lunes, 5 de noviembre de 2012

Proyecto: Desalinización agua salobres osmosis inversa



Integrantes:
  • Silva Valerio, Edward
  • Tanohuye Tanohuye, Takeshi
DESALINIZACIÓN DE AGUAS SALOBRES A TRAVÉS DEL PROCESO DE ÓSMOSIS INVERSA APLICADO EN LA INDUSTRIA TEXTIL

I. INTRODUCCIÓN

 

Los procesos de desalinización en el país se encuentran en una etapa en donde la viabilidad tanto técnica como económica es positiva, esto en parte a la reducción de los costos de los equipos así como el espectro de tecnologías disponibles para esta función.
Además es clave entender que debido a los efectos del cambio climático que actualmente vivimos es fundamental conocer diversas técnicas de desalinización que nos permitan aprovechar mejor el agua en la naturaleza, mejor aún si es un proceso que ofrezca un bajo costo de producción así también que sea ecológicamente amigable.
El proceso de membranas y específicamente la tecnología de ósmosis inversa es la pionera en ofrecer un sistema comercial de desalinización de aguas que no genera altos grados de polución y además es compacta en volumen. Así mismo esta tecnología se puede complementar con generadores para utilizar la energía eólica o solar y así ofrecer una mejor solución ambiental.
Cabe mencionar que este proceso es cada vez más común en la separación de sales  tanto de agua salobre como de agua de mar, tanto así que las empresas privadas como estatales que.se encuentran en una zona costera en él Perú y que requieran como insumo agua de baja carga mineral ya lo vienen aplicando.
Por lo anteriormente expuesto, se fundamenta la importancia de conocer este proceso,   tanto   sus  variables   de  diseño   como   sus   características   de operación. El enfoque que se brinda en el presente trabajo es la remoción de sales de aguas salobres subterráneas empleando la tecnología de ósmosis inversa, en donde mencionamos tanto las consideraciones  que debe tener el agua de entrada (pre-tratamiento) como  procedimientos  de tratamiento a la descarga  de  agua desalinizada  (post-tratamiento)  empleando  conceptos fisicoquímicos.
Las aplicaciones  industriales que se mencionan  en el presente  trabajo las emplearemos  para poder brindar una explicación  clara de los fundamentos del proceso.

 

 



II. PROBLEMA DE INVESTIGACIÓN


  • II.1 SELECCIÓN GENERAL


Para cubrir las necesidades de agua, tanto para abastecimiento urbano, regadío, industria o requerimientos medioambientales, se han utilizado tradicionalmente las aguas superficiales y subterráneas reguladas respectivamente mediante presas y captaciones subterráneas. Sin embargo, ni la regulación superficial ni el aprovechamiento de las aguas subterráneas, se han mostrado suficientes para poder afrontar las necesidades hídricas que con cierta regularidad se produce en algunas áreas sobre todo en períodos de marcado déficit hídrico.
De entre las diferentes alternativas que pueden contribuir a subsanar ese déficit la desalación de aguas salobres, puede ayudar a subsanar este problema, sobre todo en zonas costeras donde la demanda industrial y de regadío precisa de caudales importantes. Ante esto una de las alternativas de desalación más notables es la utilización de aguas salobres mediante procesos con membranas por la calidad alta del agua desalada y su costo razonable.

  • II.2 SELECCIÓN ESPECÍFICA


Existen mucho tipo de industrias costeras que presentan una escasez de agua potable, entre estas se encuentra la industria textil que requiere gran cantidad de agua para diversos procesos como lavado de materias primas.
La obtención de agua para este tipo de empresas se puede realizar a través de la desalación de aguas salobres obtenidas de pozos subterráneos cercanos a la compañía.
El proceso de ósmosis inversa que utilizan membranas semipermeables de  poliamida permite obtener de una manera sencilla y simple un agua desalinizada y exenta de contaminación bacteriológica, útil para ser utilizada en la industria textil.

