FORO ESTATAL DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DESARROLLO TECNOLÓGICO 1.- NOMBRE DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN O DESARROLLO TECNOLÓGICO

Transcripción

1 FORO ESTATAL DE INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA Y DESARROLLO TECNOLÓGICO EL SISTEMA HIDROLÓGICO DE QUINTANA ROO FICHA TÉCNICA PARA PRESENTAR TRABAJOS 1.- NOMBRE DEL PROYECTO DE INVESTIGACIÓN O DESARROLLO TECNOLÓGICO PROYECTO PARA LA DESALINIZACIÓN DE AGUA DE MAR, POR ÓSMOSIS INVERSA DE TIPO CENTRÍFUGA, CON GENERACIÓN DE VÓRTICES DE DEAN. 2.- OBJETIVO Y DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO OBJETIVO GENERAL.- Investigar y desarrollar innovaciones, que permitan hacer más eficientes los procesos de desalinización de agua de mar; tanto en menores costos como en menores consumos de energía. OBJETIVOS ESPECÍFICOS.- -Mejorar el conjunto tecnológico en cuanto a diseño menor inversión -Mejorar la factibilidad de operación del sistema y su seguridad. -Desarrollar una propuesta de geometría de membrana, que permita la autolimpieza de las mismas. -Hacer un diseño del prototipo centrífugo, de ósmosis inversa, para la desalinización de agua de mar. DESCRIPCIÓN DEL PROYECTO.- Desarrollar un filtro de ósmosis inversa centrífuga, utilizando una propuesta de membranas con una geometría adecuada, para su autolimpieza, para la desalinización de agua de mar. Se hace una búsqueda de los principales procesos para desalinización, que se utilizan actualmente, aplicando herramientas como la Inteligencia Competitiva y Vigilancia Tecnológica, para evaluar los procesos y encontrar brechas tecnológicas, en donde se puedan hacer innovaciones para hacer más eficiente el proceso. Se establecen hipótesis y se aplican metodologías de generación de ideas a partir del estado de la técnica que presenta mejores parámetros tecnológicos y encontrar innovaciones. Se aplicó la Simulación Fluent-Ansys, por Dinámica de Fluidos Computacional, para llevar al cabo las propuestas con parámetros tecnológicos y comprobar los resultados. La simulación se basa con información de entrada basada en la realidad de los procesos en uso, condiciones de las diferentes salinidades de los océanos y fuentes de agua marina, para calcular las presiones osmóticas que permitan establecer las necesidades de aplicar presiones mayores que garanticen la ósmosis inversa.

2 Se hizo una investigación exhaustiva de los procesos actuales y de las membranas comerciales que se están utilizando, para evaluarlas y encontrar nuevas configuraciones y materiales, que permitan una mayor vida útil de las mismas. Se hacen pretratamientos del agua y postratamientos, para garantizar la calidad que a través de las Normas ISO, propone la OMS. Cabe señalar que la Simulación Fluent-Ansys, está probada en varios países, para múltiples usos para diseños, por ejemplo, en Toulouse, la fábrica de aviones Airbus, aplica esta simulación para el cálculo de los tamaños, ángulos, de los álabes de las turbinas en otros. El Manual del Usuario de Fluent-Ansys, acepta como máximo un 1% de error en la simulación; en este trabajo se obtuvo el 0.2% de error; 5 veces menor que el máximo permitido; lo cual incrementa la probabilidad de utilizar los resultados obtenidos, para la fabricación del prototipo. Se elaboró una propuesta del filtro y sus accesorios, así como un estudio económico de la planta procesadora que se propone. Se contrastaron los resultados con las hipótesis, resultando que todas se cumplieron. Al final se presentan las conclusiones de la investigación. 3.- NOMBRE DEL EXPOSITOR Lechuga Andrade, Jorge Antonio, Rodríguez Salvador, Marisela y Lloveras Maciá, Joaquim. 4.- DIRECTOR O RESPONSABLE DEL PROYECTO Dr. Jorge Antonio De La Cruz Lechuga Andrade 5.- FUENTE DE FINANCIAMIENTO, MONTO OTORGADO Y TIEMPO DE EJECUCIÓN. El trabajo fue financiado por la Universidad Autónoma de Yucatán, por un Monto de $700, pesos mexicanos.(tesis Doctoral). El tiempo de ejecución fue de: 3 años. 6,- INSTITUCIÓN U ORGANISMO A LA QUE PERTENECE EL PONENTE Universidad Autónoma de Yucatán. 7.- VINCULACIÓN INSTITUCIONAL La UADY, tiene vinculación con varios organismos académicos, empresariales, etc; pero para este trabajo, se desarrolló con la Universidad Politécnica de Cataluña, en Barcelona y con el Instituto Nacional Politécnico de Toulouse, Francia. Siendo la UADY la que más aportó recursos. 8.- ÁMBITO GEOGRÁFICO DE LA INVESTIGACIÓN De acuerdo con las definiciones de CONAGUA, el trabajo es para la Cuenca, por ser desalinización, se orienta a las zonas costeras de la cuenca, pero también puede tener una expansión ilimitada, en los lugares localizados en litorales y que tienen serios problemas de agua para beber. 9.- BREVE DESCRIPCIÓN DE LA PROBLEMÁTICA QUE ORIGINÓ LA REALIZACIÓN DEL ESTUDIO. Los orígenes del trabajo, se sustentan con base a la escasez de agua dulce, que obedece a causas como los fenómenos naturales del clima (sequías) o por contaminación de los cuerpos de agua (ríos,

