más beneficioso vincular un experimento con Microsoft Excel. Esta opción te permitirá ver el valor de cualquier variable en cualquier instante de tiempo en una hoja de cálculo. Si el montaje ya está realizado, la visualización de variables y gráficas puede ser más cómoda. Veremos un ejemplo de cómo quedaría un experimento en la hoja de cálculo de Microsoft Excel. Para conocer exactamente los pasos de instalación de esta herramienta en Excel consúltese el manual User Manual. Para manejar el experimento utilizaremos la siguiente barra de tareas que nos aparecerá en Excel.

Abriremos el experimentos que queramos visualizar con el botón de Open Experiment, una vez abierto podremos añadir variables en las casillas que queramos con el botón Assign Variable to selected cell. El valor de la variable aparecerá en esa casilla e irá cambiando cuando vaya pasando el tiempo de ejecución del experimento. Cuando se pulsa Play, comenzará el experimento. Una vez que haya terminado, tendremos a nuestra disposición en la hoja EcosimPro Hoja 1 del archivo Excel, todos los valores que han ido tomando las variables a lo largo del tiempo. Si queremos representar estas variables en una gráfica se podrán utilizar estos datos, y cada vez que se realice el experimento cada variable estará en la misma columna con lo que se pude conservar las gráficas. Finalmente es interesante vincular donde estén las gráficas de cada una de esas variables con las variables del experimento mediante un hipervínculo. La Hoja 1 de nuestro montaje en Excel queda de la siguiente manera. Esta hoja de cálculo se encuentra en la carpeta de experimentos del montaje Desalación_sin_cámara.

131

Al simular un experimento con Excel es muy importante seguir los pasos bien, de lo contrario saldrá un mensaje de error y la hoja de cálculo se quedará bloqueada. Los pasos a seguir para poder simular un experimento varias veces son los siguientes.

Primer paso: lo primero es abrir la hoja de cálculo donde tengamos diseñadas las gráficas, los dibujo de fondo, y las tablas de las variables que vamos a representar. Segundo paso: abrir el experimento con el botón Open Experiment. Una vez que se ha abierto se pueden incluir si se quieren nuevas variables, y finalmente se pulsará Play. Tercer paso: una vez que ya hemos ejecutado el experimento una vez, y nos gustaría ejecutarlo de nuevo. Tendremos primero que pulsar el botón Reset to Inicial Values, después podríamos cambiar cualquier valor de las variables de entrada. Cuando ya tengamos las variables de entrada para el nuevo experimento fijadas nos dirigimos a la hoja EcosimPro Hoja1 y pulsamos el botón Clean EcosimPro Sheet. Para finalizar volvemos a la hoja principal y pulsamos el botón Save Experiment configuration.

Seguidos esos tres pasos ya podremos de nuevo darle al Play para una nueva simulación, pero esta vez con los valores de las variables de entrada cambiados.

132

7. CONCLUSIONES Por ahora la única forma de simular plantas desaladoras era mediante la construcción de plantas pilotos. Nosotros proponemos el primer software encargado de realizar estas simulaciones con tan sólo un ordenador y EcosimPro. Serán necesarias plantas pilotos pero de mucha menor envergadura, tan sólo para realizar simulaciones con un experimento se necesitarán extraer de los componentes reales sus características. Una vez la tengamos podremos construir mediante el programa EcosimPro y el código propuesto cualquier planta desaladora. Esto es un paso más para el desarrollo de las plantas desaladoras. Un sector en agua en los tiempos que corre, donde el ser humano quiere seguir su crecimiento poblacional y económico, sin dejar al margen su compromiso medioambiental.

133

8. ANEXOS 8.1. CÓDIGO CREADO PARA ECOSIMPRO. 8.1.1 CuatroMembranas2Etapas.el LIBRARY DESAL COMPONENT CuatroMembranas2Etapas PORTS IN DESAL.Hidro FEED OUT DESAL.Hidro PERMEATE OUT DESAL.Hidro BRINE DATA TABLE_1D Var_pH_brine "Variación del pH en el caudal de desecho" TABLE_1D Var_pH_permeate "Variación del pH en el caudal de permeado" TOPOLOGY DESAL.ReverO_model( Nsec = 500) ReverO_model_1( L = 1.016, H = 0.00067, Aef = 35.3, Di = 0.029, De = 0.201, Var_pH_b = Var_pH_brine, Var_pH_p = Var_pH_permeate) DESAL.ReverO_model( Nsec = 500) ReverO_model_2( L = 1.016, H = 0.00067, Aef = 35.3, Di = 0.029, De = 0.201, Var_pH_b = Var_pH_brine, Var_pH_p = Var_pH_permeate) DESAL.ReverO_model( Nsec = 500) ReverO_model_3( L = 1.016, H = 0.00067, Aef = 35.3, Di = 0.029, De = 0.201, Var_pH_b = Var_pH_brine, Var_pH_p = Var_pH_permeate) DESAL.ReverO_model( Nsec = 500) ReverO_model_4( L = 1.016, H = 0.00067, Aef = 35.3, Di = 0.029, De = 0.201, Var_pH_b = Var_pH_brine, Var_pH_p = Var_pH_permeate) DESAL.ReverO_model( Nsec = 500) ReverO_model_5( L = 1.016, H = 0.00067, Aef = 35.3, Di = 0.029, De = 0.201,

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Var_pH_b = Var_pH_brine, Var_pH_p = Var_pH_permeate) DESAL.ReverO_model( Nsec = 500) ReverO_model_6( L = 1.016, H = 0.00067, Aef = 35.3, Di = 0.029, De = 0.201, Var_pH_b = Var_pH_brine, Var_pH_p = Var_pH_permeate) DESAL.ReverO_model( Nsec = 500) ReverO_model_7( L = 1.016, H = 0.00067, Aef = 35.3, Di = 0.029, De = 0.201, Var_pH_b = Var_pH_brine, Var_pH_p = Var_pH_permeate) DESAL.ReverO_model( Nsec = 500) ReverO_model_8( L = 1.016, H = 0.00067, Aef = 35.3, Di = 0.029, De = 0.201, Var_pH_b = Var_pH_brine, Var_pH_p = Var_pH_permeate) DESAL.UnionT UnionT_1 DESAL.UnionT UnionT_2 DESAL.UnionT UnionT_3 DESAL.UnionT UnionT_4 DESAL.UnionT UnionT_5 DESAL.UnionT UnionT_6 DESAL.UnionT UnionT_7 DESAL.UnionT UnionT_8 DESAL.UnionT UnionT_9 DESAL.UnionT UnionT_10 CONNECT ReverO_model_1.hp_permeate TO UnionT_1.hp_in_1 CONNECT ReverO_model_2.hp_permeate TO UnionT_1.hp_in_2 CONNECT ReverO_model_1.hp_brine TO ReverO_model_5.hp_feed CONNECT ReverO_model_2.hp_brine TO ReverO_model_6.hp_feed CONNECT ReverO_model_3.hp_brine TO ReverO_model_7.hp_feed CONNECT ReverO_model_4.hp_brine TO ReverO_model_8.hp_feed CONNECT ReverO_model_5.hp_permeate TO UnionT_2.hp_in_1 CONNECT ReverO_model_6.hp_permeate TO UnionT_2.hp_in_2 CONNECT ReverO_model_3.hp_permeate TO UnionT_4.hp_in_1 CONNECT ReverO_model_4.hp_permeate TO UnionT_4.hp_in_2 CONNECT UnionT_3.hp_in_1 TO UnionT_4.hp_out CONNECT UnionT_1.hp_out TO UnionT_3.hp_in_2 CONNECT ReverO_model_7.hp_permeate TO UnionT_5.hp_in_1 CONNECT ReverO_model_8.hp_permeate TO UnionT_5.hp_in_2 CONNECT UnionT_5.hp_out TO UnionT_6.hp_in_2 CONNECT UnionT_2.hp_out TO UnionT_6.hp_in_1 CONNECT UnionT_3.hp_out TO UnionT_7.hp_in_1 CONNECT UnionT_6.hp_out TO UnionT_7.hp_in_2 CONNECT FEED TO ReverO_model_1.hp_feed CONNECT FEED TO ReverO_model_2.hp_feed CONNECT FEED TO ReverO_model_3.hp_feed CONNECT FEED TO ReverO_model_4.hp_feed CONNECT ReverO_model_5.hp_brine TO UnionT_8.hp_in_1 CONNECT ReverO_model_6.hp_brine TO UnionT_8.hp_in_2 CONNECT ReverO_model_8.hp_brine TO UnionT_9.hp_in_2 CONNECT ReverO_model_7.hp_brine TO UnionT_9.hp_in_1

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CONNECT UnionT_10.hp_in_1 TO UnionT_8.hp_out CONNECT UnionT_10.hp_in_2 TO UnionT_9.hp_out CONNECT BRINE TO UnionT_10.hp_out CONNECT UnionT_7.hp_out TO PERMEATE 8.1.2 Decloracion.el LIBRARY DESAL COMPONENT Decloracion PORTS IN DESAL.Hidro Hidro_1 OUT DESAL.Hidro Hidro_2 DATA REAL Cloro = 0.05 "Concentración de cloro que se desea en mg/l" REAL Long_T = 4 "Longitud de tubería en metros" REAL D_T = 0.2 "Diámetro de la tubería en metros" DECLS BOOLEAN OK TOPOLOGY DESAL.SO2 SO2_1( z_in = 0, z_out = 0, Cl_deseado = Cloro, t_decloracion = \ { {0,1,2,3,4,5}, {0,10,20,30,40,50} }) DESAL.Tuberia_A( Nsec = 10) Tuberia_A_1( z_in = 0, z_out = 0, f = 0.02, l = Long_T, d = D_T, dp_lam = 1000) DESAL.Comparador Comparador_1 CONNECT SO2_1.hp_out TO Tuberia_A_1.hp_in CONNECT Comparador_1.P1 TO Tuberia_A_1.t_dePaso CONNECT Comparador_1.P2 TO SO2_1.t_contacto CONNECT Hidro_1 TO SO2_1.hp_in CONNECT Hidro_2 TO Tuberia_A_1.hp_out DISCRETE ASSERT (OK) WARNING "La tubería del Declorador es muy corta, es necesario ponerla más larga para que se declore eficientemente" CONTINUOUS OK = Comparador_1.P3.signal END COMPONENT 8.1.3 DESAL_common.el LIBRARY DESAL USE CONTROL USE MATH -- Constants CONST REAL g = 9.806 "gravity acceleration (m/s**2)" CONST REAL cp = 4186 "specific heat of water (J/kg*K)" ENUM membrana= {p,Q,TDS,T} "variables d entrada a la membrana" CONST REAL Ni=2 CONST REAL Rg=8.31e3

