Diseño del sistema
La instalación desaladora es un sistema completo, con entrada de agua de alimentación y tuberías de descarga separadas para concentrado y permeado. Los datos de las tuberías de entrada y salida siempre deben compararse con análisis de agua, presión de agua de alimentación y retención de sal.
El diseñador de un sistema de ósmosis inversa apuntará a la presión de membrana y los costos de instalación más bajos posibles y máxima recuperación y retención de sales.
La recuperación de una instalación desaladora de agua salobre ronda el 85%. Depende de la solubilidad de los sólidos en suspensión que están presentes en el agua de alimentación. Durante la desalinización de agua de mar, es deseable una recuperación del cuarenta al cincuenta por ciento. La recuperación de la desalinización de agua de mar depende de la presión osmótica del agua de alimentación y de los tipos de membranas aplicadas durante el proceso de desalinización.
Proceso continuo
Un sistema de filtración por membrana suele estar diseñado para atender un proceso continuo. Se puede elegir un proceso continuo porque las condiciones del proceso, como el flujo de agua de alimentación y el flujo de permeado, son continuas.
Representación esquemática de un proceso continuo
Lo mismo ocurre con los sistemas de ósmosis inversa. Estos también están diseñados para atender un proceso continuo con un flujo de permeado continuo y una recuperación del sistema constante.
Las variaciones en la temperatura del agua y el grado de ensuciamiento del agua de alimentación se compensan mediante ajustes en la presión de alimentación.
Sistema de etapas múltiples
Los sistemas que constan de más de una etapa se denominan sistemas multietapa. Estos sistemas pueden alcanzar recuperaciones de sistema más altas, sin exceder los límites de recuperación de un solo elemento. Para obtener una recuperación de hasta el 70 %, se deben implementar dos etapas en el sistema de tratamiento del agua de alimentación.
Representación esquemática de un sistema de dos etapas
Para recuperaciones más altas, se deben utilizar tres etapas. Estos valores se basan en el supuesto de que se utilizan recipientes a presión estándar con seis elementos. Para recipientes más cortos, se debe duplicar el número de etapas.
Cuando la recuperación del sistema es mayor, se deben conectar más elementos de membrana en serie. Un sistema típico de dos etapas utiliza una relación de etapa de 2:1 para la desalinización de agua de mar con un alto contenido de sólidos disueltos.
Plug-flow y recirculación de concentrado
El concepto de flujo de pistón es el diseño estándar del sistema de ósmosis inversa para aplicaciones de desalinización de agua.
El agua de alimentación pasa a través de un sistema de flujo de pistón una sola vez. Una fracción del agua de alimentación pasa por una membrana para producir permeado. El resto del agua de alimentación no se deriva de sales y se concentrará cada vez más.
Cuando el número de elementos de membrana en un sistema de flujo pistón es demasiado bajo para lograr una recuperación del sistema lo suficientemente alta, la recirculación del concentrado puede estar implicada. Durante la recirculación, parte del concentrado se devuelve al lado del agua de alimentación del módulo. El concentrado reciclado se mezcla con el agua de alimentación y será tratado una vez más.
Representación esquemática de una instalación con opciones de recirculación de concentrado
El número de elementos en cada recipiente a presión
Los sistemas de ósmosis inversa generalmente están diseñados para un flujo de permeado específico. Para lograr este flujo, se requiere una serie de elementos de membrana. El número de elementos de membrana que se colocan dentro de la instalación depende del flujo diseñado.
Para la desalinización de agua de mar, el factor limitante es la presión máxima de alimentación; esto no puede exceder los 69 bares.
Con base en el flujo diseñado, la producción por unidad de membrana se puede determinar:
Producción por elemento = flujo * superficie del elemento< br />
Número de elementos = caudal de permeado / producción por elemento
Número de recipientes a presión = número de elementos / número de elementos por recipiente
Mediante el caudal de permeado y la recuperación requerida, se calcula el caudal de agua de alimentación:
Caudal de agua de alimentación = caudal de permeado/recuperación
Presión del agua de alimentación
Se requiere una determinada presión de alimentación, según el diseño del sistema. El flujo, la pérdida de energía en el sistema y la presión osmótica determinan la presión de alimentación que requiere el sistema. La presión de alimentación requerida aumentará cuando los elementos de la membrana se contaminen con el paso de los años. Una bomba de alimentación que permita un flujo más alto que el flujo que se requiere teóricamente estará implicada para mantener la presión de alimentación continua. Una bomba de alimentación que aumente la presión de alimentación en un 25 % será satisfactoria en la práctica.