3 lagos, subterránea, etc.) y se orienta a buscar alternativas tecnológicas para la producción y asegurar el abastecimiento de agua potable, propone una alternativa de solución: la desalinización del agua. Pero con la conciencia de que ofrezcan ventajas tecnológicas comparadas con los procesos actuales de desalinización. El agua total de la tierra se compone de la siguiente manera: Agua Dulce, 2.5% y Agua salada 97.5%. El Agua Dulce se compone de: 68.7% de glasiares, 30% de Agua Subterránea, 0,8% de permafrost y 0.4% de Agua Superficial y Atmosférica. A su vez, el Agua Superficial y Atmosférica, la componen: 67% de lagos de agua dulce, 25% Ríos, Humedad de la tierra 12%, Atmósfera, 9%, Humedales, 9%, Biota, 1%. (United Nations Environment Programme, UNEP). El consumo de agua se divide así: 69% agricultura, 21% para uso industrial y el 10% para uso doméstico. De acuerdo con la Global Water Intelligence, GWI en junio de 2009, existían cerca de 14,000 plantas desaladoras en el mundo con una producción aproximada de 63Hm 3 /día; y también la GWI, calcula una tasa de crecimiento anual del 17% desde 1990, de plantas desalinizadoras (en todos los procesos), siendo el de ósmosis inversa, el que ocupa el 1er lugar, con el 59% de producción. Por lo anterior, seguiremos trabajando en esta área del conocimiento. Existe una creciente demanda acelerada de agua dulce, pero también hay una severa contaminación de las fuentes tradicionales de abastecimiento de agua, existen tecnologías para potabilizar agua, pero muchas de ellas tienen altos costos, elevados consumos de energía. Esto nos motiva en buscar alternativas tecnológicas, que resuelvan esta situación. El agua en su uso, se carga de sustancias que le confieren elementos perjudiciales para la salud de los organismos superiores, de modo que deberá de ser descontaminada y al ser devuelta a los cauces receptores, su impacto produzca la mínima perturbación posible para los seres vivos. En 2005, la ONU en su informe relativo a los objetivos del desarrollo del milenio, declara en el objetivo 7: Garantizar la sostenibilidad del medio ambiente y en una de las metas de este objetivo, declara que se espera reducir a la mitad para el año 2015, el porcentaje de personas sin acceso al agua potable y al saneamiento básico. En 2006, en el IV Foro Mundial del Agua, celebrado en México, la OMS declaró que 2.2 millones de personas, fallecen o se enferman por tomar aguas contaminadas (al año). En marzo de 2009, en el V Foro Mundial del Agua, celebrado en Estambul, Turquía, la ONU declaró que en la actualidad, la población mundial es aproximadamente de 6,500 millones de personas, y podría alcanzar la cifra de 9,000 millones a mediados de este siglo. A este ritmo de crecimiento, la demanda de agua aumentará en 64,000 millones de m 3 al año y se prevé un faltante sumamente importante para el año DESCRIBIR LA IMPORTANCIA DEL PROYECTO Con el crecimiento poblacional, el incremento de la demanda industrial y sectores productivos, y la contaminación, los recursos naturales se ven cada día más afectados, y por ende, el agua requerida para las necesidades humanas y de los seres vivos, se convierte en un problema básico y vital, hay que buscar soluciones que abastezcan estas necesidades, a través de la investigación de tecnologías que propongan soluciones integrales, es decir, proveer de agua; así como, mitigar los impactos ambientales. Estas, deben orientarse para el aprovechamiento de los recursos hídricos disponibles, con el objetivo de obtener el producto. Aunque esto ha sido mencionado, es necesario enfatizar, para continuar en la búsqueda relevante de información inteligente. La preocupación mundial por el abastecimiento de agua, es inobjetable; durante la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático en 2005, celebrada en Montreal, en el Informe sobre el desarrollo de los recursos hídricos en el mundo; entre las conclusiones más importantes se pueden resumir en el hecho de mejorar la calidad y suministro de agua potable, hacer más eficientes los procesos para su obtención y la evaluación del estado de los recursos hídricos y de los ecosistemas, implicados.