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CONST REAL Mw=58.8e3 ---------------------------------------------- --------- Definición del puerto Hidro -------- ---------------------------------------------- PORT fluido SUM IN REAL TDS "Composición del agua a desalar" SUM REAL Q "Caudal en volumen (m**3/s)" EQUAL REAL p "Pressure (Pa)" EQUAL OUT REAL T "Temperature (K)" REAL h "Enthalpy (J/kg)" SUM IN REAL wh "Energy flow (W)" EQUAL OUT REAL d "Densidad (kg/m**3)" CONTINUOUS --Densidad de la mezcla a una temperatura d= 498.4*(1.0069-2.757e-4*(T-273.15)) + \ sqrt(248400*((1.0069-2.757e-4*(T-273.15))**2)\ +752.4*(1.0069-2.757e-4*(T-273.15))*TDS/1000) -- Enthalpy h = T * cp -- Energy flow wh = Q * rho * h END PORT ---------------------------------------------- --------- Definición del puerto Hidro -------- ---------------------------------------------- PORT Hidro SINGLE IN EQUAL REAL PH "Nivel de PH" EQUAL REAL Cl "Concentración de cloro residual (mg/l)" EQUAL REAL SDI "Índice de Colmatación o ensuciamiento" SUM IN REAL TDS "Composición del agua a desalar" SUM REAL Q "Caudal en volumen (m**3/s)" EQUAL REAL p "Pressure (Pa)" EQUAL OUT REAL T "Temperature (K)" REAL h "Enthalpy (J/kg)" SUM IN REAL wh "Energy flow (W)" EQUAL OUT REAL d "Densidad(kg/m**3)" CONTINUOUS --Densidad de la mezcla a una temperatura d= 498.4*(1.0069-2.757e-4*(T-273.15)) + \ sqrt(248400*((1.0069-2.757e-4*(T-273.15))**2)\ +752.4*(1.0069-2.757e-4*(T-273.15))*TDS/1000) -- Enthalpy h = T * cp -- Energy flow wh = Q * rho * h END PORT -------------------------------------------------------- ----------------- PUERTO DATE -------------------------- -------------------------------------------------------- PORT date SINGLE IN EQUAL OUT INTEGER hour "Hora, de 0 a 23" EQUAL OUT INTEGER week_day "Día de la semana, de 1 a 7" EQUAL OUT INTEGER day "Día del mes, de 1 a 31" EQUAL OUT INTEGER month "Meses, de 1 a 12" EQUAL OUT INTEGER year "Años"

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END PORT -------------------------------------------------------- ---------- Componente abstracto Hridrocanal------------- -------------------------------------------------------- ABSTRACT COMPONENT HidroCanal PORTS IN Hidro hp_in "Puerto Hidro de entrada" OUT Hidro hp_out "Puerto Hidro de salida" DATA REAL z_in = 0. "geometric elevation of inlet (m)" REAL z_out = 0. "geometric elevation of outlet (m)" TOPOLOGY PATH hp_in TO hp_out END COMPONENT -------------------------------------------- ----------FUNCION DE MEMBRANA--------------- -------------------------------------------- --Para unos determinados valores de entrada a la membrana -- obtendremos los valores del permeado y del brain. FUNCTION REAL RO(IN REAL E[membrana],OUT REAL B[membrana],OUT REAL P[membrana], IN REAL L, IN REAL Di, IN REAL De, IN REAL Aef, IN REAL H, IN INTEGER Nsec) DECLS --Parámetros de la membrana REAL Rm=5e11 REAL k=7 REAL D=5e-9 REAL r= 0.997 "reject (%1)" --variables INTEGER i=0 REAL ufeed REAL dx "incremento de la variable longitudinal" REAL eta REAL R "Recovery" REAL V REAL vsum REAL c[Nsec] REAL v[Nsec] REAL u[Nsec] REAL dp[Nsec] REAL dpi[Nsec] BODY IF (E[Q] == 0 )THEN --permeate P[p] = 3e5 P[T] = 298 P[TDS] = 0 P[Q] = 0 --brine B[p] = 1e5 B[T] = 298 B[TDS] = 0 B[Q] = 0 ELSE dx= L/Nsec eta = 1.234e-6*exp(2.12e-6*E[TDS]+1.965/E[T]) ufeed = E[Q]/(PI*(De**2-Di**2)/4) --(m/s) u[1]=ufeed c[1]= E[TDS] --"mg/l" dp[1]= E[p]

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dpi[1]=Ni*Rg*E[T]*E[TDS]/Mw v[1]=(dp[1]-dpi[1])/Rm vsum=0 FOR( i=2; i<=Nsec; i=i+1) v[i]=(dp[i-1]-dpi[i-1])/Rm u[i]=u[i-1]-v[i-1]*dx/H vsum=vsum+v[i-1] c[i]=E[TDS]*(1+(r*exp(-v[i]*H/D)/(u[i-1]*H)+r*v[i]/(u[i-1]*D))*vsum*dx) dp[i]=dp[i-1]-12*k*eta/(H**2)*u[i-1]*dx dpi[i]=Ni*Rg*E[T]*c[i]/Mw END FOR R=1-u[Nsec]/ufeed V=(ufeed-u[Nsec])*H/L --permeate P[p] = 1.8e5 P[T] = E[T] P[TDS] = E[TDS]*(1-r) P[Q] = V*Aef --brine B[p] = dp[Nsec] B[T] = E[T] B[TDS] = c[Nsec] B[Q] = E[Q]-P[Q] END IF RETURN B[p] --------------------------- --Otro balance que se prodría poner es el de conservación de masas -- Qin*cin=Qp*cp+Qb*cb--------> obtener cp --------------------------- END FUNCTION --------------------------------------------------------- -------------MODULO DE OSMOSIS INVERSA------------------- --------------------------------------------------------- COMPONENT ReverO_model (INTEGER Nsec =500) PORTS IN Hidro hp_feed OUT Hidro hp_brine OUT Hidro hp_permeate DATA --Parámetros de la membrana REAL L= 1.016 "longitud de la membrana (m) " REAL H= 0.67E-3 "ancho del canal (m)" REAL Aef= 35.3 "area efectica (m**2)" REAL Di= 29e-3 "Diámetro interior m" REAL De= 201e-3 "Diámetro exterior m" TABLE_1D Var_pH_b "Variación que sufre el pH al pasar por la membrana, en el desecho" TABLE_1D Var_pH_p "Variación que sufre el pH al pasar por la membrana, en el permeado" DECLS EXPL REAL feed[membrana] EXPL REAL brine[membrana] EXPL REAL permeate[membrana] REAL P --Variables para la dinámica del Brine REAL C_b REAL Temp_b REAL Cloro_b

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REAL pH_b REAL sdi_b EXPL REAL Retraso_b EXPL REAL S_b EXPL REAL V_b EXPL REAL K_b --constante para la dinámica en el brine. EXPL REAL Nivel_pH_b --Variables para la dinámica del Permeate REAL C_p REAL Temp_p REAL Cloro_p REAL pH_p REAL sdi_p EXPL REAL Retraso_p EXPL REAL S_p EXPL REAL V_p EXPL REAL K_p --contante para la dinámica en el permeado. EXPL REAL Nivel_pH_p INIT Temp_p = 298 Temp_b = 298 C_p = 90 C_b = 30000 Cloro_b = 0 Cloro_p = 0 pH_b = 7 pH_p = 7 sdi_b = 2 sdi_p = 2 DISCRETE --La temperatura a la entrada de la membrana debe ser mayor que 0ºC y menor que 45ºC ASSERT (hp_feed.T > 273 AND hp_feed.T < 318) FATAL "Rango de temperatura a la entrada de la membrana fuera del límite operativo" --La presión máxima de funcionamiento es de 69 bares ASSERT (hp_feed.p >= 0 AND hp_feed.p <=69e5) WARNING "Rango de presión a la entrada de la membrana fuera del límite operativo" --El pH debe estar comprendido entre 2 y 11 ASSERT (hp_feed.PH >= 2 AND hp_feed.PH <=11) WARNING "Rango del pH a la entrada de la membrana fuera del límite operativo" --El índice máximo de densidad de sedimentos de alimentación es 5 ASSERT (hp_feed.SDI <= 5) WARNING "Índice máximo de densidad de sedimento,SDI, sobrepasado" --La concentración de cloro libre debe de ser menor que 0.1mg/l ASSERT (hp_feed.Cl < 0.1) WARNING "Elevada concentración de cloro libre, la membrana se está dañando de manera irreversible" --El caudal de entrada no puede ser negativo, ni mayor de 0.00454 m**3/s ASSERT (hp_feed.Q >= 0 AND hp_feed.Q <= 0.00454) FATAL "No están permitidos caudales negativos" CONTINUOUS S_b = Aef*H/L --Superficie de entrada del brine S_p = PI * (Di/2)**2 --Superficie de entrada del permeado --Volumen de canales V_b = S_b * L --canal de brine V_p = S_p * L --canal de permeado --Constantes del sistema de primer orden K_b = V_b / hp_feed.Q