 




III.2 JUSTIFICACION DEL PROBLEMA DE INVESTIGACION


·         Por su Naturaleza

            La desalinización por la tecnología de osmosis inversa tiene varias ventajas, entre las cuales destacan principalmente su costo de mantenimiento, la alta calidad del agua obtenida, su tiempo de vida en condiciones normales y su gran permeabilidad; y sus desventajas son: se necesitan de un pretratamiento antes de pasar por el sistema de membranas, las cuales son muy sensibles al cloro, así también son muy sensibles a la carga microbiana.

·         Por su Magnitud

          El método de osmosis inversa es una técnica muy conocida desde épocas antiguas, su aplicación es   muy recomendada para la filtración y desalinización de aguas, nos abocamos a la zona costera de Lurín, donde se encuentra empresas textiles que requieren de agua potable para sus diversos procesos entre ellas la empresa CaboBlanco S.A.C de donde se tomarán las muestras.

·         Por su trascendencia

El proceso de osmosis inversa es una buena alternativa para tratar las aguas salobres de pozos ya que cuenta con beneficios como la utilización de poca área para su funcionamiento, puede constituir una fuente importante de agua dulce. Así como también el proceso tiene un alto porcentaje de rendimiento, constituyendo el mejor método de obtención de agua para consumo industrial. Además con este proyecto se busca generar en nuestro país el desarrollo como fuente de agua potable.

·         Por su vulnerabilidad
Se puede realizar el estudio dado que se cuenta con acceso al agua salobre de la empresa textil CaboBlanco S.A.C, también se cuenta con información histórica del agua salobre de esta empresa, asesoramientos, la facilidad de usar el equipo de Osmosis Inversa de la Facultad de Ingeniería Química de la Universidad Nacional del Callao.

·         Aporte

o   Científico
Con este trabajo de Investigación se busca caracterizar la composición química del agua salobre a tratar y el tratamiento adecuado de desalinización, con el fin de obtener agua dulce.

o   Tecnológico
Con el desarrollo de este proyecto podremos adquirir más conocimientos sobre las técnicas y procesos para tratar las aguas salobres de empresas textiles.
Optimizar el proceso para la obtención de agua dulce a partir de la osmosis inversa.


III.3 OBJETIVOS


·         Objetivo general:

o   Indagar y evaluar un proceso para la desalinización de agua salobre empleando tecnología de ósmosis inversa.

·         Objetivos específicos:

o   Analizar los valores físico-químicos del agua subterránea                                                            empleando metodologías normadas.

·         Seleccionar el pre-tratamiento en función del análisis del agua y la producción de agua requerida.

·         Buscar un proceso más apto de desalinización de agua para los pozos en la zona costera de nuestro país.

III.4 FACILIDADES Y LIMITACIONES


·         FACILIDADES:
Este proyecto al ser de vital importancia para empresas que requieran de agua potable, lo vuelve propenso a ser un proyecto de inversión tanto a nivel público como privado, lo que puede asegurar una fuente de financiamiento.

·         LIMITACIONES:
El costo de elaboración de un sistema de osmosis inversa es elevado, por tanto resultaría complicado desarrollar las pruebas en laboratorio para verificar la calidad del proceso, sin embargo esta limitación puede ser superada con el uso de simuladores.


IV. MARCO CONCEPTUAL

IV.1 Definiciones


IV.1.1 Agua salobre (Greg Johnson, Larry Stowell, Michele Monroe)


Se llama agua salobre al agua que tiene más sal disuelta que el agua dulce, pero menos que el agua de mar. Técnicamente, se considera agua salobre la que posee entre 0,5 y 30 gramos de sal por litro, expresados más frecuentemente como de 0,5 a 30 partes por mil.

