Eficiencia de plantas desaladoras mediante instrumentación analítica

Nuevamente volvemos a insistir en la importancia que tiene la automatización de plantas industriales como una estrategia esencial para mejorar la productividad de plantas industriales. En esta ocasión abordamos la mejora de la productividad de los procesos de desalinización que utilizan las tecnologías térmica y de membrana, y nos centramos en la exposición de la instrumentación analítica necesaria para controlar los procesos de desalación.

El agua dulce es cada vez más escasa en el mundo, y debido a que los costes de tratamiento convencional están aumentando, demasiadas personas viven en condiciones de gran escasez de este recurso. En el caso de agua salada o salobre, sin embargo, los costes de tratamiento vienen disminuyendo desde hace años. Consecuentemente, el interés por la desalación ha ido aumentando, y ya se ve como una solución viable como solución al abastecimiento de muchas comunidades. La desalación se usa actualmente en más de 100 países y es de vital importancia en lugares donde la escasez de agua limita la población, el desarrollo industrial o agrícola. La desalación se ha beneficiado también de una sinergia con las plantas de generación de energía ubicadas en la costa, ya que pueden compartir infraestructuras hidráulicas. En efecto, las plantas de generación de energía utilizan gran cantidad de agua para propósitos de refrigeración, por lo que el uso común de estas infraestructuras abarata costes. Respecto a la desalinización por áreas geográficas, más de la mitad de esta actividad se está llevando a cabo actualmente en Oriente Medio y África. Arabia Saudí produce el 24 % del agua desalada del mundo, y los emiratos alcanzan ya una cota próxima al 20 %

TECNOLOGÍAS DE DESALACIÓN

Las tecnologías que se vienen utilizando actualmente podemos dividirlas en procesos térmicos, incluyendo todas las formas de destilación; y procesos de membrana, donde se incluyen los procesos de electrodiálisis y ósmosis inversa.

Destilación

Casi la mitad del agua desalada en el mundo se produce por destilación. Este proceso imita el ciclo natural del agua: Primero se calienta el agua para evaporarla, y luego se condensa transformándose en agua dulce. El rendimiento económico de la destilación requiere un buen ajuste de la presión del agua para controlar el punto de vaporización. Asimismo, reduciendo la presión atmosférica en el agua que va a vaporizarse se obtiene una vaporización múltiple en diversos recipientes, cada vez a una temperatura y presión inferior. De esta forma se reduce la cantidad de energía requerida para la destilación y se incrementa el rendimiento en la producción de agua dulce.

Controlando el punto de vaporización del agua salada se actúa sobre otra cuestión clave en desalinización – la formación de incrustaciones. Carbonatos y sulfatos están disueltos en el agua salada, y comienzan a dejar la disolución a partir de los 95 ºC y forman una incrustación dura. Esta incrustación cubre tubos y superficies creando enormes problemas térmicos y mecánicos. Ya que estas incrustaciones son difíciles de eliminar, la prevención de su formación es la clave del éxito en el proceso. La estrategia para controlarlo se basa en actuar sobre el nivel de concentración en el agua salada y restringiendo las temperaturas más elevadas del proceso. Adicionalmente, pueden añadirse productos químicos ácidos al agua salada que reducen la precipitación de incrustaciones y permiten que la temperatura alcance 110 ºC. Operando una planta a estas temperaturas más altas aumenta la eficiencia, pero el ácido puede provocar corrosión. La maximización de la eficiencia de la planta es en gran medida una función de la química del agua. El control de la química del agua es por lo tanto muy importante, lo cual se consigue con el uso apropiado de instrumentación analítica.

Ósmosis inversa

La ósmosis inversa es una técnica de desalación relativamente nueva, pues empezó a comercializarse en los años 70. Se basa en el empleo de un proceso de separación de membrana en la cual el agua de una solución salina presurizada se separa de los sólidos disueltos haciéndola pasar a través de una membrana. En contraste con el proceso de destilación, no se requiere calor en este proceso. El agua salina se bombea en un recipiente cerrado y se presuriza contra la membrana. Una parte del agua pasa a través de la membrana mientras que el agua restante incrementa su contenido en sal. Una porción del agua salina de alimentación se descarga si pasar a través de la membrana para reducir la concentración de sal.

El factor clave en la eficiencia de la ósmosis inversa es el cuidado que se tenga al alimentar la membrana semipermeable, puesto que la membrana supone el coste más importante en este tipo de instalaciones. Si la membrana se obstruye o es atacada por ácidos o microorganismos, la eficiencia de la desalación disminuye sensiblemente. Por esta razón, la ósmosis inversa requiere pre-tratamiento para eliminar sólidos suspendidos y asegurar que el crecimiento de microorganismos o la precipitación de sales no tiene lugar en la membrana. El pre-tratamiento consiste fundamentalmente en filtración fina y la adición de ácidos u otros productos químicos. Como ocurre en los sistemas de destilación, los productos químicos pueden causar muchos problemas si no se previene su aparición y se controlan apropiadamente.

La eficiencia de la membrana de ósmosis inversa puede controlarse mediante el uso de medidores de conductividad. La eficiencia es la cantidad de sólidos disueltos contenidos en el agua dividido entre el volumen de agua de alimentación. En un sistema nuevo la eficiencia puede ser con pasos en torno al 2-5 % (95-98 % de rechazo). La instrumentación que se utiliza en estos procesos son analizadores del ratio de conductividad, que calculan el porcentaje de rechazo o rechazo en las membranas. Estos analizadores están equipados con alarmas para controlar el ratio y la conductividad del agua del producto. De esta forma se indica al operador cuando se necesita prestar atención al sistema de membranas. La conductividad es una función de la temperatura, así que es importante que en las mediciones de conductividad se incluyan correcciones por temperaturas.

Las membranas de acetato de celulosa no están recomendadas en la desalación de agua salada, pero si la fuente de alimentación es agua salobre, si pueden utilizarse estas membranas. Estas membranas tienden a degradarse en aguas alcalinas, por lo cual se produce una pérdida de eficiencia. En aguas de alimentación con dureza de calcio, puede producirse también precipitación de sólidos. Para proteger la membrana y evitar la precipitación de sólidos, el pH del agua de alimentación puede ajustarse lo más próximo posible a 5,5. La acción de control no es difícil ya que el agua de alimentación no tiende a tener fluctuaciones de pH o cambios de carga importantes. Un sensor de pH para propósitos generales asegurará que el pH queda ácido.

Como conclusión, podemos decir que los procesos de desalinización pueden mejorar su productividad y fiabilidad si proporcionamos medidores analíticos que consigan asegurar la calidad del agua en los sistemas de desalinización.

Bibliografía: Instrumentation monitors and maintains plant efficiency. Water & Wastewater International. June 2005

Palabras clave: Electrodialysis, reverse osmosis (RO), conductivity measurement, cellulose acetate membranes