Plantas desalinizadoras

Nueva opción con energía solar y eólicas, para el abastecimiento hídrico de las zonas más afectadas por los fenómenos naturales

Por: Gehannis Ruiz

Planta desalinizadora

La desalinización es un proceso mediante el cual se elimina la sal del agua de mar o salobre. Las plantas desalinizadoras (también conocidas como desaladoras.) Son instalaciones industriales destinadas a la desalinización, generalmente del agua de mar o de lagos salados para obtener agua potable.

El agua del mar tiene sales minerales disueltas. Debido a la presencia de estas sales, el agua del mar es salobre y no es potable para el ser humano y su ingestión en grandes cantidades puede llegar a provocar la muerte. El 97,5 % del agua que existe en nuestro planeta es salada y sólo una cantidad inferior al 1 % es apta para el consumo humano. Conseguir potabilizar el agua del mar es una de las posibles soluciones a la escasez de agua potable. Mediante la desalinización del agua del mar se obtiene agua dulce apta para el abastecimiento y el regadío.

 Las plantas desalinizadoras de agua de mar han producido agua potable desde hace muchos años, pero el proceso era muy costoso y hasta hace relativamente poco sólo se han utilizado en condiciones extremas. Actualmente existe una producción de más de 24 millones de metros cúbicos diarios de agua desalinizada en todo el mundo, lo que supone el abastecimiento de más de 100 millones de personas. La primera planta desalinizadora en España se ubicó en Lanzarote en 1965 y actualmente existen más de 900 en todo el país.

Las plantas desalinizadoras también presentan inconvenientes. En el proceso de extracción de la sal se producen residuos salinos y sustancias contaminantes que pueden perjudicar a la flora y la fauna. Además, suponen un gasto elevado de consumo eléctrico. Con el fin de evitarlo, actualmente se están realizando estudios para construir plantas desalinizadoras más competitivas, menos contaminantes y que utilicen fuentes de energía renovables.

Procedimientos de desalinización

La desalinización puede realizarse por medio de diversos procedimientos, entre los que se pueden citar:

·         Ósmosis inversa

·         Destilación

·         Congelación

·         Evaporación relámpago

·         Formación de hidratos

Desalinización por destilación

La desalinización por destilación se realiza mediante varias etapas, en cada una de las cuales una parte del agua salada se evapora y se condensa en agua dulce. La presión y la temperatura van descendiendo en cada etapa lográndose concentración de la salmuera resultante. El calor obtenido de la condensación sirve para calentar de nuevo el agua que hay que destilar. En esta tecnología se basa el SeawaterGreenhouse, un invernadero para zonas costeras áridas que usa agua salada para el riego.

Desalinización por congelación´

Para la desalinización por congelación, se pulveriza agua de mar en una cámara refrigerada y a baja presión, con lo que se forman unos cristales de hielo sobre la salmuera. Estos cristales se separan y se lavan con agua normal. Y así se obtiene el agua dulce.

Desalinización mediante evaporación relámpago

En el proceso de desalinización por evaporación relámpago, en inglés Flash Evaporation, el agua es introducida en forma de gotas finas en una cámara a presión baja, por debajo de la presión de saturación. Parte de estas gotas de agua se convierten inmediatamente en vapor, que son posteriormente condensadas, obteniendo agua desalinizada. El agua residual se introduce en otra cámara a presiones más bajas que la primera y mediante el mismo proceso de calentamiento, pulverización y evaporación relámpago se obtiene más agua desalinizada. Este proceso se repetirá, hasta que se alcancen los valores de desalinización deseados. Estas plantas pueden contar más de 24 etapas de desalinización relámpago. A este proceso se le conoce como MSF (evaporación multietapa).

Calidad del agua producida

El agua osmotizada o el permeado de los módulos de ósmosis inversa debe ser acondicionada para cumplir con ciertas características de alta calidad, ya que, el agua producida tiene un pH ácido y un bajo contenido de carbonatos, lo que la convierte en un producto altamente corrosivo. Esto exige su preparación antes de su distribución y consumo. El pH se ajusta con carbonato de calcio a un valor de 7,7. Adicionalmente, si así lo requieren las normas municipales para uso del agua potable, se agrega también fluoruro de sodio e hipoclorito.

Energía eléctrica

Los requerimientos energéticos de la desalinización varían en función de la tecnología empleada, aunque hay una tendencia hacia su reducción, gracias a los avances tecnológicos.