4 La Península de Yucatán, tienen 1, Km de litorales, lo que representa un 14.92% de la república mexicana, (INEGI). Indudablemente es una cifra significativa, para los asentamientos humanos que habitan en los litorales, la actividad turística, factor económico relevante para la Península. Las necesidades de agua, son cada día mayores por lo que desalar agua a bajos costos, mínimo consumo de energía y calidad, presenta una alternativa atractiva para los inversionistas, que conocen la potencialidad de la actividad económica de este rincón de México, en cuanto a su crecimiento en turismo, actividades pesqueras, zonas petroleras, etc. Otras de las ventajas de este proceso que se propone es, que se pueden construir plantas de diferentes capacidades, para hoteles, casas, fraccionamientos, barcos turísticos o pesqueros que pueden tener una planta para desalar y abastecer las necesidades. La propuesta de desalar agua de mar por ósmosis inversa, de acuerdo con Fleming, consultor reconocido de la American Water Works Association (AWWA), está en crecimiento, tanto por la construcción de nuevas plantas como por los reemplazos que algunos países están haciendo, al cambiar sus antiguos procesos por el de ósmosis inversa convencional. En el poblado de San Francisco de Campeche, Campeche, Nuevo Campechito, es una localidad de Ciudad del Carmen que colinda con Tabasco, han manifestado sus necesidades de agua potable, en mayo de 2000, se instaló una planta desalinizadora, ( La Desaladora ) le llaman en la comunidad en convenio con Petróleos Mexicanos y el Ayuntamiento de Carmen. Tenía una capacidad de abastecimiento de 35 litros de agua por segundo, y un costo aproximadamente de $ 35 millones, pero nunca funcionó, según declaraciones de algunos pobladores de la comunidad. La Desaladora es ahora un elefante blanco, los habitantes de Nuevo Campechito, dependen de las pipas que el gobierno de Tabasco les vende y sin ellas, no tendrían agua para subsistir IMPACTO QUE HA TENIDO O QUE PUEDE TENER EN EL ESTADO. En este caso sería, el impacto potencial, para la Península, como mencionamos en el rubro anterior; con base a lo establecido en la Ficha Técnica, quisiera hacer una referencia; el Dr. Pedro Arrojo, profesor investigador de la Universidad de Zaragoza, España, es considerado un experto en sistemas para el agua, y ha hecho muchos trabajos en publicaciones y en obras civiles de plantas desalinizadoras, en varias comunidades de España, en el litoral del mar Mediterráneo; hace unos dos o tres años se construyó un fraccionamiento en Murcia, para 15,000 habitantes, y el problema era: el agua, y los costos, el propuso la instalación de una planta desalinizadora de ósmosis inversa convencional, con bajos costos y tecnologías de estados Unidos (en membranas) y de Dinamarca (recuperador de energía), la Planta está en funciones, el fraccionamiento en vez de 15,000 ya cuenta con 25,000 habitantes. - En cuanto al impacto en el estado o los estados que conforman la Península de Yucatán, podemos señalar: - Garantizar el abastecimiento de agua potable en la zona, - Montos de inversión bajos, - Costos de operación menores que el de los otros procesos, - Recuperación de energía a través de la hidrodinámica del sistema, - Atractividad para los inversionistas de la región, - Calidad del agua, ya que se haría un postratamiento, para dotar de sales el agua, antes de su distribución, que cumpla con las Normas ISO, de acuerdo con las disposiciones de la OMS, en cuanto a la calidad del agua potable, - Derrama económica para la zona, con la instalación de plantas, se incrementan las inversiones, empleos, - Debido a los bajos costos, muchas personas no pueden comprar agua embotellada, pero con este sistema, lo puede ser accesible, - La región está siempre amenazada por fenómenos naturales, sequías, huracanes, y la primera necesidad es: abastecimiento de agua, se pueden transladar filtros centrífugos en las zonas de afectación, - Impacto en el Concepto: Agua-Vida y Agua-Social, para grupos menos favorecidos,

