Mejoras en la eficiencia energética en procesos de desalinización por ósmosis inversa

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desalinización por ósmosis inversa

El sector de la desalinización por ósmosis inversa ha logrado grandes avances tecnológicos durante las últimas décadas. Esto ha permitido mejorar en gran medida la eficiencia energética, además de reducir el impacto medioambiental de los procesos.

A día de hoy, atendemos a una disminución drástica del consumo energético en las plantas desalinizadoras de agua para uso industrial. El consumo energético de una planta desalinizadora de agua de mar por ósmosis inversa es de 3 kWh/ m3 aproximadamente, lo cual supone un cambio significativo respecto a plantas antiguas, las cuales alcanzaban los 30 kWh/m3.

Esta reducción del consumo energético ha sido un factor esencial para la implementación de la desalinización en el mundo.

No obstante, cabe destacar que la cantidad de energía necesaria para generar agua desalinizada es diferente según la técnica empleada, influyendo también otros factores como la cantidad de agua de entrada.

Recuperadores de energía en plantas desalinizadoras

En los últimos años se han desarrollado sistemas avanzados de recuperación de energía que permiten aprovechar la presión propia del proceso de desalinización por ósmosis inversa y que, por consiguiente, reducen el consumo global que requiere la planta. Un gran avance si tenemos en cuenta que hasta hace poco tiempo era frecuente el uso de bombas invertidas movidas por la presión y el caudal de la propia instalación.

Entre los nuevos sistemas que se han introducido recientemente con mayor rendimiento de recuperación podemos encontrar:

  •  Cámaras isobáricas: Son los sistemas de recuperación de energía más empleados en la actualidad. Evitan las pérdidas de eficiencia asociadas a la conversión de energía que se producen en los dispositivos centrífugos. Convierten la energía hidráulica en energía mecánica y su rendimiento asciende al 97%.
  • Cámaras de Intercambio de Presión: son dispositivos que intercambian la presión entre dos corrientes de agua. Así, transmiten la energía potencial que tiene la salmuera al agua de mar mediante unos cilindros sin necesidad de recurrir a la energía de rotación. Su efectividad también supera el 90%.
  • Turbina Pelton: es uno de los tipos más eficientes de turbina hidráulica y tiene un rendimiento del 88%. Sustituyen a las turbinas Francis, las cuales eran usadas en décadas de finales del siglo XX. Aporta un ahorro energético de entre 0.18-0.2 kWh/m3 adicional. Esta turbina aprovecha toda la energía en forma de presión.
  • Turbocharger: presenta un rendimiento del 80% y consigue una reducción del consumo de energía del 30%. En el Turbocharger, la salmuera acciona una turbina la cual impulsa, mediante un eje, una bomba centrífuga. De este modo impulsa una menor cantidad de agua de alimentación a presiones tan altas y comprime gases.
  •  Intensificadores de presión: convierten la presión de la salmuera directamente en alimentación del proceso.

Existen dos tipos:
– Tipo 1: dos bombas de pistones rotativos adheridas a un motor. Trabajan respectivamente como bomba y recuperador.
– Tipo 2: consta de dos cilindros enfrentados con pistones que comparten un único eje y una válvula inversora.

Variadores de velocidad para optimización del consumo energético

Los variadores de velocidad son unos dispositivos que controlan la velocidad y el torque de los motores eléctricos. Pueden adaptarse a un amplio abanico de aplicaciones, entre los que se encuentran los procesos de desalinización de agua por ósmosis inversa. Actualmente son imprescindibles para lograr eficiencia energética.

El control de velocidad en bombas de circulación de agua implica una adaptación, en todo momento, a factores como la carga de la instalación, el envejecimiento de las membranas o el desgaste de los equipos rotativos. Para ello, es necesario adecuar los caudales y presiones a las necesidades puntuales de la instalación asegurando trabajar en el punto óptimo y logrando así la máxima eficiencia y ahorro energético.

Membranas de ósmosis inversa más eficientes

En una planta de ósmosis inversa las características relacionadas con las membranas (presión, pH, mantenimiento y composición) son aspectos a tener en cuenta para mejorar la eficiencia energética. Su elección dependerá del tipo de agua a tratar. Entre ellas, destacan:

  • Membranas para agua salobre.
  • Membranas para agua de mar.
  •  Membranas de bajo ensuciamiento.
  • Membranas de baja energía.