Empleando sistemas de ósmosis inversa y contando que el líquido producto debe ser bombeado a los lugares de destino, el gasto energético es de entre 3 y 4 kWh/m³.4 Se prevé que, con una mejora de la tecnología, pueda obtenerse agua desalinizada con un gasto energético de unos 2,9 kWh/m³ hacia el año 2014

Con el fin de respaldar esta investigación, se le ha realizado una entrevista al Hotel Irotama una de las primeras empresas que adquirió una maquina desanilizadora.

Nicolás Molinero, supervisor de mantenimiento, quien lleva más de 35 años de elaborar en esta empresa, fue la persona encargada de orientarnos el mantenimiento de la máquina desalinizadora.

Nicolás Molinero:

La máquina que teníamos de desalinización era de procedimiento de osmosis inversa, el proceso que se tenía era la captación del agua del mar. Se requerirán 300 metros. de los cuales solo se obtenían 100 metros de agua, que se refiere a un 30% de captación, entonces se produce una tercera parte de agua potable y las otras dos terceras partes eran salmueras.

La misma máquina hacía su limpieza,  o sea, limpiaba las membranas, y pues a estas había que cambiarlas cada cierto tiempo, puesto que ellas se tapaban, se torcían o se infectaban, también se le hacía un proceso para la conservación de membradas para  cuando la máquina de se detenía, pues se le aplicaba  hipoclorito de sodio para así conservarlas. Ahora bien, el agua que entraba a la máquina había  que hacerle un pre filtrado porque el agua tiene que ser muy cristalina, no puede tener residuos sin suspensión digamos arena, arenisca, porque eso daña las membranas.

El agua  era 100% potable, o sea, apta para el consumo humano, quizás salía con un PH bajo, como en 6.9 pero es una agua completamente potable. Básicamente esta máquina duró con nosotros más de siete años, el único inconveniente es que la persona que tenía conocimiento en cuanto a la operación de esta máquina vivía fuera del país y cómo salía muy costoso traerlo, otros funcionarios de la empresa la comenzaron a operar y como no se hizo buen uso de esta, pues la máquina lastimosamente se dañó.

Teniendo en cuenta la información que hemos obtenido del señor Nicolás Mora, podemos divisar que la ósmosis inversa es la tecnología más avanzada, eficiente y respetuosa del medio ambiente para desalinizar el agua, aunque su nivel de consumo energético sigue siendo considerable, ya que para producir sólo mil litros de agua potable se necesitan entre 3000 y 4000 watts de electricidad por hora. Esta tecnología hace pasar el agua a través de una serie de membranas, aplicando medios de presión mecánica que contrarrestan a la presión osmótica natural, de manera tal que el agua se transfiere desde la zona con mayor concentración de sales a la de menor concentración, purificándose durante el proceso.

Una planta desalizinadora efectúa el tratamiento del agua de mar en cinco etapas básicas:

 

Eólica

1: La primera fase de la desalinización es la de recolección y pretratamiento. Tubos colectores de varios cientos de metros de longitud, ubicados en el fondo del mar, captan el agua salada y la transportan hasta la zona de pretratamiento, en donde se separan los sólidos en suspensión y se le agrega hipoclorito de sodio para eliminar las bacterias y demás microorganismos presentes en el agua.

2: Luego se efectúa la etapa de filtrado a través de filtros de arena y coagulantes como el cloruro férrico, que tamizan las partículas más pequeñas que permanecen disueltas en el agua.

3: A continuación se separan las partículas más pequeñas todavía, mediante la etapa de microfiltración, en donde se utilizan filtros especiales de cartucho que contienen carbón activado y otros productos, capaces de retener las microimpurezas restantes.

4: La etapa más importante es la del paso del agua a través de los bastidores de ósmosis inversa. Ubicados en el corazón de las plantas desalinizadoras, estos bastidores se encargan de convertir el agua salada en agua dulce. En la Naturaleza, el proceso de ósmosis, que se produce en todas las células de los seres vivos, permite que entre dos soluciones de diferente concentración salina separadas por una membrana, el líquido se mueva desde la solución más fluida hacia la más salina. En las plantas desalinizadoras, el traspaso se produce al revés: aplicando presión mecánica sobre el contenedor de la solución más concentrada, el agua se mueve hacia la dirección contraria, separándose de la sal durante el proceso. Una bomba a presión hace pasar el agua salada a través de un tubo con siete membranas semipermeables en su interior, que sólo permiten la salida de las moléculas de agua, reteniendo las sales en un soporte poroso.

5: Finalmente, se pasa a la etapa de postratamiento y depósito, en donde el agua es remineralizada mediante el agregado de cal y dióxido de carbono, de manera que resulte apta para el consumo humano. El agua tratada se almacena en tanques especiales, lista para su distribución. La salmuera sobrante es retirada de los tubos de los bastidores y devuelta al mar.