5 - Ya existen interesados en el proyecto. Los ahorros en costos son del orden del 25% menores y en consumo de energía 40% menores que los actuales, considerados como eficientes, de acuerdo al estado de la técnica. La Generación de Políticas Públicas en materia de innovación, desarrollo tecnológico, creo que deben de considerarse algunos aspectos que pudieran mejorarlas en forma y tiempo. Los vertiginosos cambios tecnológicos, son muy rápidos, en gestión de Tecnología, existe un rol en las empresas que se llama: El Gate Keeper o Actualizador, que está monitoreando el entorno externo de una organización, para hacer los cambios en tiempo y forma. Las Comisiones en el Congreso, en especial la que corresponde a estos temas, tecnología, medio ambiente, agua, la generación de políticas es más lenta que los cambios tecnológicos del entorno mundial, por lo que sería conveniente y estratégico, integrar un Grupo de representantes de sectores que trabajen paralelo a las Comisiones, sumando esfuerzos, y que este Grupo, sea el Actualizador que dote de información actualizada a las Comisiones, y éstas puedan generar y poner a su aprobación Políticas Públicas de acuerdo al tema que convenga, de este modo, se pueden tener Políticas al día, y sería de beneficio para inversionistas, y sociedad en general ETAPA EN QUE SE ENCUENTRA EL PROYECTO El Proyecto se hizo a través de la Simulación por Dinámica de Fluidos Computacional (Fluent- Ansys), con resultados excelente, ya se ha mencionado el margen de error del 0.2%, el cual es aceptado por el manual del usuario Fluent-Ansys, en donde se obtuvieron los resultados para hacer o fabricar el filtro y probar su valor. Lo que sigue es la fabricación de un filtro Piloto, con los datos obtenidos de la simulación. 13. RECOMENDACIONES DE ESTUDIOS QUE SE DEBEN CONTINUAR Efectivamente, del estudio se derivan otras líneas importantes que se deben investigar: - Investigar otras tecnologías para obtener agua potable, con más eficiencia, por ejemplo los lechos compactados. - Fortalecer investigaciones en la medida que sea posible, en la búsqueda sistemática, para el uso de energías alternas, aprovechando los recursos naturales, y que produzcan la cantidad suficiente para hacer funcionar las plantas desalinizadoras. - Continuar los avances en investigación de la energía nuclear, en Fusión, y no por Fisión. - En los procesos para la desalinización de agua marina, se puede investigar la utilización de catalizadores que los pudieran hacer más eficientes. - El agua de rechazo de las membranas, puede utilizarse antes de devolverlo al mar. Durante las tres últimas décadas, han sido examinadas una variedad de reacciones químicas, algunas son de reformado, de gasificación (hidrocarburos y biomasa), y otras son de disociación (sales y de óxidos metálicos), y hasta ahora, no hay barrera técnica alguna, que impida que puedan ser activadas; por ejemplo, con concentradores solares. La mayoría de estos sistemas se usan como un ciclo cerrado, aprovechando la reversibilidad de las reacciones. El agua de mar de rechazo de las membranas, contiene entre otras substancias, el compuesto (MgSO 4 MgCl 2 ), que en su descomposición, se obtiene MgSo 4 más energía termoquímica, del MgSO 4 se obtiene MgO Óxido de magnesio, que tiene mucha demanda mundial.(peraza, C). - La energía termoquímica obtenida, se puede utilizar como alterna para accionar equipos, como el de ósmosis por ejemplo, haciendo más eficiente el proceso.

6 14,- CURRICULUM EJECUTIVO DEL INVESTIGADOR CURRICULUM VITAE Dr. Jorge Antonio De La Cruz Lechuga Andrade Nacido en Mérida, 65 años, Ingeniero Químico, Maestría en Administración, y en Procesos de Innovación Tecnológica, Especialización en Gestión de Tecnología y Diplomado en Mercadotecnia, en Procesos de Mejora Continua y en Consultoría de Empresas. Doctor en Proyectos de Innovación Tecnológica en la Ingeniería de Producto y Proceso, en la Universidad Politécnica de Cataluña, España y en el Instituto Nacional Politécnico de Toulouse, Francia (Doctorado compartido). Estancias académicas durante el doctorado en: Islas Canarias (2 meses), para trabajar en desalinizadoras y en Arabia saudita (1mes), para trabajar en desalinización por varios procesos. Publicaciones en Journals y Revistas Arbitradas, participación en Congresos Internacionales como Expositor, incluyendo el IV Foro Mundial del Agua, en México, 2006 y en el V Foro Mundial del Agua en Estambul, Turquía, como Expositor y Moderador de Mesa Panel. Catedrático en las Facultades de Ingeniería Química y De Contaduría y Administración, de la Universidad Autónoma de Yucatán, así como en el Instituto Tecnológico y De Estudios Superiores de Monterrey, en la Cátedra de Innovación, Calidad y Manufactura. Director de la Facultad de Ingeniería Química de la UADY, de 1995 a Director de la Unidad de Gestión de Servicios Tecnológicos de la UADY, de 2003 a Patente del Trabajo de Simulación para desalinización DATOS PARA CONTACTO Facultad de Ingeniería Química de la UADY Campus de las Ciencias Exactas e Ingenierías Tel: jorge.lechuga@uady.mx