Las membranas más usadas en los sistemas de ósmosis inversa son las de tipo asimétrico. Las membranas asimétricas combinan grandes características que permiten generar una gran permeabilidad. Dentro de este tipo, existen dos modalidades dependiendo de la estructura:

– Integrales: constan de estructuras laminares en las que el tamaño del poro o la composición de la membrana varía a lo largo de todo su espesor. Su principal ventaja es que permite la obtención de mayores flujos.
– Compuestas: tienen una mayor capacidad de filtración para la desalación.

Digitalización en procesos de desalinización: incremento de la eficiencia en operación

La carrera por la innovación, así como la implementación de trabajos optimizados y la tecnología, han sido los objetivos principales para lograr la digitalización en procesos de desalinización.

Big Data, sensores, blockchain, inteligencia artificial o transferencia de datos se han implementado para automatizar el proceso e incrementar la eficiencia en operación.

En la actualidad, el sistema que engloba y predomina toda funcionalidad es el PMS (Plant Management System) o sistema de gestión de plantas. Este mecanismo conlleva el correcto seguimiento de la gestión de desalinización y su respectiva información, reporte de informes o incluso sistemas de mecanismo avanzado y predicción.

Otra variante son los EMS (Energy Management Systems) o sistema de gestión de la energía, los cuales recurren a operadores de redes eléctricas para monitorear y optimizar el funcionamiento del sistema de transmisión.

Además de estos sistemas, han surgido otros como Digital Twin -gemelo digital- que aportan una imagen “virtual” de la planta de desalinización y sus ventajas son innumerables al abarcar muchos conceptos digitales como Big Data o la conectividad avanzada.

Para procesos de desalinización este Digital Twin se refuerza con sistemas BIM (Building Information Modeling), que potencian la capacidad de análisis y aumentan la productividad, minimizando tiempos y posibles errores.

Turbinas de producción de energía en grandes caudales

Otro de los mecanismos que permiten la optimización del consumo energético en el proceso de desalinización mediante ósmosis inversa son las turbinas. Su objetivo es aprovechar la energía contenida en la salmuera y adaptarse a las condiciones cambiantes de la operación para minimizar el consumo eléctrico. Las turbinas transforman la energía de presión en energía mecánica, e incluso eléctrica mediante un alternador.

Incremento en la implementación de energías renovables

Las energías renovables son importantes fuentes de energía limpias, inagotables y muy competitivas. Además, y a diferencia de los combustibles fósiles, no generan gases de efecto invernadero ni emisiones contaminantes. Su crecimiento es imparable.

A nivel internacional, la proporción actual de energías renovables empleadas para la desalinización es del 1% aproximadamente.

La desalinización puede estar impulsada por diferentes tipos de energía renovables:

  • Eólica: el viento puede generar electricidad para la desalinización por ósmosis inversa. Es una opción correcta para comunidades costeras e insulares.
  • Undimotriz: los mares contienen una gran cantidad concentrada de energía cinética. Esos sistemas aprovechan la energía generada por las olas para presurizar el agua y bombearla hacia una planta de tratamiento ubicada en tierra.
  • Geotérmica: al generar tanto electricidad como calor, es adecuada para la desalinización térmica y la ósmosis inversa.
  • Solar: es la fuente de energía renovable que presenta el mayor nivel de potencia para la desalinización sostenible a largo plazo. Existen dos tipos:

– Energía Solar Concentrada (CSP): genera calor directo y suele ser empleada para evaporar agua en el proceso de desalinización térmica.
– Fotovoltaica (PV): emplea paneles solares con el objetivo de generar electricidad que alimenta a las bombas de ósmosis inversa.

Las plantas de desalinización por ósmosis inversa SETA PHT están diseñadas para adaptarse a las condiciones energéticas más eficientes, preservando siempre el cuidado del medioambiente.

Es por ello que entre nuestros servicios ofrecemos la realización de auditorías energéticas a nuestros clientes, con el fin de identificar e implantar todas las medidas de ahorro posibles que conduzcan hacia la optimización y sostenibilidad de un proceso de ósmosis inversa.

Consulta con nuestro equipo de expertos cualquier duda sobre cómo ahorrar energía en instalaciones de desalinización.

 
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