A partir de la puesta en marcha de las primeras plantas desalinizadoras en el sur de España, algunos grupos ecologistas manifestaron su preocupación por el tratamiento de la salmuera y otros desechos recolectados durante la desalinización. Argumentaron que los vertidos al mar de estos desechos afectaban a las poblaciones de algas. Para evitar los efectos negativos del vertido de salmuera en el mar, actualmente las sales se arrojan convenientemente diluidas y de manera muy dispersa, lo que evita una elevada concentración que pudiese perjudicar a la vida marina.

El principal problema de las plantas desalinizadoras sigue siendo su elevadísimo costo operativo. De hecho, la desalinización sólo resulta rentable a distancias a menos de 150 kilómetros de la costa y en una cota inferior a los 200 metros, lo que reduce notablemente las posibilidades de aplicación de esta técnica.

En la Universidad de California se está experimentando con membranas de ósmosis inversa basada en nanotecnología, que podrían reducir los costos de funcionamiento hasta en un 25%. Mientras tanto, pese a los avances conseguidos en los últimos años, extraer la sal del agua mar es un lujo que sólo está al alcance de un puñado de naciones.

la actual realidad deficitaria en torno al recurso hídrico, especialmente de agua dulce, en sus múltiples usos, ha empujado a investigar y desarrollar nuevas tecnologías que permitan su reutilización o de plano, considerar el proceso de desalinización a escala, como una técnica más eficiente que promueva pasar del nivel experimental al industrial.

El caso de los proyectos a base de energía solar, desarrollados por Fundación Chile, los que están enfocados en la investigación empírica para el desarrollo de plantas desalinizadoras a escala.

Según explica la jefa de proyectos de Energía Solar de Fundación Chile, Carolina Cuevas, las plantas desalinizadoras son muy relevantes porque generan la posibilidad única de transitar entre aplicaciones para la gran minería y pequeños proyectos de alto impacto social. “Esto nos permite llegar con estas soluciones a distintos públicos”.

La ejecutiva añade que, la tecnología de plantas de tratamiento de agua de mar a gran escala está bien desarrollada en el mercado, “hemos optado por impulsar la producción de agua de calidad alternativa para el sector industrial y agrícola, donde existe la posibilidad de emprender nuevas iniciativas que, de igual modo, vienen a solucionar las dificultades que tienen estos sectores en términos de energía y calidad de agua, incorporando las energías renovables”.

Carolina Cuevas, explica que la idea nace desde la comprensión de que el déficit energético e hídrico en el norte de nuestro país es cada año más crítico, siendo ambos recursos imprescindibles para el desarrollo de dicha zona. Manifiesta que, “Sin embargo, nuestra visión fue orientada hacia proyectos demostrativos, que permitan difundir la tecnología y su funcionalidad y, a su vez, familiaricen a las personas tanto con la desalinización como con la energía solar. Es necesario comenzar el aprendizaje de esta forma, para luego avanzar a plantas de mayor tamaño”.

El objetivo está, en probar la combinación de tecnologías para dar solución a algunas problemáticas específicas del sector agrícola e industrial. De esta manera se generan soluciones con técnicas de desalinización que funcionan con energía solar para generar recurso hídrico con la calidad requerida, utilizando un menor consumo energético. “Nuestro objetivo hoy es disminuir la salinidad en aguas del Valle de Lluta, en la Región de Arica y Parinacota, para su utilización en la producción de cultivos que permitan la generación de mayor valor agregado; y, como segunda arista, buscamos tratar aguas de tranques de relave en minería para evaluar usos alternativos”, precisó la especialista de Fundación Chile.

El desarrollo de esta investigación indica que los beneficios son múltiples. Así lo asegura Carolina Cuevas, quien recalcó que la disponibilidad de agua de buena calidad es esencial para la obtención de productos con mayor valor agregado, “es por ello que al disminuir la salinidad y la concentración de elementos como el boro, se propicia el crecimiento de hortalizas y aumenta la gama de cultivos y variedades a explotar.  Además se mejora el rendimiento del producto por hectárea, entre otras cosas”.

Adicionalmente el área de proyectos de Energía Solar de Fundación Chile se encuentra trabajando con Anglo American-Chile en el marco de un proyecto Innova, para probar nuevas técnicas de desalinización de aguas de tranques de relaves que operan con energía solar.