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K_p = V_p / hp_feed.Q -- Evidentemente si no hay caudal no habrá concentración de sales y el retraso nos -- da igual lo que valga, así que le ponemos cero para que no nos de infinito. --Retraso de concentracion y temperatura en el brine Retraso_b = ZONE ((feed[Q]+brine[Q])>0) 2*L*S_b/(feed[Q]+brine[Q]) OTHERS 0 --Retraso de concentración y temperatura en el permeado Retraso_p = ZONE (permeate[Q]>0) 2*S_p*L/permeate[Q] OTHERS 0 --actualizando feed[p] = hp_feed.p feed[TDS] = hp_feed.TDS feed[Q] = hp_feed.Q feed[T] = hp_feed.T --BRINE --Presión P = RO(feed, brine, permeate,L,Di,De,Aef,H,Nsec) hp_brine.p = P --Dinámica de la concentración K_b * C_b' = brine[TDS] - C_b hp_brine.TDS = delay(C_b, Retraso_b) --Caudal volumétrico hp_brine.Q = brine[Q] --Dinámica de la temperatura K_b * Temp_b' = brine[T] - Temp_b hp_brine.T = delay(Temp_b, Retraso_b) --Cloro K_b * Cloro_b' = hp_feed.Cl - Cloro_b hp_brine.Cl = delay(Cloro_b, Retraso_b) --SDI K_b * sdi_b' = hp_feed.SDI - sdi_b hp_brine.SDI = delay(sdi_b, Retraso_b) --PH Nivel_pH_b = linearInterp1D (Var_pH_b, hp_feed.PH) K_b * pH_b' = Nivel_pH_b - pH_b hp_brine.PH = delay(pH_b, Retraso_b) --PERMEATE --Dinámica de la concentración K_p * C_p' = permeate[TDS] - C_p hp_permeate.TDS = delay(C_p,Retraso_p) --Presión hp_permeate.p = 1.8e5 --Caudal volumétrico hp_permeate.Q = permeate[Q] --Dinámica de la temperatura K_p * Temp_p' = permeate[T] - Temp_p hp_permeate.T = delay(Temp_p,Retraso_p) --Cloro K_p * Cloro_p' = hp_feed.Cl - Cloro_p hp_permeate.Cl = delay(Cloro_p, Retraso_p) --SDI K_p * sdi_p' = hp_feed.SDI - sdi_p hp_permeate.SDI = delay(sdi_p, Retraso_p) --PH Nivel_pH_p = linearInterp1D (Var_pH_p, hp_feed.PH) K_p * pH_p' = Nivel_pH_p - pH_p hp_permeate.PH = delay(pH_p, Retraso_p) END COMPONENT -------------------------------------------------------- ---------------- FUNCION BISIESTO ---------------------- -------------------------------------------------------- --Esta función nos devolberá TRUE si el año en cuestión es

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--bisiesto o FALSE si no lo es. FUNCTION BOOLEAN EsBisiesto (IN INTEGER year) DECLS INTEGER A "Entero de la división entre 4, los decimales se desprecian" INTEGER B "Entero de la división entre 100, los decimales se desprecian" INTEGER C "Entero de la división entre 400, los decimales se desprecian" BOOLEAN Bisiesto BODY A = year/4 B = year/100 C = year/400 IF (A * 4 == year) THEN IF(B*100 == year) THEN IF(C*400 == year) THEN Bisiesto = TRUE ELSE Bisiesto = FALSE END IF ELSE Bisiesto = TRUE END IF ELSE Bisiesto = FALSE END IF RETURN Bisiesto END FUNCTION -------------------------------------------------------- ----------------- RELOJ -------------------------------- -------------------------------------------------------- --Este componente nos dará la fecha y día de la semana en todo momento COMPONENT Reloj PORTS OUT date F_actual DATA INTEGER Hour = 10 "Hora de inicio del experimento" INTEGER Week_day = 2 "Día de la semana de inicio" INTEGER Day = 28 "Día del mes de inicio" INTEGER Month = 8 "Mes de inicio" INTEGER Year = 2007 "Año de inicio" INTEGER C1_Hour = 3"Hora en la que se efectuará el cambio de hora 1" INTEGER C1_Day = 21"Día en el que se efectuará el cambio de hora 1" INTEGER C1_Month =10"Mes en el que se efectuará el cambio de hora 1" INTEGER C1_NewHour = 2 "Nueva hora del cambio 1" INTEGER C2_Hour =2 "Hora en la que se efectuará el cambio de hora 2" INTEGER C2_Day = 21 "Día en el que se efectuará el cambio de hora 2" INTEGER C2_Month =4 "Mes en el que se efectuará el cambio de hora 2" INTEGER C2_NewHour = 3 "Nueva hora del cambio 2" DECLS INTEGER i "Índice para contar las horas transcurridas" INTEGER t_inicio "Tiempo de inicio, debe ser entero" INTEGER Hora "Hora actualizada" INTEGER Dia_sem "Día de la semana actualizado" INTEGER Dia "Día del mes actualizado" INTEGER Mes "Mes actualizado" INTEGER Agno "Año actualizado" BOOLEAN Bisiesto "Indica si el año actual es bisiesto o no" BOOLEAN C1 = FALSE "Flag para que el cambio de hora uno se efectue sólo una vez al año" BOOLEAN C2 = FALSE "Flag para que el cambio de hora dos se efectue sólo una vez al año" INIT

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-- Inicializamos variables Hora = Hour Dia_sem = Week_day Dia = Day Mes = Month Agno = Year Bisiesto = EsBisiesto(Agno) i = 1 --Con este componente el TIME inicial debe de ser entero t_inicio = TIME --Inicializamos puertos F_actual.hour = Hora F_actual.week_day = Dia_sem F_actual.day = Dia F_actual.month = Mes F_actual.year = Agno DISCRETE WHEN (TIME == t_inicio + i*3600) THEN Hora = Hora + 1 i = i + 1 END WHEN WHEN ( Hora == 24) THEN Hora = 0 Dia = Dia + 1 Dia_sem = Dia_sem +1 END WHEN WHEN (Dia_sem == 8) THEN Dia_sem = 1 END WHEN WHEN (Dia==29 AND (NOT Bisiesto) AND Mes==2) THEN Dia = 1 Mes = 3 END WHEN WHEN (Dia==30 AND Bisiesto AND Mes==2) THEN Dia = 1 Mes = 3 END WHEN WHEN (Dia==31 AND (Mes==4 OR Mes==6 OR Mes==9 OR Mes==11)) THEN Dia = 1 Mes = Mes + 1 END WHEN WHEN (Dia==32 AND (Mes==1 OR Mes==3 OR Mes==5 OR Mes==7 OR Mes==8 OR Mes==10)) THEN Dia = 1 Mes = Mes + 1 END WHEN WHEN (Dia==32 AND Mes==12) THEN Dia = 1 Mes = 1 Agno = Agno + 1 Bisiesto = EsBisiesto (Agno) C1 = FALSE C2 = FALSE END WHEN WHEN (Hora==C1_Hour AND Dia==C1_Day AND Mes==C1_Month AND (NOT C1)) THEN Hora = C1_NewHour C1 = TRUE END WHEN WHEN (Hora==C2_Hour AND Dia==C2_Day AND Mes==C2_Month AND (NOT C2)) THEN Hora = C2_NewHour C2 = TRUE END WHEN CONTINUOUS -- Sacamos por el puerto date la fecha actualizada F_actual.hour = Hora F_actual.week_day = Dia_sem

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F_actual.day = Dia F_actual.month = Mes F_actual.year = Agno END COMPONENT ---------------------------------------------- --------------- Tubería----------------------- ---------------------------------------------- COMPONENT Tuberia IS_A HidroCanal (INTEGER Nsec = 10) DATA REAL f = 0.020 "friction factor ()" REAL l = 1. "pipe lenght (m)" REAL d = 0.1 "pipe diameter (m)" REAL dp_lam = 1000 "pressure drop for laminar flow (Pa)" DECLS EXPL REAL A "Area (m**2)" REAL Q_lam "Caudal en volumen corresponding to dp_lam (m^3/s)" EXPL REAL dV "Volumen de una sección de tubería(m**3)" EXPL REAL dl "Longitud de las secciones de tubería (m)" REAL c[Nsec] "Concentración de sales en cada una de las secciones (mg/l)" REAL Temp[Nsec] "Temperatura en cada una de las secciones (ºK)" REAL Cloro[Nsec] "Concentración de cloro en cada una de las secciones (mg/l)" REAL sdi[Nsec] "Índice de colmatación en cada una de las secciones" REAL pH[Nsec] "pH del agua en cada una de las secciones" INIT --Suponemos las tuberías llenas y con las siguientes condiciones iniciales. FOR (i IN 2,Nsec) Temp[i] = 298 --Todas las tuberías están 298ºKelvin. END FOR FOR (i IN 2,Nsec) c[i] = 30000 --Todas las tuberías están llenas a 30000mg/l de sal. END FOR FOR (i IN 2,Nsec) Cloro[i] = 0 --No tendrán cloro END FOR FOR (i IN 2,Nsec) sdi[i] = 2 --Todas las tuberías tendrán un indice de colmatación bajo. END FOR FOR (i IN 2,Nsec) pH[i] = 7 --Todas las tuberías tendrán un pH neutro END FOR CONTINUOUS --Volumen de una sección dV = PI * (d/2)**2 * dl --Longitud de una sección dl= l/Nsec -- Geometry A = PI * (d/2)**2 -- Laminar flow condition Q_lam= A * sqrt(2 * d * dp_lam * hp_in.d / ( f * l )) -- Conservation of mass hp_out.Q = hp_in.Q -- Conservation of momentum IMPL (hp_out.p) hp_in.p - hp_out.p +rho * g * ( z_in - z_out ) = 0.5 * f * l * fpow2(hp_in.Q *rho, Q_lam) / ( d * rho * A**2 ) -- Conservation of energy IMPL(Temp[1]) Temp[1]= hp_in.T