Cuando se pone en marcha el sistema, se registra la situación inicial. Todos los parámetros relevantes deben registrarse y anotarse en un registro. En base a estos datos, se puede examinar y regular el rendimiento de la instalación después de que el sistema se haya puesto en marcha.
Monitoreo
Durante el monitoreo del sistema, se realizarán mediciones de caudal, presión y conductividad del agua. Para comprobar la afectividad hidráulica del sistema es necesario medir la presión de alimentación por etapa y el caudal de permeado. La presión de alimentación depende de la temperatura del agua de alimentación. Cuando las temperaturas del agua de alimentación son bajas, se requiere más presión para lograr la misma recuperación que se alcanzaría cuando las temperaturas del agua de alimentación son altas. Cuando la temperatura del agua fluctúa, es necesario normalizar el flujo de permeado, para permitir la comparación con la situación inicial.
Cuando las instalaciones funcionan correctamente, la conductividad del permeado es baja, debido a la eliminación de univalentes y bivalentes. iones Cuando una fuga se sitúa en el elemento de la membrana, la conductividad aumentará. Es por eso que se aplican mediciones de conductividad.
Estas mediciones se realizan en el drenaje de recolección de permeado. Las mediciones se pueden realizar para cada pila individual o para todas las pilas presentes.
Un monitoreo suficiente del sistema permitirá al usuario saber cuándo el sistema necesita limpieza.
Protección de materiales
Dentro de las instalaciones de desalinización, existe un entorno natural en lo que respecta a la corrosión de partes separadas del sistema. Por ello, el material debe poseer cierta resistencia a la corrosión. Esto se aplica tanto a las partes externas, que están expuestas a una atmósfera salina (derrames, fugas), como a las partes internas. La corrosión de las partes externas del sistema generalmente se puede prevenir brindándoles una capa superficial (pintura, galvanizado) y mediante el mantenimiento periódico del sistema y el cierre de fugas.
A pesar de que los materiales están protegidos contra la corrosión potencial, también deben ser capaces de resistir la presión, las vibraciones y los cambios de temperatura.
Para evitar la corrosión y las reacciones químicas en la parte del sistema donde las presiones son bajas (a menudo se aplica PVC y fibra de vidrio. Para partes de alta presión (10 -70 bar), como bombas, desagües y tapas, es necesario utilizar metales para proporcionarles el mismo tipo de protección.
PVC y algunos metales no pueden resistir suficientemente la corrosión. Cuando comienzan a corroerse, pueden contaminar las membranas. Cuando la protección contra la corrosión es necesaria, debemos tener esto en cuenta.
El material principal que se utiliza para piezas de alta presión es acero inoxidable. El acero inoxidable es que es resistente a la corrosión ya la corrosión por erosión. El acero inoxidable rara vez se ve afectado por la corrosión galvánica.
Las tuberías y partes de la instalación deben cumplir con las exigencias de la empresa donde se ubica la instalación. Las tuberías y los componentes de la instalación suelen construirse con los siguientes materiales:
Filtros de vela y recipiente a presión: filtro de polipropileno en PVC o recipiente de acero inoxidable
Bombas: acero inoxidable< br /> Tuberías de baja presión: PVC
Tuberías de alta presión: acero inoxidable
Sistema de limpieza: PVC u otro material sintético resistente a productos químicos
Ahorro de energía
En un sistema de desalinización, el concentrado se libera a alta presión, por eso es importante recuperar energía del flujo de concentrado. Esto se puede hacer mediante la aplicación de un intercambiador de presión. El flujo de concentrado de las membranas se dirige a través del intercambiador de presión, donde transfiere energía directamente a parte del agua de alimentación entrante con la máxima efectividad.
El flujo de agua de alimentación ahora tiene el mismo volumen que el flujo de concentrado. Se dirigirá a una pequeña bomba de refuerzo que corrige las pérdidas hidráulicas del caudal.
El caudal de agua de alimentación mejorado se unirá al caudal de agua de alimentación procedente de la bomba de alta presión.
En una instalación que utilice un intercambiador de presión, la bomba de alta presión cederá el 41% de la energía, la bomba de refuerzo cederá el 2% de la energía y el intercambiador de presión cederá el 57% restante. El intercambiador de presión no utiliza energía externa, por lo que el ahorro total de energía será del 57 %.
Al practicar la presión directamente en el agua de mar entrante en un sistema de membrana, se obtiene una reducción del 60 % en el tamaño de la alta -Bomba de presión se puede lograr. Esto no solo ahorra energía; también ahorra costos de compra de bombas de alta presión.
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