La planta está diseñada para una capacidad de 10 metros cúbicos diarios, aproximadamente las necesidades de consumo de un hotel casi de 75 habitaciones. Su consumo específico es de, 80 kilocalorías por kilogramo destilado. Utiliza en el proceso un sistema denominado multi-flash, de evaporación rápida, que cuenta con 12 fases de recuperación, tiene además una bomba de vacío y un sistema de regulación y control automáticos. El sistema está compuesto en esencia por las cámaras de recuperación de calor, cámara de rechazo de calor y cambiador de salmuera. Cada cámara de recuperación se mantiene a una presión ligeramente inferior a la de saturación correspondiente a la temperatura de la salmuera que entra por la parte inferior de la misma.

En consecuencia, parte de esta salmuera se transforma en vapor a la temperatura de saturación correspondiente a la presión reinante en la cámara, y el resto de esa manera se enfría hasta casi la misma temperatura. El vapor formado asciende a la parte superior de la cámara y se condensa sobre un condensador, por cuyo interior circula la salmuera en fase de calentamiento a una temperatura algo inferior a la del vapor. De esta forma se aprovecha el calor de condensación del vapor para calentar la salmuera. Esta circula por la parte inferior y se introduce en la cámara siguiente, donde la presión es inferior a la temperatura de saturación de la misma; se repite así el fenómeno.

Ahora bien, cuando hablamos de las plantas con energía eólica nos referimos a:

Un desalinizador eólico, es un sistema que potabiliza el agua mediante la técnica de ósmosis inversa, que no necesita específicamente electricidad para trabajar, sino que lo hace aprovechando la acción del aire. Este tipo de sistemas canalizan a través de un molino la energía eólica, de forma que siempre que sople viento, se potabiliza agua.

El funcionamiento de la potabilización por ósmosis inversa a través de energía eólica se puede ver en el esquema. La energía del viento es aprovechada para ejercer presión sobre una columna de agua salada, que al estar en contacto con una lámina semipermeable, sólo permite que pase al depósito de la derecha, agua pura y lista para ser bebida.

Aunque existen también algunas plantas desalinizadoras que aprovechan la energía solar, este tipo de sistemas son más eficientes, pudiendo trabajar las 24 horas del día en zonas de vientos constantes, y en las que hay problemas para obtener energía del sol.

Con los actuales problemas de sequía en España, es posible que esta técnica se convierta en una alternativa a los polémicos trasvases, y a los problemas de la sequía. Ya existen algunas empresas pioneras que aseguran poder generar un hectómetro cúbico de agua al año por cada planta desalinizadora.

Un ejemplo claro donde se va a implementar una de estas plantas es el siguiente:

M Torres Diseños Industriales, empresa navarra, construirá durante este año una innovativa desalinizadora eólica frente a las costas de Murcia. Los costes de desalación de agua mediante este procedimiento pueden reducirse un 30%, produciendo contaminación nula y usando únicamente energía renovable para su alimentación. Este proyecto cofinanciado por la Administración Central es innovador por muchos motivos; uno de ellos es que el movimiento de las aspas no se usa directamente para generar electricidad, sino para aprovecharlo mecánicamente transformándolo directamente en movimiento hidráulico. Los ingenieros de la empresa consideran que esta transformación directa, sin pasar por una etapa de producción de electricidad, es mucho más eficiente, aunque la polivalencia de este ingenio es sorprendente; este movimiento hidráulico podría ser aprovechado para poner en funcionamiento una turbina generadora de electricidad. El adquisidor de la planta decidirá su uso final.

Una de las características de la desalación mediante ósmosis inversa, el procedimiento que se usará en esta desaladora, es que es necesaria una alta presión constante para que se desarrolle el proceso, lo que choca de frente con las características de la energía eólica que, debido al carácter discontinuo de la fuerza del viento, podría resultar problemático; para resolver este tipo de incidencia, la desaladora está estructurada de forma que se pueden registrar varios procesos de ósmosis simultáneos y paralelos, en función de la velocidad del viento.

La planta es aerodinámica y flotante, con lo cual puede ser fácilmente trasladada allí donde la calidad del agua es la más óptima para realizar el proceso, o allí donde la necesidad de desalinización es más urgente. Para conseguir esta gran ventaja, ha sido necesario realizar un complejo estudio de I+D para conseguir integrar el aerogenerador en este tipo de estructura.

La misma Ministra de Medio Ambiente ha calificado este proyecto de 'revolucionario a nivel mundial', debido a su alta eficiencia energética y nula contaminación. De hecho varios países de la cuenca del Mediterráneo se han interesado ya por su implantación. Cada desalinizadora puede producir 2.5 hectómetros cúbicos anuales de agua potable, suficiente para abastecer durante ese tiempo a una ciudad de 30.000 habitantes.