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EXPAND (i IN 2,Nsec) dV * Temp[i]'= hp_in.Q * (Temp[i-1] - Temp[i]) hp_out.T = Temp[Nsec] --Cálculo del paso de sales por las secciones, considerando la interfase IMPL(c[1]) c[1]= hp_in.TDS EXPAND (i IN 2,Nsec) dV * c[i]'= hp_in.Q * (c[i-1] - c[i]) hp_out.TDS = c[Nsec] --Cloro IMPL(Cloro[1]) Cloro[1] = hp_in.Cl EXPAND (i IN 2,Nsec) dV * Cloro[i]' = hp_in.Q * (Cloro[i-1] - Cloro[i]) hp_out.Cl = Cloro[Nsec] --SDI IMPL(sdi[1]) sdi[1]= hp_in.SDI EXPAND (i IN 2,Nsec) dV * sdi[i]'= hp_in.Q * (sdi[i-1] - sdi[i]) hp_out.SDI = sdi[Nsec] --pH IMPL(pH[1]) pH[1]= hp_in.PH EXPAND (i IN 2,Nsec) dV* pH[i]'= hp_in.Q * (pH[i-1] - pH[i]) hp_out.PH = pH[Nsec] END COMPONENT ---------------------------------------------- ----------- Tubería ampliada ----------------- ---------------------------------------------- --Aporta un puerto para saber cuanto tiempo tarda en pasar el agua COMPONENT Tuberia_A IS_A Tuberia PORTS OUT analog_signal t_dePaso CONTINUOUS t_dePaso.signal = PI * (d/2)**2 *l / hp_in.Q END COMPONENT ------------------------------------------------------- ------------------- AJUSTE DEL pH --------------------- ------------------------------------------------------- COMPONENT Ajuste_pH IS_A HidroCanal DATA REAL pH_deseado "pH que se desea tener a la salida en mg/l" TABLE_1D pH_NaOH = {{1, 1.18, 1.37, 1.60, 1.95, 3, 4, 7, 10, 11, 12}, {0, 10, 20, 30, 40, 49, 49.9, 50, 50.1, 51, 60}} "Tabla de dosis de NaOH 0.1M para 50ml de analito" TABLE_1D pH_H2SO4 = {{1, 2, 3, 6, 9, 10, 11.05, 11.40, 11.63, 11.82, 12}, {0, 10, 20, 30, 40, 49, 49.9, 50, 50.1, 51, 60}} "Tabla de dosis de H2SO4 0.1M para 50ml de analito" DECLS EXPL REAL Dosis_NaOH "Dosis necesaria de Na_OH en ml/s" EXPL REAL Dosis_H2SO4 "Dosis necesaria de H2SO4 en ml/s" EXPL REAL NaOH_50ml "Indica la dosis de NaOH 1M necesaria para 50ml de analito" EXPL REAL H2SO4_50ml "Indica la dosis de H2SO4 1M necesaria para 50ml de analito" DISCRETE ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "Caudal negativo en el asjute del pH" CONTINUOUS --Será distinta de cero cuando necesitemos aumentar el pH

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NaOH_50ml = ZONE (hp_in.PH < pH_deseado) linearInterp1D (pH_NaOH, pH_deseado) - linearInterp1D (pH_NaOH, hp_in.PH) OTHERS 0 --Será distinta de cero cuando necesitemos disminuir el pH H2SO4_50ml = ZONE (hp_in.PH > pH_deseado) linearInterp1D (pH_H2SO4, pH_deseado) - linearInterp1D (pH_H2SO4, hp_in.PH) OTHERS 0 --La dosis será proporcional al volumen de agua tratada en cada momento. --Pasamos el caudal a ml/s y dividimos entre 50ml y multiplicamos NaOH_50ml Dosis_NaOH = NaOH_50ml * hp_in.Q*1e6/50 --Pasamos el caudal a ml/s y dividimos entre 50ml y multiplicamos H2SO4_50ml Dosis_H2SO4 = H2SO4_50ml * hp_in.Q*1e6/50 --pH hp_out.PH = pH_deseado --Cloro hp_out.Cl = hp_in.Cl --SDI hp_out.SDI = hp_in.SDI --TDS hp_out.TDS = hp_in.TDS --Temperaturas hp_out.T = hp_in.T --Presiones hp_out.p = hp_in.p --Caudales volumétricos hp_out.Q = hp_in.Q END COMPONENT ------------------------------------------------------- -------------- DOSIFICADOR DE REACTIVO ---------------- ------------------------------------------------------- COMPONENT Reactivo IS_A HidroCanal PORTS OUT analog_signal t_contacto DATA TABLE_1D Residual_libre "Grado de disociación (%) del ClOH en función del pH a 20ºC y TDS=3800mg/l" TABLE_1D Factor_D "Factor de desinfección en función del pH,tiempo en minutos" TABLE_1D Inc_PH "Variación del pH al añadir el reactivo en mg/l" REAL Cl_deseado = 3 "Concentración de cloro residual deseado en mg/l" DECLS REAL Dosis "Dosis de Hipoclorito Sódico (NaClO) mg/l" EXPL REAL Eficiencia "El % que se convierte en cloro residual" DISCRETE ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "Caudal negativo en la dosificación de reactivo" CONTINUOUS --Cloro Eficiencia = linearInterp1D (Residual_libre, hp_in.PH) -- El cloro que había más el que echamos debe cumplir con lo deseado. Dosis * Eficiencia/100 + hp_in.Cl = Cl_deseado hp_out.Cl = Cl_deseado --pH hp_out.PH = hp_in.PH + linearInterp1D (Inc_PH, Dosis) -- Calculamos el tiempo de contacto necesario en segundos

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t_contacto.signal = linearInterp1D (Factor_D, hp_in.PH) / Cl_deseado * 60 --SDI hp_out.SDI = hp_in.SDI --Caudales volumétricos hp_out.Q = hp_in.Q --Concentración de sales hp_out.TDS = hp_in.TDS --Temperaturas hp_out.T = hp_in.T --Presiones hp_out.p = hp_in.p END COMPONENT ------------------------------------------------------- ---------- DOSIFICADOR DE DIÓXIDO DE AZUFRE ----------- ------------------------------------------------------- COMPONENT SO2 IS_A HidroCanal PORTS OUT analog_signal t_contacto DATA REAL Cl_deseado = 0.05 "Concentración de cloro que se desea a la salida (mg/l)" TABLE_1D t_decloracion = {{0,1,2,3,4,5},{0,10,20,30,40,50}} "Tiempo (seg) de contacto necesario para la decloración" DECLS EXPL REAL Dosis "Dosis de SO2 (Dióxido de azufre) en mg/l" EXPL REAL Declorar "Concentración de cloro que queremos eliminar en mg/l" DISCRETE --ASSERT (hp_in.Cl > Cl_deseado) NOTE "No ha sido necesario declorar el agua" ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "Caudal negativo en el componente SO2" CONTINUOUS --Cloro -- Nos dirá los mg/l de cloro que queremos contrarrestar, o cero si no hace --falta declorar Declorar = ZONE (hp_in.Cl > Cl_deseado) hp_in.Cl - Cl_deseado OTHERS 0 -- En la práctica necesitamos 1.05 partes de SO2 por cada parte de cloro Dosis = 1.05 * Declorar -- Si se ha declorado el agua entonces tendremos a la salida Cl_deseado --si no ha hecho falta declorar el agua, la salida será el cloro de entrada hp_out.Cl = ZONE (hp_in.Cl > Cl_deseado) Cl_deseado OTHERS hp_in.Cl t_contacto.signal = ZONE (Dosis > 0) linearInterp1D (t_decloracion, Dosis) OTHERS 0 --SDI hp_out.SDI = hp_in.SDI --Caudal volumétrico hp_out.Q = hp_in.Q --TDS hp_out.TDS = hp_in.TDS --Temperaturas hp_out.T = hp_in.T --Presiones hp_out.p = hp_in.p

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--pH hp_out.PH = hp_in.PH END COMPONENT -------------------------------------------------- ------------- FILTRO DE ARENA -------------------- -------------------------------------------------- COMPONENT Filtro_Arena IS_A HidroCanal DATA REAL L = 12.5 "Longitud en metros" REAL V = 6 "Velocidad del fluido en m/h" REAL D = 4 "Diámetro en metros" REAL Min_presion= 3.43e5"Presión mínima a la que trabaja el filtro de arena" TABLE_1D Caida_P "Caida de presión en el filtro en Pascales frente al caudal de entrada en m**3/s" TABLE_1D Filtracion "Acción del filtro de arena al puerto SDI" DECLS REAL PH "Variable dinámica para el pH del agua" REAL Temp "Variable dinámica para la temperatura en grados Kelvin" REAL Cloro "Variable dinámica para la concentracion de cloro residual en mg/l" REAL C "Variable dinámica para la concentración de sales en mg/l" REAL sdi "Variable dinámica para el índice de colmatación o sedimentación" EXPL REAL Retraso "Retraso entre la entrada y salida del filtro" EXPL REAL K "Constante de la dinámica de primer orden" INIT --Valores iniciales, corresponden a valores típicos PH = 7 Temp = 298 Cloro = 0 C = 30000 sdi = 2 DISCRETE ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "Caudal negativo en el filtro de arena" ASSERT (hp_in.p >= Min_presion) FATAL "Poca presión de entrada en el filtro de arena" CONTINUOUS --Cálculo dinámico del Retraso y constante del sistema de primer orden K = PI * (D/2)**2 * L / hp_in.Q Retraso = L / V * 3600 --Lo pasamos a segundos. --Caudal Volumétrico hp_out.Q = hp_in.Q --Presión hp_out.p = hp_in.p - linearInterp1D(Caida_P, hp_in.Q) --SDI K * sdi' = linearInterp1D (Filtracion, hp_in.SDI) - sdi hp_out.SDI = delay(sdi, Retraso) --Temperaturas K * Temp' = hp_in.T - Temp hp_out.T = delay (Temp, Retraso) --Concentraciones K * C' = hp_in.TDS - C hp_out.TDS = delay (C, Retraso) --pH K * PH' = hp_in.PH - PH hp_out.PH = delay (PH, Retraso) --Cloro K * Cloro' = hp_in.Cl - Cloro hp_out.Cl = delay (Cloro, Retraso)

