Optimización energética en plantas desaladoras

Es bien sabido que desde la aparición de la desalación con fines de abastecimiento urbano a mediados del siglo XX en los países del Golfo Pérsico, es un proceso en el cual el componente energético es trascendental. Por ello, desde las primeras técnicas básicas basadas puramente en la evaporación,  se ha intentado progresivamente disminuir ese componente energético a través de modificaciones en el proceso e incorporando nuevos dispositivos que permiten la recuperación de la energía. En esta entrada del blog, se intentará dar una visión general de estos sistemas que permiten la optimización energética de las instalaciones desalinizadoras.

Actualmente, la tecnología de membranas ha desplazado por completo a la desalación por evaporación (tanto MSF como MED). Estas tecnologías, aunque eran muy versátiles y robustas, consumían alrededor de 10 a 20 kWh/m3. Además, no nos olvidemos que utilizaban carbón y fuel para producir el vapor de agua, por lo que ambientalmente eran de todo menos respetuosas.  En el siguiente gráfico se puede observar la evolución de ambas tecnologías, térmica y membranas:

Fuente:http://www.zaragoza.es/contenidos/medioambiente/cajaAzul/19S5-P1-Jorge_Salas-PPTACC.pdf

Por ello, esta entrada se centrará en la ósmosis inversa y cómo se han introducido diferentes modificaciones que han logrado un proceso mucho más eficiente energéticamente hablando. La OI consiste básicamente en hacer pasar el agua salada por una membrana semipermeable a una presión superior a la presión osmótica, consiguiendo que a través de la membrana permee agua de baja salinidad. La OI típica requiere unos consumos de entre 3-8 kWh/m3. Por tanto, será necesario elevar el agua a alta presión, y la misión principal de los sistemas de recuperación energética será no desperdiciar ese presión, y aprovecharla bien para transmitirla al agua de entrada al proceso, o bien para accionar algún mecanismo electromecánico.

Principalmente, existen dos tipos de sistemas de recuperación de energía: las turbinas y los intercambiadores de presión.

Turbinas Pelton

La turbina Pelton transforma la presión del rechazo en energía cinética. El líquido a presión golpea una rueda con alabes que se acopla al motor de la bomba de alta presión. El siguiente esquema muestra el funcionamiento y disposición del sistema.

Fuente: Aitor Díaz

El consumo específico con la utilización de estas turbinas se reduce hasta 3.5-4 kWh/m3 aproximadamente. Sin embargo, la aparición de los intercambiadores de presión en las últimas décadas ha relegado a esta forma de recuperación de energía a un segundo plano.

Intercambiadores de presión

Son dispositivos que transfieren directamente la alta presión de la salmuera de rechazo al agua de mar sin convertirla previamente en energía mecánica de rotación. Según su funcionamiento, se pueden distinguir dos tipos:

Intercambiadores de Presión de Rotación: De este tipo, destacan los ERI (denominación derivada de la empresa americana que los fabrica, Energy-Recovery Inc.). Según el fabricante, recupera hasta el 98% de la energía durante el proceso. Para conseguirlo, utiliza el principio de desplazamiento positivo y cámaras isobáricas.

Sistema ERI acoplado a OI. Fuente:www.energyrecovery.com

Lo logra al transferir la energía a partir de una alta presión de flujo de residuos a una baja presión de flujo de entrada de alimentación. En el siguiente vídeo corporativo de la compañía, se explica muy bien el funcionamiento de este dispostivo.

Imagen de previsualización de YouTube

La vista a la IDAM de Torrevieja la semana pasada, me permitió realizar una serie de fotografías de los sistemas ERI que tienen instalados en dicha planta.

Bastidor de ERI

Intercambiadores de Presión Fijos por Desplazamiento: De este tipo, destacan sobre todo los DWEER, de la empresa DESALCO y distribuido por CALDER. El intercambiador utiliza dos tubos horizontales con un disco separador entre la salmuera y el agua de mar. Este pistón es que pasa la presión de un extremo al otro y dispone un sistema de válvulas correderas  patentadas. Al igual que en el caso del ERI, el video corporativo es el que mejor explica este dispositivo.

Imagen de previsualización de YouTube

Además existen otras marcas que trabajan con intercambiadores de presión fijos por desplazamiento, como son KSB, AQUALYNG o RO KINETICS.

______________________________________________________________________

Los dispositivos de intercambio de presión han conseguido bajar significativamente el consumo en las plantas desaladoras, hasta llegar a consumos de incluso menos de 3 kWh/m3 .

