Wind resource assessment for off-grid electrification projects 29

En el año 1979 se produce una nueva crisis energética, siendo la respuesta de la industria la búsqueda de nuevas disminuciones del consumo, pero la imposibilidad técnica de mejorar la eficiencia de los procesos de evaporación, orienta la investigación hacia los procesos de filtración, o de Desalación por membranas.

Las membranas se utilizan a nivel industrial en dos diferentes tipos de procesos de desalación, Ósmosis Inversa y Electrodiálisis. La Ósmosis Inversa se utiliza para

desalar aguas tanto marinas como salobres; utiliza la presión para la separación de las sales, dejando pasar el agua desalada a través de las membranas e impidiendo el paso del concentrado. La Electrodiálisis se utiliza exclusivamente para desalación de aguas salobres, y utiliza la propiedad de la corriente eléctrica de atraer los iones salinos disueltos en la solución. La gran diferencia existente entre los dos procesos es que mientras en la Ósmosis Inversa el agua desalada atraviesa físicamente la membrana semipermeable, en la Electrodiálisis es el concentrado el que atraviesa la barrera y no el agua producto.

Diferencia entre los procesos de ósmosis inversa y electrodiálisis

Fuente: Urrutia, 2005

La aplicación de las membranas semipermeables para separar el agua y las sales en una disolución venía aplicándose desde hacía años al agua salobre, con concentraciones de 6 ó 7 gramos de sal por litro (7.000 ppm). La aplicación al agua de mar 35 g/l (35.000 ppm) precisaba desarrollar una membrana que presentara un rechazo de sales superior al 99%, con resistencia mecánica capaz de soportar los 70 kg/cm2 requeridos para vencer la presión osmótica, con una productividad adecuada. La crisis de 1980 y otras posteriores presionaron a la industria y sirvieron para desarrollar este tipo de membranas y para extender su empleo de forma masiva.

Ósmosis inversa (OI)

La ósmosis es un fenómeno natural que se produce cuando un agua procedente de una solución menos concentrada pasa, a través de una membrana semipermeable, hacia otra solución de mayor concentración, hasta alcanzar su equilibrio. La ósmosis inversa consistiría, en consecuencia, en la inversión del citado proceso mediante la aplicación de una energía externa en forma de presión.

En la práctica, el agua a desalar se bombea a una caja de presión en donde es presurizada contra las membranas. Una parte del agua (producto) atraviesa la membrana mientras que el resto se concentra en sales, pasando a constituir el concentrado. Un sistema de ósmosis inversa está compuesto básicamente por cuatro subprocesos: Pretatamiento, Bombeo de alta presión, Bastidores de membranas y Post-tratamiento.

Esquema de un proceso de Ósmosis Inversa

El Pretatamiento consiste en la eliminación por filtración de los sólidos suspendidos en el agua de alimentación y en la adición química de ácidos y antiincrustantes para inhibir la precipitación de sales en la superficie de la membrana.

El Bombeo proporciona la presión necesaria para hacer posible el paso del agua a través de la membrana. El rango de presiones habitual para aguas salobres oscila entre 15 y 27 bar y para aguas marinas entre 55 y 70 bar.

El Pos-tratamiento consiste en la estabilización del agua producto y su preparación para la distribución mediante la eliminación de gases y el aguaste de pH.

Electrodiálisis (ED)

El proceso de electrodiálisis se introdujo en los años sesenta para tratamiento exclusivo de aguas salobres y también utiliza membranas semipermeables y selectivas a los pasos de los iones positivos o negativos. En lugar de separar el agua de la disolución reteniendo los iones salinos como ocurre en la Ósmosis Inversa, en la Electrodiálisis se crea un campo eléctrico al que se somete el agua salada.

Diagrama de planta de elctrodiálisis

Las sales disueltas en una solución salina tienen sus cargas eléctricas neutralizadas. Cuando se introduce una corriente eléctrica en la solución mediante dos electrodos, los iones tienden a migrar hacia el electrodo de carga opuesta. Al interponer dentro de esta solución y de forma alternativa pares de membranas aniónicas-catiónicas que permiten de forma selectiva únicamente el paso de los aniones-cationes a su través, se produce la división del flujo de entrada en dos flujos conteniendo dos soluciones, una diluida y la otra concentrada.

Las unidades de Electrodiálisis son modulares, y está constituidas por las denominadas pilas (stacks), consistentes cada una de ellas, en varios cientos de pares de membranas con sus correspondientes electrodos. El agua a desalar es conducida simultáneamente en varias corrientes en paralelo a través de las celdas, produciendo simultáneamente un flujo continuo de agua producto y otros de concentrado.

La Electrodiálisis dispone de características que la hacen atractiva en muchas ocasiones: Funciona con alto porcentaje de conversión (superior al 80%);.el consumo de energía es proporcional al contenido en sales de las aguas a desalar; el agua de alimentación no exige tan bajo nivel de sólidos suspendidos como la Ósmosis Inversa y su rendimiento es independiente de la existencia de sustancias disueltas no iónicas, como la sílice.

La Electrodiálisis, compite con la Ósmosis Inversa en la desalación de agua salobre, sobre todo si ésta tiene alto contenido en sílice, que impide obtener rendimientos adecuados con la ósmosis, pero hasta la fecha no se puede utilizar en agua de mar. España estuvo entre los primeros países que apostaron por la Ósmosis Inversa, instalando la primera planta en 1982. Desde entonces todas las instalaciones de desalación, salvo la remodelación de Las Palmas I, aplican esta tecnología. El consumo específico experimenta un descenso desde más de 20 kwh/m3 _{a menos de 4 kwh/m}3_{, lo}

que supone una disminución importantísima del coste del agua desalada, que ha supuesto la sustitución de las antiguas desaladoras de evaporación por obsolescencia técnica y la extensión del uso del agua desalada.

Las primeras instalaciones de desaladoras de evaporación en Canarias y Ceuta han sido desguazadas, sustituidas y ampliadas con nuevas instalaciones de Ósmosis Inversa, no pudiéndose realizar la misma operación el Las Palmas I por tratarse de una planta dual que precisaba contar con evaporadores.