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END COMPONENT ------------------------------------------------------- ------------ DEPÓSITO DE COAGULANTE ------------------- ------------------------------------------------------- COMPONENT Coagulante IS_A HidroCanal PORTS OUT analog_signal Consumo "Potencia consumida por el componente (KW)" DATA TABLE_1D Accion "Acción que lleva a cabo el coagulante en el SDI de salida" TABLE_1D P "Potencia consumida en los motores (KW) frente a caudal de entrada (m**3/s)" REAL K = 1 "Constante del sistema de primer orden" REAL Retraso = 30 "Retraso que se da en el depósito" DECLS EXPL REAL Indice_Col "Índice de colmatación que obtendremos a la salida" REAL sdi "Variable para la dinámica de SDI" REAL Temp "Variable para la dinámica de la Temperatura" REAL pH "Variable para la dinámica del pH" REAL C "Variable para la dinámica de la concentración de sales,TDS" REAL Cloro "Variable para la dinámica del cloro" INIT sdi = 2 pH = 7 C = 30000 Cloro = 0 Temp = 298 DISCRETE ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "Caudal negativo en el depósito de coagulante" CONTINUOUS --Caudales volumétricos hp_out.Q = hp_in.Q --Presiones hp_out.p = hp_in.p --TDS K * C' = hp_in.TDS - C hp_out.TDS = delay (C, Retraso) --Temperatura K * Temp' = hp_in.T - Temp hp_out.T = delay (Temp, Retraso) --pH K * pH' = hp_in.PH - pH hp_out.PH = delay (pH, Retraso) --Cloro K * Cloro' = hp_in.Cl - Cloro hp_out.Cl = delay (Cloro, Retraso) --SDI Indice_Col = linearInterp1D (Accion, hp_in.SDI) K * sdi' = Indice_Col - sdi hp_out.SDI = delay (sdi, Retraso) --Consumo IMPL(Consumo.signal) Consumo.signal = linearInterp1D(P, hp_in.Q) END COMPONENT ------------------------------------------------------- ------------ DEPÓSITO DE FLOCULACIÓN ------------------ -------------------------------------------------------

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COMPONENT Floculacion IS_A HidroCanal PORTS OUT analog_signal Consumo "Potencia consumida por el componente (KW)" DATA TABLE_1D Accion "Acción que lleva a cabo el componente Floculacion en el SDI de salida" TABLE_1D P "Potencia consumida en los motores(KW) frente a caudal de entrada(m**3/s)" REAL K = 1 "Constante del sistema de primer orden" REAL Retraso = 150 "Retraso que se da en el depósito en segundos" DECLS EXPL REAL Indice_Col "Índice de colmatación que obtendremos a la salida" REAL sdi "Variable para la dinámica de SDI" REAL Temp "Variable para la dinámica de la Temperatura" REAL pH "Variable para la dinámica del pH" REAL C "Variable para la dinámica de la concentración de sales,TDS" REAL Cloro "Variable para la dinámica del cloro" INIT sdi = 2 pH = 7 C = 30000 Cloro = 0 Temp = 298 DISCRETE ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "Caudal negativo en el depósito de floculación" CONTINUOUS --Caudales volumétricos hp_out.Q = hp_in.Q --Presiones hp_out.p = hp_in.p --TDS K * C' = hp_in.TDS - C hp_out.TDS = delay (C, Retraso) --Temperatura K * Temp' = hp_in.T - Temp hp_out.T = delay (Temp, Retraso) --pH K * pH' = hp_in.PH - pH hp_out.PH = delay (pH, Retraso) --Cloro K * Cloro' = hp_in.Cl - Cloro hp_out.Cl = delay (Cloro, Retraso) --SDI Indice_Col = linearInterp1D (Accion, hp_in.SDI) K * sdi' = Indice_Col - sdi hp_out.SDI = delay (sdi, Retraso) --Consumo IMPL(Consumo.signal) Consumo.signal = linearInterp1D(P, hp_in.Q) END COMPONENT -------------------------------------------------- ------------- FILTRO DE CARTUCHO ----------------- -------------------------------------------------- COMPONENT Filtro_Cartucho IS_A HidroCanal DATA REAL L = 1 "Longitud en metros" REAL V = 3 "Velocidad del fluido en m/s" REAL D = 0.0635 "Diámetro en metros"

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REAL Min_presion = 2.5e5"Presión mínima a la que trabaja el filtro de afino" TABLE_1D Caida_P "Caída de presión en el filtro en Pascales frente al caudal de entrada en m**3/s" TABLE_1D Filtracion "Capacidad de filtración" DECLS REAL PH "Variable dinámica para el pH del agua" REAL Temp "Variable dinámica para la temperatura en grados Kelvin" REAL Cloro "Variable dinámica para la concentración de cloro residual en mg/l" REAL C "Variable dinámica para la concentración de sales en mg/l" REAL sdi "Variable dinámica para el índice de colmatación o sedimentación" EXPL REAL Retraso "Retraso entre la entrada y salida del filtro" EXPL REAL K "Constante de la dinámica de primer orden" INIT --Valores iniciales, corresponden a valores típicos PH = 7 Temp = 298 Cloro = 0 C = 30000 sdi = 2 DISCRETE ASSERT (hp_in.p >= Min_presion) FATAL "Poca presión de entrada en el filtro de afino" ASSERT (hp_in.SDI <= 8) WARNING "Nivel SDI en la entrada del filtro de afino elevado, coloque un filtro de arena" ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "Caudal negativo en el filtro de cartucho" CONTINUOUS --Cálculo dinámico del Retraso y constante del sistema de primer orden K = PI * (D/2)**2 * L / hp_in.Q Retraso = L / V --Caudal Volumétrico hp_out.Q = hp_in.Q --Presión hp_out.p = hp_in.p - linearInterp1D(Caida_P, hp_in.Q) --SDI K * sdi' = linearInterp1D (Filtracion, hp_in.SDI) - sdi hp_out.SDI = delay(sdi, Retraso) --Temperaturas K * Temp' = hp_in.T - Temp hp_out.T = delay (Temp, Retraso) --Concentraciones K * C' = hp_in.TDS - C hp_out.TDS = delay (C, Retraso) --pH K * PH' = hp_in.PH - PH hp_out.PH = delay (PH, Retraso) --Cloro K * Cloro' = hp_in.Cl - Cloro hp_out.Cl = delay (Cloro, Retraso) END COMPONENT -------------------------------------------------- ------------- CONSUMO DE ENERGIA ----------------- -------------------------------------------------- COMPONENT ConsumoEnergetico PORTS IN date F_actual

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IN analog_signal Consumo "Consumo de la instalación (KW)" IN analog_signal Q_permeado "Caudal de permeado optenido(m**3/s)" OUT analog_signal Coste "Coste del agua potable obtenida en el experimento (euros/l)" DATA REAL Imp_Electricidad = 4.864 "Impuesto sobre la Electricidad en %" REAL IVA = 16 "Inpuesto sobre valor añadido en %" REAL E_Reactiva = 3 "Inpuesto por añadir energía reactiva a la red,en %" REAL Fact_Pot = 190204 "Facturación de la potencia contratada" TABLE_1D PrecioKWh = {{1,2,3,4,5,6}, {0.073054,0.062001,0.061111,0.054404,0.054715,0.031954}} "Precios acordados del KWh en cada uno de los 6 periodos" --Tabla de periodos tarifários, a una hora,dia,mes determinado le corresponde un periodo y por lo tanto un precio TABLE_3D Tabla_Periodos = {{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12}, --meses {0,1}, --dias, puede ser lectivo = 0 ó Sabado/domingo/festivo = 1 {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23}, --horas { {{6,6,6,6,6,6,6,6,2,2,2,2,2,2,2,2,1,1,1,1,1,1,2,2},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Enero {{6,6,6,6,6,6,6,6,2,2,2,2,2,2,2,2,1,1,1,1,1,1,2,2},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Febrero {{6,6,6,6,6,6,6,6,4,3,3,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,4,4},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Marzo {{6,6,6,6,6,6,6,6,4,3,3,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,4,4},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Abril {{6,6,6,6,6,6,6,6,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Mayo {{6,6,6,6,6,6,6,6,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Junio {{6,6,6,6,6,6,6,6,4,3,3,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,4,4},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Julio {{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Agosto {{6,6,6,6,6,6,6,6,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5,5},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Septiembre {{6,6,6,6,6,6,6,6,4,3,3,3,3,3,3,4,4,4,4,4,4,4,4,4},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Octubre {{6,6,6,6,6,6,6,6,2,2,2,2,2,2,2,2,1,1,1,1,1,1,2,2},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}, --Noviembre {{6,6,6,6,6,6,6,6,2,2,2,2,2,2,2,2,1,1,1,1,1,1,2,2},{6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6,6}}} } "Nos dice en que periodo nos encontramos en una fecha determinada" TABLE_2D Festivos = {{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12},--meses {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31},--dias {{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}, {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}, {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}, {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}, {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}, {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}, {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}, {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31},