IV.1.2 Desalación (Antonio VALERO)


La desalinización es el proceso de separación de sales de una disolución acuosa, pero que puede ampliarse al proceso de separación del agua de las sales, ya que existen tecnologías que realizan este proceso y el fin último a perseguir es la separación de ambos componentes para el uso humano del agua dulce producto.
http://www.uv.es/choliz/Desalacion.pdf

IV.1.3 Membrana semipermeable  (Miguel Katz)


Es una membrana que permitirá que ciertas moléculas o iones pasen a través de ella por difusión, y ocasionalmente especializada en “difusión facilitada”. El índice del paso depende de la presión, la concentración y la temperatura de las moléculas o de los solutos en cualquier lado, así como la permeabilidad de la membrana para cada soluto.
http://www.rlabato.com/isp/qui/qui_fis_2011-003.pdf

3.1.4 Difusión (Antonio VALERO)

Es el movimiento neto de sustancia (líquida o gaseosa)de un área de alta concentración a una de baja concentración.
http://www.windows2universe.org/glossary/diffusion.html&lang=sp

IV.1.5 Ósmosis Inversa (Miguel Katz)

Fenómeno físico relacionado con el comportamiento de un sólido como soluto de una solución ante una membrana semipermeable para el solvente pero no para los solutos. Tal comportamiento entraña una difusión compleja a través de la membrana, sin "gasto de energía". 
http://www.um.es/molecula/sales06.htm

IV.2 Antecedentes

IV.2.1 Antecedentes Históricos (Juan Francisco Zúñiga Santana)

En la Edad Media varios autores trataron el problema de la desalación del agua de mar, entre los que se puede citar a John Gaddesden (1280-1361), que en su obra Rosa medicine describe cuatro métodos para la desalación del agua de mar.
A comienzos del siglo XIX ya eran conocidos los principios de los métodos de desalación que podemos llamar naturales, concretamente la evaporación solar, la destilación y la congelación. El uso industrial de estos principios tuvo en cambio un lento desarrollo, excepto en las instalaciones de destilación para barcos, cuyo crecimiento fue relativamente rápido. La destilación tuvo un primer impulso de desarrollo en el año 1884, cuando James Weir creó, con destino a barcos, una planta de evaporación que utilizaba la energía residual del vapor de salida de la caldera. Desde 1884 hasta 1956 el tipo de destilación de tubos sumergidos sirvió de base a la mayoría de las instalaciones marinas de esta naturaleza, y en la época final a instalaciones terrestres.
Los sistemas de compresión de vapor y de tubos verticales largos pueden considerarse variaciones de los métodos básicos de destilación. El nacimiento de su desarrollo coincide también con la década de los años cincuenta.

El empleo de los sistemas de membranas se inicia a partir de los estudios en laboratorios sobre la naturaleza y comportamiento de aquellas, con los trabajos realizados sobre membranas fabricadas con resinas por Juda y Kressman en 1949, aunque las propiedades de semipermeabilidad y selectividad eran conocidas desde principios del siglo XIX.


IV.2.2 Antecedentes Teóricos (S Montes Gragera)

Los componentes básicos de una instalación típica de osmosis inversa consisten en un tubo de presión conteniendo la membrana, aunque normalmente se utilizan varios de estos tubos, ordenados en serie o paralelo. Una bomba suministra en forma continua el fluido a tratar a los tubos de presión, y, además, es la encargada en la práctica de suministrar la presión necesaria para producir el proceso. Una válvula reguladora en la corriente de concentrado, es la encargada de controlar la misma dentro de los elementos (se denominan así a las membranas convenientemente dispuestas).
Hoy en día, hay 3 configuraciones posibles de la membrana: el elemento tubular, el elemento espiral y el elemento de fibras huecas. Más del 60% de los sistemas instalados en el mundo trabajan con elementos en espiral debido a 2 ventajas apreciables:
  • Buena relación área de membrana/volumen del elemento.
  • Diseño que le permite ser usado sin dificultades de operación en la mayoría de las aplicaciones, ya que admite un fluido con una turbiedad más de 3 veces mayor que los elementos de fibra hueca.
Este elemento fue desarrollado a mediados de la década del 60, bajo contrato de la oficina de aguas salinas. En la actualidad estos elementos se fabrican con membranas de acetato de celulosa o poliamidas y con distinto grados de rechazo y producción
http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/6260/4/03_Mem%C3%B2ria.pdf

