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El agua. Desalación (3/4)

Autor: ANTONIO ROS MORENO
Curso:
10/10 (1 opinión) |176 alumnos|Fecha publicación: 13/06/2011
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Capítulo 9:

 Métodos de limpieza para membranas en el proceso de ósmosis inversa

Normalmente, se suelen distinguir los siguientes métodos de limpieza para el control del ensuciamiento de membranas en el proceso de ósmosis inversa:

·   Limpieza hidráulica

·   Limpieza mecánica

·   Limpieza química

·   Limpieza eléctrica

1.- Limpieza Hidráulica. Incluye el lavado con permeado a presión y retroalimentación, que solo es aplicable a membranas de microfiltración y ultrafiltración. Se utiliza normalmente durante las paradas, a fin de:

-          Reducir el retorno de solvente debido al fenómeno de ósmosis natural.

-          Desplazar totalmente la solución a tratar del interior de las tuberías y de los módulos del sistema, impidiendo así la corrosión de las partes metálicas y la precipitación de sales.

-          Desplazar reactivos cuando se ha sometido a una limpieza química.

Son limpieza hidráulica también la presurización y despresurización, y el cambio en la dirección del flujo con una frecuencia dada.

2.- Limpieza Mecánica. Solo se puede aplicar a sistemas tubulares, donde se utiliza un cepillo o una esponja para retirar la suciedad de las membranas. También haciendo circular bolas de esponja, como se acostumbra a hacer con los condensadores de las centrales térmicas.

Esta limpieza mecánica no es posible en los módulos espirales ni de fibra hueca, por no tener acceso a su superficie activa. Pero debido a lo delicado de la superficie activa no se recomienda este método de limpieza, en general.

3.- Limpieza Química. Es el método más importante para reducir el ensuciamiento, con diversos químicos que se utilizan separados o en combinación, que se hacen recircular por los módulos para disolver las precipitaciones o remover depósitos de las membranas.

Los pasos recomendados a seguir para realizar la limpieza química son:

·   Identificación del problema

·   Selección del sistema de limpieza

·   Formulación para el tipo de ensuciamiento.

4.- Limpieza Eléctrica. La superficie de todas las membranas tiene una carga eléctrica o electroforética que es consecuencia de los elementos químicos que intervienen en su fabricación. Estas cargas retienen la materia orgánica y los coloides del agua, así como los radicales de los productos químicos del pretratamiento.

El conocimiento de la carga eléctrica superficial de las membranas es importante a efectos de su utilización en aguas que pueden presentar problemas y para poder determinar su limpieza mediante la aplicación de corriente eléctrica.

También es muy necesario su conocimiento para poder elegir tanto el pretratamiento químico más adecuado como los productos de limpieza convenientes, para que no se produzcan atracciones entre unos y otros que deterioren las cualidades de permeabilidad de la membrana.

Si trabajamos con membranas de fibra hueca y están padeciendo problemas de taponamiento o incrustaciones, que acortan la vida de las membranas a menos de 3 años, la primera recomendación es cambiar al tipo espiral. Se recomienda esto por una razón muy sencilla: se ha demostrado que las membranas del tipo espiral, en la mayoría de los casos se lavan y regresan al 100% de su capacidad de diseño. Las de tipo fibra hueca nunca regresan al 100% y van perdiendo productividad hasta que resulta incosteables operarlas.

La limpieza de las membranas de fibra hueca requiere además la aplicación de una capa química, que se adhiere a la superficie de la membrana y que es la responsable del rechazo de sales. Es decir, que actúa como si esta capa fuera una especie de membrana dinámica; comprobando que esta capa actúa como barrera protectora de la matriz de la fibra, de forma que en situaciones de ambientes oxidantes o con productos extraños en el agua, es esta capa y no la verdadera membrana la que se deteriora y por tanto puede ser sustituida fácilmente.

Las etapas de limpieza utilizadas normalmente para solucionar el ensuciamiento de las membranas de ósmosis inversa son:

1.      Desplazamiento del agua de mar.

2.      Llenado de membranas con la solución de limpieza.

3.      Recirculación a bajo caudal 15- 30 minutos.

4.      Remojo de las membranas de 1a 12 horas.

5.      Recirculación al máximo caudal 1 hora.

6.      Desplazamiento del producto de limpieza con agua de mar.

El caudal de recirculación, a máximo caudal, está entre 30 y 45 gpm o entre 6 y 10 m3/h por tubo de 8″.