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{1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}, {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}, {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}, {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31}}} "Festivo=1, no festivo = 0" DECLS INTEGER i "Para actualizar el consumo energético cada hora" INTEGER t_inicio "Instante de inicio del experimento, debe de ser entero" INTEGER Indice_P "Nos dice en el momento de contabilizar el consumo, en que periodo tarifario estamos" INTEGER FESTIVO "Será uno si el dia en cuestión es festivo o cero si no lo es" REAL Consumo_hora "Consumo acumulativo de cada hora (KW)" REAL Agua_potable "Cantidad de agua producida en el experimento (m**3)" REAL Coste_exp "Costes de energía directos" INIT Consumo_hora = 0 Agua_potable = 0 --Iniciamos las horas que va a durar el experimento i = 1 --Marcamos el inicio del experimento, debe ser entero. --Le restamos uno porque nosotros queremos cobrar la hora --en la que hemos estado consumiendo, entonces tenemos que verla --antes de que cambie. t_inicio = TIME - 1 --Inicializamos el indice del periodo Y FESTIVO FESTIVO = linearInterp2D (Festivos, F_actual.month, F_actual.day) Indice_P = linearInterp3D (Tabla_Periodos, F_actual.month, FESTIVO, F_actual.hour) DISCRETE WHEN (TIME == (t_inicio + i*3600)) THEN IF ( F_actual.week_day == 6 OR F_actual.week_day == 7 OR linearInterp2D (Festivos, F_actual.month, F_actual.day)==1) THEN FESTIVO = 1 ELSE FESTIVO = 0 END IF Indice_P = linearInterp3D (Tabla_Periodos, F_actual.month, FESTIVO, F_actual.hour) --La facturación de la potencia contratada se paga a lo largo del año Coste_exp = Consumo_hora/3600 * linearInterp1D (PrecioKWh, Indice_P) + Coste_exp + Fact_Pot/(365*24) Consumo_hora = 0 i = i + 1 END WHEN CONTINUOUS --Hacemos la integral del consumo y del agua potable Consumo_hora' = Consumo.signal Agua_potable' = Q_permeado.signal --Coste del agua potable producida en euros/m**3. --le hemos añadido el iva, los impuesto sobre la electricidad y la --penalización por introducir corriente reactiva a la red. Coste.signal = ZONE (Agua_potable > 0) (Coste_exp + (IVA+Imp_Electricidad+E_Reactiva)/100 * Coste_exp) / Agua_potable OTHERS 0 END COMPONENT

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------------------------------------------------------------ --------------------- BOMBA ------------------------------- ------------------------------------------------------------ --A la bomba entrará un fluido con un determinado caudal y a una determinada presión --no hemos tenido en cuenta el regulamiento del caudal mediante una válvula situada --después de la bomba centrífuga. COMPONENT Bomba IS_A HidroCanal PORTS OUT analog_signal Consumo "KW" DATA REAL ro = 0.6 "Rendimiento del motor [0.6,0.85]" REAL C = 2.5 "Constante del sistema de primer orden de la presión" REAL P_ini "Presión inicial de la bomba centrífuga (Pascales)" --Rendimiento de la bomba (adimensional %) TABLE_1D eta "Eficiencia de la bomba en % frente a caudales en m**3/s" --Curva característica de la bomba Caudal(m**3/s)_Altura(ms) TABLE_1D Q_H "Altura en metros frente caudales en m**3/s" DECLS EXPL REAL P1 "Potencia consumida (KW), gasto energético por unidad de tiempo" EXPL REAL P2 "Potencia necesaria (KW)" EXPL REAL P3 "Potencia desarrollada (KW)" EXPL REAL Inc_P "Incremento de presión que puede aportar la bomba(Pascales) 10ms=1bar=Pascales*1e5" REAL P "Incremento de presión en un instante de tiempo" INIT P = P_ini DISCRETE -- El caudal de entrada a la bomba debe de ser mayor o igual que cero ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "La bomba no da suficiente presión,¡caudal negativo!" CONTINUOUS --Presiones Inc_P = linearInterp1D(Q_H, hp_in.Q) * 1e4 //La pasamos a pascales C * P' = Inc_P - P hp_out.p = hp_in.p + P --Consumo energético P3 = 9.8133 * hp_in.Q * linearInterp1D(Q_H, hp_in.Q) P2 = ZONE (hp_in.Q > 0) P3/(linearInterp1D(eta, hp_in.Q)/100) OTHERS 0 P1 = P2/ro Consumo.signal = P1 --Caudales hp_out.Q = hp_in.Q --Temperatura hp_out.T = hp_in.T --Concentración de sales hp_out.TDS = hp_in.TDS --Cloro hp_out.Cl = hp_in.Cl --SDI hp_out.SDI = hp_in.SDI --PH hp_out.PH = hp_in.PH END COMPONENT ------------------------------------------------------------

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-- Defines a hydraulic valve component ------------------------------------------------------------ COMPONENT HydValve IS_A HidroCanal PORTS IN analog_signal s_position DATA REAL Avo = 0.020 "valve area at fully open position (m**2)" REAL dp_lam = 1000. "pressure drop for laminar flow (Pa)" DECLS EXPL REAL Av "valve area (m**2)" CONTINUOUS -- Geometry Av = Avo * s_position.signal -- Conservation of mass hp_in.Q = hp_out.Q -- Conservation of momentum IMPL(hp_in.Q) hp_in.Q = Av/hp_in.d * sqrt(hp_in.d) * fsqrt(hp_in.p - hp_out.p \ - hp_in.d * g * ( z_in - z_out ), dp_lam) -- Conservation of energy hp_in.T = hp_out.T --Sales hp_in.TDS=hp_out.TDS --No hay variación, consideramos disolución homogénea --Cloro hp_out.Cl = hp_in.Cl --SDI hp_out.SDI = hp_in.SDI --PH hp_out.PH = hp_in.PH END COMPONENT ------------------------------------------------------------ -- Defines an abstract hydraulic FluidMeter component ------------------------------------------------------------ ABSTRACT COMPONENT HydFluidMeter IS_A HidroCanal PORTS OUT analog_signal s_out DATA REAL gain = 1. "gain of the sensor ()" REAL bias = 0. "bias: zero shift ()" DECLS REAL v CONTINUOUS -- Conservation of port variables hp_out.Q = hp_in.Q hp_out.p = hp_in.p hp_out.T = hp_in.T hp_out.TDS = hp_in.TDS hp_out.Cl = hp_in.Cl hp_out.SDI = hp_in.SDI hp_out.PH = hp_in.PH s_out.signal = gain * v + bias END COMPONENT ------------------------------------------------------------ -- Defines a hydraulic FlowMeter component ------------------------------------------------------------

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COMPONENT HydFlowMeter IS_A HydFluidMeter CONTINUOUS v = hp_in.Q END COMPONENT ------------------------------------------------------------ -- Defines a hydraulic PressureMeter component ------------------------------------------------------------ COMPONENT HydPressureMeter IS_A HydFluidMeter CONTINUOUS v = hp_in.p END COMPONENT ------------------------------------------------------------ -- Defines a hydraulic TemperatureMeter component ------------------------------------------------------------ COMPONENT HydTemperatureMeter IS_A HydFluidMeter CONTINUOUS v = hp_in.T END COMPONENT ------------------------------------------------------------ -------------- SENSOR DE CLORO RESIDUAL -------------------- ------------------------------------------------------------ COMPONENT HydClMeter IS_A HydFluidMeter CONTINUOUS v = hp_in.Cl END COMPONENT ------------------------------------------------------------ ---------- SENSOR DE ÍNDICE DE SEDIMENTACIÓN --------------- ------------------------------------------------------------ COMPONENT HydSDIMeter IS_A HydFluidMeter CONTINUOUS v = hp_in.SDI END COMPONENT ------------------------------------------------------------ -------------------- INDICADOR DE PH ----------------------- ------------------------------------------------------------ COMPONENT HydpHMeter IS_A HydFluidMeter CONTINUOUS v = hp_in.PH END COMPONENT ------------------------------------------------------------ ---------- INDICADOR DE CONCENTRACIÓN DE SALES ------------- ------------------------------------------------------------ COMPONENT HydTDSMeter IS_A HydFluidMeter CONTINUOUS v = hp_in.TDS END COMPONENT --------------------------------------------- -----------Control de bomba booster---------- ---------------------------------------------

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COMPONENT Control_BP PORTS IN analog_signal P_hp IN analog_signal P_bp OUT analog_signal Reg_BP DATA REAL Pmax_bp = 10e5 "Presión máxima que puede aportar la booster pump a la que controla" DECLS EXPL REAL Pobj EXPL REAL Pini CONTINUOUS Pobj = P_hp.signal Pini = P_bp.signal Reg_BP.signal = ZONE (Pobj - Pini <= 0) 0 -- No hace falta la bomba booster ZONE (Pobj - Pini >= Pmax_bp) 1 -- Bomba booster saturada OTHERS (Pobj - Pini)/Pmax_bp END COMPONENT ------------------------------------------ --------- tuberia especial---------------- ------------------------------------------ COMPONENT Cebado_C_I IS_A HidroCanal (INTEGER Nsec = 10) DATA REAL l = 1. "pipe lenght (m)" REAL d = 0.1 "pipe diameter (m)" REAL P_ini = 40e5 "Presión inicial en pascales" REAL Q_ini = 0 "La cámara isobárica está vacia al inicio del experimento" DECLS EXPL REAL dl "Longitud de las secciones de tubería (m)" REAL c[Nsec] "Concentración de sales en cada una de las secciones (mg/l)" REAL Temp[Nsec] "Temperatura en cada una de las secciones (ºK)" REAL Cloro[Nsec] "Concentración de cloro en cada una de las secciones (mg/l)" REAL sdi[Nsec] "Índice de colmatación en cada una de las secciones" REAL pH[Nsec] "pH del agua en cada una de las secciones" EXPL REAL dV "Volumen de una sección de tubería(m**3)" REAL P REAL Q EXPL REAL P_ob EXPL REAL Q_ob INIT --Suponemos las tuberías llenas y con las siguientes condiciones iniciales. FOR (i IN 2,Nsec) Temp[i] = 298 --Todas las tuberías están 298ºKelvin. END FOR FOR (i IN 2,Nsec) c[i] = 30000 --Todas las tuberías están llenas a 30000mg/l de sal. END FOR FOR (i IN 2,Nsec) Cloro[i] = 0 --No tendrán cloro END FOR FOR (i IN 2,Nsec) sdi[i] = 2 --Todas las tuberías tendrán un indice de colmatación bajo. END FOR FOR (i IN 2,Nsec)