IV.2.3 Antecedentes Metodológicos (Ainhoa Albaina Urcelay)

IV.2.3.1- Procesos térmicos


 Destilación súbita

La desalación obtenida por destilación consiste en evaporar agua para conseguir vapor que no contiene sales. El vapor se condensa posteriormente en el interior o exterior de los tubos de la instalación. Los sistemas de desalación suelen funcionar por debajo de la presión atmosférica, por lo que necesitan un sistema de vacío (bombas ó eyectores), para la extracción del aire y gases no condensables.

IV.2.3.2- Procesos mecánicos


Un compresor que actúa como “bomba de calor” es la fuerza impulsora de esta transmisión de calor y suministra la energía requerida para separar la solución y sobreponerse a las pérdidas de caída de presión dinámica y otros procesos irreversibles.
El vapor generado de la solución es bombeado al nivel de mayor presión entálpica requerido en el lado de condensación.         

IV.2.3- Procesos eléctricos



Cuando   en   un recipiente con contenido de agua salina se introducen dos electrodos conectados  a  una  fuente  de  energía  como,  por  ejemplo,  una  batería,  la corriente  eléctrica  atraviesa  la  solución  desplazando  los  iones  hacia  el electrodo de carga opuesta.
     Fuentes consultadas:
*      http://www.iit.upcomillas.es/pfc/resumenes/46e93020283c2.pdf

IV.3 NORMAS LEGALES

*      Texto Único de Procedimientos Administrativos DICAPI (D.S. N° 016-2005 DE/MGP).


*      Decreto Supremo Nº 002-2008-MINAM (ANEXO 1-2)

IV.4 DATOS ESTADISTICOS

 (Rangos de salinidad de los diferentes tipos de agua. Fuente: Fariñas (1999); Medina (2000)

SALINIDAD (PPM DE TDS)
0.03
Pura (calderas)
0.3
3
Dulce (potable)
< 1.000
Salobre
1.000-10.000
Salina
10.000-30.000
Marina
30.000-50.000

IV.5 MEDIO-AMBIENTE (Esperança Gacia y Enric Ballesteros)

El impacto que en el medio marino es parecido y resulta principalmente del vertido de las aguas residuales, aunque también existe cierto impacto derivado del proceso de captación de aguas.
Las aguas residuales resultantes de la desalinización tienen un contenido mayor en sales que las aguas de origen, presentan diferencias de temperatura, de pH, de alcalinidad y contienen sustancias químicas utilizadas durante el proceso de depuración. En el caso de las plantas que funcionan por destilación el vertido representa de 8 a 10 veces el volumen de agua depurado, mientras que en plantas de ósmosis inversa el volumen residual es menor que en las anteriores (2.5 a 3 veces el volumen depurado) pero el vertido tiene un contenido en sales mucho
mayor.
En ambos casos hay que añadir el vertido de productos químicos (biocidas, anti-incrustantes y anti-espumantes) resultado del tratamiento del agua, así como también los vertidos puntuales que resultan del limpiado de las membranas y que constituyen aportes muy concentrados de sólidos en suspensión y detergentes.
http://circe.cps.unizar.es/spanish/waterweb/ponen/gacia.pdf)





2 comentarios:

  1. Lo que no has tocado son las desventajas desde el punto de vista del rechazo o salmuera, que se hara con esto? Inyeccion a pozo profundo podria "salar" incluso mas la napa freatica o su derivacion al mar?, son puntos vitales en un estudio de este tipo de tecnologias; ademas de costo energetico que para tu estudio quiza este en un rango de 0.3 - 0.6 US$/m3

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