La frecuencia de los periodos de mantenimiento va a depender de la calidad del agua de alimentación y del desempeño del pretratamiento.

Recuperación de energía: El rechazo (salmuera) al salir de las membranas conserva gran parte de la presión del agua de alimentación, por ello es conveniente recuperar esta presión.

Como es sabido, para producir la separación de las sales y el agua en las membranas, es necesario darle a éstas una presión superior a la presión osmótica de la disolución salina. Esto tiene como consecuencia práctica que, para desalar el agua de mar, sea preciso llevar el agua de mar hasta una presión de 70 bares, aproximadamente, en la entrada de las membranas. Esta presión no se pierde en el interior de las membranas, sino que la salmuera a la salida tiene esa misma presión menos las pérdidas de carga al pasar por las membranas, unos tres bares aproximadamente, es decir, a la salida de las membranas de ósmosis inversa la salmuera tiene unos 67 bares de presión. Como esta salmuera debe ser devuelta al mar, hay que quitarle previamente esa presión. Las primeras plantas de ósmosis inversa, de tamaño muy pequeño y en las que la preocupación era el comportamiento de las membranas, solían tener una válvula reductora de presión, para romper carga de la salmuera antes de su envío al mar. Esta situación duró muy poco, pues pronto se vio la mejora que suponía recuperar la energía de la salmuera en vez de tirarla. Por otra parte, las plantas aumentaban de tamaño y en términos absolutos la energía que se tiraba era muy importante. La primera idea para recuperar la energía fue instalar una bomba invertida movida por la presión y el caudal de salmuera. Este sistema de recuperación de la energía era poco flexible con las variaciones en la operación de la planta; a lo largo del año las membranas se ensucian, con lo que la presión de salida de la salmuera varía. Así mismo con las variaciones de temperatura la presión de alimentación había que cambiarla y, en consecuencia, variaba la presión de salida de la salmuera. Al ser el sistema recuperador una bomba invertida, su funcionamiento venía definido por la curva caudal/altura, pero al variar la presión de entrada debería variar el caudal siguiendo la curva; como esto no era posible, pues tendríamos producciones variables, había que tener un pequeño by-pass con una válvula reductora de presión por donde desviar el caudal que, en determinadas situaciones, la bomba no podía evacuar. En resumen, se traducía en ineficiencias del sistema.

La introducción de la turbina Pelton como sistema de recuperación de la energía de la salmuera solucionó gran parte de estas ineficiencias, ya que tenían un mayor rendimiento en la recuperación, 88 % frente al 77 % de la bomba invertida y, además, la curva de operación de una turbina Pelton es un área, que admite variaciones en la presión de entrada a la turbina sin que por ello se afecte al rendimiento. Por otra parte, en la turbina Pelton la salmuera se descarga a la atmósfera, es decir, se aprovecha toda la energía de presión que trae. En cambio, las bombas invertidas necesitaban una contrapresión en la descarga, el equivalente al NPSH (Net Positive Suction Head) de las bombas, pues si no, cavitaban; esto suponía perder parte de la energía que traía la salmuera.

Las turbinas Pelton básicamente consisten en una boquilla que transforma el fluido a presión en un chorro a alta velocidad que incide sobre los álabes de una turbina que transforma esta presión en un movimiento giratorio que puede acoplarse al motor de la bomba de alta presión.

Turbina Pelton

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El conversor hidráulico (Turbocharger) es un equipo que combina en un mismo eje una bomba centrifuga y una turbina (bomba invertida) no usa motor y la energía que recupera la turbina la emplea la bomba para incrementar la presión del agua de alimentación. Se puede utilizar en las dobles etapas donde la bomba de alimentación lleva variador de velocidad y puede ser que se salga del rango de funcionamiento de la turbina Pelton. El rendimiento varía en función del caudal que llega a la bomba, está entre un 60-80% y los caudales de 300 a 5000 gpm. Normalmente está pensado para agua salobre o en instalaciones de agua de mar pequeñas.

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