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pH[i] = 7 --Todas las tuberías tendrán un pH neutro END FOR Q = Q_ini P = P_ini CONTINUOUS --Volumen de una sección dV = PI * (d/2)**2 * dl --Longitud de una sección dl= l/Nsec -- Conservation of mass Q_ob = hp_in.Q 0.1 * Q' = Q_ob - Q hp_out.Q = delay(Q, 1) -- Conservation of momentum P_ob = hp_in.p 0.1 * P' = P_ob - P hp_out.p = delay(P,1) -- Conservation of energy IMPL(Temp[1]) Temp[1]= hp_in.T EXPAND (i IN 2,Nsec) dV * Temp[i]'= hp_in.Q * (Temp[i-1] - Temp[i]) hp_out.T = Temp[Nsec] --Cálculo del paso de sales por las secciones, considerando la interfase IMPL(c[1]) c[1]= hp_in.TDS EXPAND (i IN 2,Nsec) dV * c[i]'= hp_in.Q * (c[i-1] - c[i]) hp_out.TDS = c[Nsec] --Cloro IMPL(Cloro[1]) Cloro[1] = hp_in.Cl EXPAND (i IN 2,Nsec) dV * Cloro[i]' = hp_in.Q * (Cloro[i-1] - Cloro[i]) hp_out.Cl = Cloro[Nsec] --SDI IMPL(sdi[1]) sdi[1]= hp_in.SDI EXPAND (i IN 2,Nsec) dV * sdi[i]'= hp_in.Q * (sdi[i-1] - sdi[i]) hp_out.SDI = sdi[Nsec] --pH IMPL(pH[1]) pH[1]= hp_in.PH EXPAND (i IN 2,Nsec) dV* pH[i]'= hp_in.Q * (pH[i-1] - pH[i]) hp_out.PH = pH[Nsec] END COMPONENT -------------------------------------------- ----------CAMARA ISOBÁRICA------------------ -------------------------------------------- COMPONENT CamaraIso PORTS IN Hidro hp_in_A IN Hidro hp_in_G OUT Hidro hp_out_C OUT Hidro hp_out_D OUT Hidro hp_out_H DATA REAL Overflush = 0 "Perdidas en la cámara isobárica (%)" REAL Lubrication = 1.7 "Lubricación necesaria en la cámara isobárica (%)" REAL HPDifPresion = 0.9e5 "Caída de presión en el canal de alta presión a 50e5 pascales" REAL LPDifPresion = 0.8e4 "Caída de presión en el canal de baja presión a 1.5e5 pascales"

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REAL M = 6 "Mezcla volumétrica en la cámara isobárica (%)" DECLS EXPL REAL Rec --recovery de la membrana EXPL REAL SI EXPL REAL B_Q EXPL REAL HPdifP EXPL REAL LPdifP DISCRETE ASSERT (hp_in_A.Q >= 0) FATAL "Caudales negativos en la entrada A"

ASSERT (hp_in_G.Q >= 0) FATAL "Caudales negativos en la entrada G" CONTINUOUS --Cálculo de la caída de presión HPdifP = HPDifPresion/50e5 * hp_in_G.p LPdifP = LPDifPresion/1.5e5 * hp_in_A.p --Mezcla de sales en la cámara Isobárica Rec = ZONE ((hp_out_C.Q + hp_out_D.Q - hp_in_G.Q) > 0) \ (hp_out_C.Q + hp_out_D.Q - hp_in_G.Q)/(hp_out_C.Q + hp_out_D.Q) OTHERS 0.01 --Rec = 0.01 SI = Rec*M/100*1.025 --Caudales B_Q = ZONE (hp_in_A.Q > hp_in_G.Q) hp_in_G.Q - Lubrication/100 * hp_in_G.Q OTHERS hp_in_A.Q hp_out_C.Q = hp_in_A.Q - B_Q hp_out_D.Q = B_Q - Overflush/100 * hp_in_G.Q hp_out_H.Q = hp_in_G.Q + Overflush/100 * hp_in_G.Q --Presiones hp_out_H.p = hp_in_A.p - LPdifP hp_out_C.p = hp_in_A.p hp_out_D.p = hp_in_G.p - HPdifP --Temperatura hp_out_C.T = hp_in_A.T hp_out_D.T = hp_in_A.T hp_out_H.T = hp_in_G.T --Concentración de sales hp_out_C.TDS = hp_in_A.TDS hp_out_D.TDS = hp_in_A.TDS + SI * hp_in_G.TDS hp_out_H.TDS = hp_in_G.TDS --Cloro hp_out_C.Cl = hp_in_A.Cl hp_out_D.Cl = hp_in_A.Cl hp_out_H.Cl = hp_in_G.Cl --SDI hp_out_C.SDI = hp_in_A.SDI hp_out_D.SDI = hp_in_A.SDI hp_out_H.SDI = hp_in_G.SDI --PH hp_out_C.PH = hp_in_A.PH hp_out_D.PH = hp_in_A.PH - SI * hp_in_G.PH hp_out_H.PH = hp_in_G.PH END COMPONENT -------------------------------------------- -----UNION DE TUBERIAS---------------------- --------------------------------------------

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COMPONENT UnionT PORTS IN Hidro hp_in_1 IN Hidro hp_in_2 OUT Hidro hp_out DISCRETE ASSERT (hp_in_1.Q >= 0) FATAL "Caudal negativo en la tubería uno" ASSERT (hp_in_2.Q >= 0) FATAL "Caudal negativo en la tubería dos" CONTINUOUS --Caudal de salida hp_out.Q = hp_in_1.Q+hp_in_2.Q --Presión de salida hp_out.p = (hp_in_1.p*hp_in_1.Q + hp_in_2.p*hp_in_2.Q)/hp_out.Q --Caudal de salida hp_out.Q = hp_in_1.Q+hp_in_2.Q --Concentración de salida hp_out.TDS = (hp_in_1.TDS*hp_in_1.Q + hp_in_2.TDS*hp_in_2.Q)/hp_out.Q --Temperatura de salida hp_out.T = (hp_in_1.T*hp_in_1.Q + hp_in_2.T*hp_in_2.Q)/hp_out.Q --Cloro hp_out.Cl = (hp_in_1.Cl*hp_in_1.Q + hp_in_2.Cl*hp_in_2.Q)/hp_out.Q --SDI hp_out.SDI = (hp_in_1.SDI*hp_in_1.Q + hp_in_2.SDI*hp_in_2.Q)/hp_out.Q --PH hp_out.PH = (hp_in_1.PH*hp_in_1.Q + hp_in_2.PH*hp_in_2.Q)/hp_out.Q END COMPONENT -------------------------------------------- ---Válvula 1X2------------------------------ -------------------------------------------- COMPONENT Valvula1x2 PORTS IN Hidro hp_in OUT Hidro hp_out_1 OUT Hidro hp_out_2 IN analog_signal R --Regulación de la válvula DECLS EXPL REAL R_1 "Señal de regulación (m^2)" EXPL REAL R_2 "Señal de regulación (m^2)" TOPOLOGY DESAL.HydValve Valv_1 ( z_in = 0, z_out = 0, Avo = 0.02, dp_lam = 1000) DESAL.HydValve Valv_2( z_in = 0, z_out = 0, Avo = 0.02, dp_lam = 1000) CONNECT hp_in TO Valv_1.hp_in,Valv_2.hp_in CONNECT Valv_1.hp_out TO hp_out_1 CONNECT Valv_2.hp_out TO hp_out_2 CONTINUOUS --Geometry R_1 = R.signal R_2 =(1-R.signal) Valv_1.s_position.signal= R_1 Valv_2.s_position.signal= R_2 END COMPONENT