En los últimos años, se ha seguido investigando e invirtiendo fuertemente en los sistemas de recuperación de energía en desalación. Si se observa el panorama mundial, actualmente el 1% de la población mundial ya obtiene su abastecimiento de recursos que provienen de desalación, y se espera que la cifra aumente significativamente durante este siglo y con el desarrollo de los países emergentes y posteriormente África.

Como conclusión, podemos señalar que la desalación es un campo donde en las últimas décadas han obtenido grandes avances en la  reducción de los consumos energéticos.  Aunque existe la limitación teórica de aproximadamente 1 kWh/m3 , el objetivo es alcanzar los 2 kWh/m3 para el agua de mar.

Publicado en MAGUA | Etiquetado | Deja un comentario

¿Es la recarga artificial de acuíferos una opción para la gestión de los recursos hídricos en el futuro?

Vivimos en un país cuyas características hidrológicas no son suficientemente uniformes como para garantizar un suministro fiable. Estudios hablan de que únicamente el 8% de los recursos naturales de España son susceptibles de atender una demanda con suficiente garantía de suministro.  Además, aunque actualmente sólo un 5% por ciento de la población se dedica a la agricultura, sigue siendo un país con fuerte tradición agrícola, lo que produce que las demandas de agua sean muy irregulares a lo largo del año. Esta situación, sobre todo en momentos de escasez,  podría llegar a dar situaciones insostenibles y no poder garantizar toda la demanda necesaria.

En este contexto, el cual puede ser extrapolado a otras muchas otras regiones en el mundo, aparece el concepto de la recarga artificial de acuíferos. Esta técnica consiste en, según la definición que refleja la Unesco,  el “Aumento de la alimentación natural de agua subterránea a los acuíferos o embalses de agua subterránea suministrando agua a través de pozos, inundando o cambiando las condiciones naturales”.

Existen otras definiciones más técnicas, como la de Bouwer (2002), el cual explica que “La recarga artificial de acuíferos consiste en disponer agua superficial en balsas,  surcos, zanjas o cualquier otro tipo de dispositivo, desde donde se infiltra y alcanza el  acuífero”. La siguiente imagen ejemplifica muy bien la definición anterior.

Balsa de recarga. Fuente: http://www.waterencyclopedia.com/

Balsa de recarga. Fuente: http://www.waterencyclopedia.com/

En siguiente vídeo muestra de forma gráfica y muy sencilla en lo que consiste la recarga artificial.

Imagen de previsualización de YouTube

En los últimos años a nivel internacional, la recarga artificial de acuíferos se está considerando una estrategia con un gran potencial para aumentar la seguridad de abastecimiento, sobre todo en zonas con escasez de recursos hídricos. Por otra parte, en muchas de estas zonas con escasez, durante muchos años se han explotado los acuíferos prácticamente sin control, lo que ha llevado consigo una sobreexplotación de los mismos que es necesario combatir.

Instalación de recarga artificial construida en el aluvial del río Guadalquivir. Fuente: www.terralia.com

Por tanto, explicado lo anterior, van a existir tres escenarios básicos de acuíferos en los que sea interesante llevar a cabo una recarga artificial. Primeramente, aquellos acuíferos sobreexplotados a lo largo del  tiempo  que se encuentren en condiciones de agotamiento, que deben de ser realimentados.  Por otro lado, acuíferos cuya calidad de sus aguas se han degradado progresivamente. Y por último, acuíferos que se vean afectados por una gran variabilidad estacional.

Dicho esto, parece que la recarga de acuíferos podría ser una opción muy a tener en cuenta en el futuro, pero también es conveniente decir que lleva consigo unos riesgos asociados. El principal problema que presenta la recarga artificial es la colmatación de los acuíferos. Además, al realizar la recarga artificial, se está modificando de alguna manera el sistema de recarga natural del embalse, por lo que el ciclo de las aguas subterráneas también se podría ver afectado.

Por último, y para concluir, existe un gran escepticismo en la comunidad técnica acerca de este proceso. Desafortunadamente, todavía no sabemos a día de hoy cómo funcionan los sistema de recarga con mucha precisión, por lo que este hecho dificulta mucho las cosas a la hora de cuantificarlas y dar una conclusión objetiva. Lo que está claro es que si queremos que la recarga artificial a día de mañana sea un factor importante en la gestión de los recursos hídricos, será necesario planificar bien cada caso, y formen parte de estrategias más amplias de gestión de los recursos hídricos a nivel cuenca.

Publicado en Evaluación Recursos Hídricos, MAGUA | Etiquetado | Deja un comentario