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----------------------------------------- ----BOMBA DE PRESIÓN con dinámica-------- ----------------------------------------- COMPONENT Bombad IS_A HidroCanal PORTS IN analog_signal Reg "Regulador de la bomba, entre 0 y 1" OUT analog_signal Consumo "KW" DATA REAL Pbo = 60e5 "Presión capaz de aportar la bomba (Pascales)" REAL ro = 0.6 "Rendimiento del motor [0.6,0.85]" REAL C = 2.5 "Constante del sistema de primer orden de la presión" --Rendimiento de la bomba (adimensional %) TABLE_1D eta = {{0,0.0001,0.0002,0.0003,0.0004,0.0005,0.0006,0.0007,0.0008,0.0009,0.001,0.0011,0.0012,0.0013,0.0014,0.0015,0.0016,0.0017,0.0018,0.0019,0.002}, --Caudales. {0,0.0001,0.0002,0.0003,0.0004,0.0005,0.0006,0.0007,0.0008,0.0009,0.0010,0.0011,0.0012,0.0013,0.0014,0.0015,0.0016,0.0017,0.0018,0.0019,0.002}} "Rendimiento de la bomba en %" DECLS EXPL REAL Inc_P "El incremento de presión que queremos conseguir" REAL P "Incremento de presión que suministra la bomba en cada instante de tiempo" EXPL REAL P1 "Potencia consumida (KW), gasto energético por unidad de tiempo" EXPL REAL P2 "Potencia necesaria (KW)" EXPL REAL P3 "Potencia desarrollada (KW)" INIT P = 50e5 DISCRETE -- El caudal de entrada a la bomba debe de ser mayor o igual que cero ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "La bomba no da suficiente presión,¡¡caudal negativo!!" CONTINUOUS --Presiones Inc_P = Reg.signal * Pbo C * P'= Inc_P - P IMPL(hp_out.p) hp_out.p = P + hp_in.p --Consumo energético P3 = 9.8133 * hp_in.Q * Inc_P/1e4 P2 = ZONE (hp_in.Q > 0) P3/(linearInterp1D(eta, hp_in.Q)/100) OTHERS 0 P1 = P2/ro Consumo.signal = P1 --Caudales hp_out.Q = hp_in.Q --Temperaturas hp_out.T = hp_in.T --Concentraciones hp_out.TDS = hp_in.TDS --Cloro hp_out.Cl = hp_in.Cl --SDI hp_out.SDI = hp_in.SDI --PH hp_out.PH = hp_in.PH END COMPONENT ----------------------------------------- ----BOMBA DE PRESIÓN BOOSTER -------- ----------------------------------------- COMPONENT Bomba_BP IS_A HidroCanal

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PORTS IN analog_signal Reg "Regulador de la bomba, entre 0 y 1" OUT analog_signal Consumo "KW" DATA REAL Pbo = 10e5 "Presión capaz de aportar la bomba (Pascales)" REAL ro = 0.6 "Rendimiento del motor [0.6,0.85]" REAL C = 2.5 "Constante del sistema de primer orden de la presión" --Rendimiento de la bomba (adimensional %) TABLE_1D eta = {{0,0.0001,0.0002,0.0003,0.0004,0.0005,0.0006,0.0007,0.0008,0.0009,0.001,0.0011,0.0012,0.0013,0.0014,0.0015,0.0016,0.0017,0.0018,0.0019,0.002}, --Caudales. {0,0.0001,0.0002,0.0003,0.0004,0.0005,0.0006,0.0007,0.0008,0.0009,0.0010,0.0011,0.0012,0.0013,0.0014,0.0015,0.0016,0.0017,0.0018,0.0019,0.002}} "Rendimiento de la bomba en %" DECLS REAL Inc_P "El incremento de presión que queremos conseguir" REAL P "Incremento de presión que suministra la bomba en cada instante de tiempo" REAL P1 "Potencia consumida (KW), gasto energético por unidad de tiempo" REAL P2 "Potencia necesaria (KW)" REAL P3 "Potencia desarrollada (KW)" INIT P =0 DISCRETE -- El caudal de entrada a la bomba debe de ser mayor o igual que cero ASSERT (hp_in.Q >= 0) FATAL "La bomba no da suficiente presión,¡¡caudal negativo!!" CONTINUOUS --Presiones Inc_P = Reg.signal * Pbo C * P'= Inc_P - P IMPL(hp_out.p) hp_out.p = P + hp_in.p --Consumo energético P3 = 9.8133 * hp_in.Q * Inc_P/1e4 P2 = ZONE (hp_in.Q > 0) P3/(linearInterp1D(eta, hp_in.Q)/100) OTHERS 0 P1 = P2/ro Consumo.signal = P1 --Caudales hp_out.Q = hp_in.Q --Temperaturas hp_out.T = hp_in.T --Concentraciones hp_out.TDS = hp_in.TDS --Cloro hp_out.Cl = hp_in.Cl --SDI hp_out.SDI = hp_in.SDI --PH hp_out.PH = hp_in.PH END COMPONENT ------------------------------------------------------ ---- ADAPTADOR DE SEÑALES DE DIGITALES A ANALÓGICAS--- ------------------------------------------------------ --Adaptador de señales analógicas digitales, --Un 1 lo transforma en "max" y un 0 en "min" COMPONENT Adap_signal_bool_analog PORTS

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IN bool_signal b_in_1 IN bool_signal b_in_2 IN bool_signal b_in_3 IN bool_signal b_in_4 OUT analog_signal a_out_1 OUT analog_signal a_out_2 OUT analog_signal a_out_3 OUT analog_signal a_out_4 DATA REAL max=1 REAL min=0 DISCRETE WHEN (b_in_1.signal==TRUE) THEN a_out_1.signal=max END WHEN WHEN (b_in_2.signal==TRUE) THEN a_out_2.signal=max END WHEN WHEN (b_in_3.signal==TRUE) THEN a_out_3.signal=max END WHEN WHEN (b_in_4.signal==TRUE) THEN a_out_4.signal=max END WHEN WHEN (b_in_1.signal==FALSE) THEN a_out_1.signal=min END WHEN WHEN (b_in_2.signal==FALSE) THEN a_out_2.signal=min END WHEN WHEN (b_in_3.signal==FALSE) THEN a_out_3.signal=min END WHEN WHEN (b_in_4.signal==FALSE) THEN a_out_4.signal=min END WHEN END COMPONENT ---------------------- ----DECODIFICADOR----- ---------------------- --Es un decodificador de dos entradas con cuatro salidas COMPONENT Decodificador_24 PORTS IN bool_signal b_in_1 IN bool_signal b_in_2 OUT bool_signal val_1 OUT bool_signal val_2 OUT bool_signal val_3 OUT bool_signal val_4 DISCRETE WHEN(b_in_2.signal==FALSE AND b_in_1.signal==FALSE) THEN val_1.signal=TRUE val_2.signal=FALSE val_3.signal=FALSE val_4.signal=FALSE END WHEN WHEN(b_in_2.signal==FALSE AND b_in_1.signal==TRUE) THEN

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val_1.signal=FALSE val_2.signal=TRUE val_3.signal=FALSE val_4.signal=FALSE END WHEN WHEN(b_in_2.signal==TRUE AND b_in_1.signal==FALSE) THEN val_1.signal=FALSE val_2.signal=FALSE val_3.signal=TRUE val_4.signal=FALSE END WHEN WHEN(b_in_2.signal==TRUE AND b_in_1.signal==TRUE) THEN val_1.signal=FALSE val_2.signal=FALSE val_3.signal=FALSE val_4.signal=TRUE END WHEN END COMPONENT -------------------------------------------------------- -------------------- Comparador ------------------------ -------------------------------------------------------- --Compara lo que le entra por P1 y P2, si P1>=P2 entonces --a la salida dará TRUE, si no, tendremos un FALSE COMPONENT Comparador PORTS IN analog_signal P1 IN analog_signal P2 OUT bool_signal P3 DISCRETE WHEN(P1.signal >= P2.signal) THEN P3.signal = TRUE END WHEN WHEN(P1.signal < P2.signal) THEN P3.signal = FALSE END WHEN END COMPONENT 8.1.4 Dosificador_de_Reactivo.el LIBRARY DESAL COMPONENT Dosificador_de_Reactivo PORTS IN DESAL.Hidro Hidro_1 OUT DESAL.Hidro Hidro_2 DATA REAL Cloro = 3 "Concentración de cloro que se desea en mg/l" REAL Long_T = 4 "Longitud de tubería en metros" REAL D_T = 0.4 "Diámetro de la tubería en metros" DECLS BOOLEAN OK = FALSE TOPOLOGY DESAL.Reactivo Reactivo_1( z_in = 0, z_out = 0, Residual_libre = \ { {1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14},

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{100,100,100,100,97,90,49,10,2,0,0,0,0,0} }, Factor_D = \ { {1,2,3,4,5,6,7,7.5,8,8.5,9,10,11,12,13,14,15}, {0,0,0,0,1,5,8,12,20,30,35,35,35,35,35,35,35} }, Inc_PH = \ { {0,0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,4,4.5,5,5.5,6,6.5,7,7.5,8,8.5,9,9.5,10}, {1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1,1} }, Cl_deseado = Cloro) DESAL.Tuberia_A( Nsec = 10) Tuberia_A_1( z_in = 0, z_out = 0, f = 0.02, l = Long_T, d = D_T, dp_lam = 1000) DESAL.Comparador Comparador_1 CONNECT Reactivo_1.hp_out TO Tuberia_A_1.hp_in CONNECT Comparador_1.P1 TO Tuberia_A_1.t_dePaso CONNECT Comparador_1.P2 TO Reactivo_1.t_contacto CONNECT Hidro_1 TO Reactivo_1.hp_in CONNECT Hidro_2 TO Tuberia_A_1.hp_out DISCRETE ASSERT (OK) ERROR "La tubería del Dosificador_de_Reactivo es muy corta, es necesario ponerla mas larga para que se desinfecte correctamente" CONTINUOUS OK = Comparador_1.P3.signal END COMPONENT

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8.2. FICHA TÉCNICA DE BOMBAS CENTRÍFUGAS DE BLOCH.

166

8.3. REAL DECRETO 140/2003. CALIDAD DEL AGUA

167

8.4. FICHA TÉCNICA DE LA MEMBRANA SW30HR – 380 DE DOW.

168

8.5. REAL DECRETO 871/2007. TARIFAS ELÉCTRICAS.

169

8.6. DIAGRAMA DE LOS EXPERIMENTOS EXPLICADOS 8.6.1. Preprocesado. 8.6.2. Desalación sin cámara isobárica. 8.6.3. Desalación con cámara isobárica. 8.6.4. Planta de Carboneras completa.

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8.7. FICHA TÉCNICA DE BOMBAS CENTRÍFUGAS DE LA FIRMA WAUKESHA CHERRY – BURRELL.