Semana Temática: Nuevas fuentes de agua: Reutilización y desalación

Transcripción

1 Semana Temática: Nuevas fuentes de agua: Reutilización y desalación Eje temático: Reutilización y desalación Aspectos energéticos de la desalación M. Fariñas, Director de Tecnología e I+D+i Ramón Rubial, Erandio (Vizcaya)

2 Coste total del m³ de agua desalinizada Porcentajes de participación

3 Contenido de la ponencia Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía Influencia del pretratamiento Influencia de las membranas Consumo específico total La nueva generación de membranas y el consumo específico de energía Conclusiones

4 Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía Temperatura del agua de mar Grado de complejidad del pretratamiento Conversión de trabajo Eficiencia de los sistemas de bombeo Recuperación de la energía del rechazo Permeabilidad y paso de sales de las membranas Pérdidas y varios Impulsión del agua producida

5 Temperatura del agua de mar En las grandes desalinizadoras la captación del agua de mar suele ser superficial Mar Mediterráneo ºC Golfo Pérsico ºC Estudio sobre la influencia de la temperatura del agua de mar ºC

6 Grado de complejidad del pretratamiento Cuanto mas contaminada esté el agua de mar tanto mas complejo será el pretratamiento Grado de complejidad Convencional Proceso Avanzado A lto Coagulación Floculación Flotación Doble filtración Coagulación Floculación Flotación Micro/Ultrafiltración Medio Bajo Coagulación Floculación Doble filtración Coagulación Floculación Simple filtración Coagulación Floculación Micro/Ultrafiltración Coagulación Floculación Micro/Ultrafiltración Cuanto más complejo sea el pretratamiento, mayor será la presión requerida para atravesar sus distintas etapas y por tanto el consumo específico de energía

7 Conversión de trabajo Cuanto mayor sea la conversión mayor será la presión de entrada a las membranas y menor el caudal del pretratamiento Incremento del consumo en las membranas Aumento de la Conversión Descenso del consumo en el pretratamiento Estudio sobre la influencia de la conversión de trabajo %

8 Eficiencia de los sistemas de bombeo Cuanto mayor sea la eficiencia de los bombeos menor será el consumo de energía y viceversa Para calcular la energía perdida por la ineficiencia del bombeo se resta de la energía total consumida la calculada suponiendo un rendimiento de motores, variadores, bombas etc del 100%

9 Recuperación de la energía del rechazo Esquema de la recuperación de la energía del rechazo mediante intercambiadores de presión

10 Recuperación de la energía del rechazo Recuperación de la energía con intercambiadores de presión

11 Permeabilidad y paso de sales de las membranas Flujos de permeado y de sales p = C C m p = 1 r J a = A ( P π) J s = J a. C p = B(C m C p ) + M. J a C m = B. C + M. J a C m J s BΔC C p = = J a A(ΔP Δπ ) + MC m

12 Permeabilidad y paso de sales de las membranas Apartados en los que se divide la energía consumida en las membranas La consumida en la desalinización Debida a la presión requerida por las membranas Pérdidas de carga Debida a las pérdidas de carga en tuberías, válvulas e interior de las membranas Ineficiencia de los bombeos Debida a la falta de rendimiento de los equipos de bombeo y de recuperación de energía

13 Pérdidas y varios Transformadores, cuadros y cables eléctricos disipan cierta cantidad de energía Los distintos recintos de la desalinizadora hay que iluminarlos por la noche La sala de control suele requerir aire acondicionado etc.

14 Contenido de la ponencia Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía Influencia del pretratamiento Influencia de las membranas Consumo específico total La nueva generación de membranas y el consumo específico de energía Conclusiones

15 Consumo específico de energía en el pretratamiento Un solo paso; conversión 45%; salinidad 39 º/oo; intercambiadores de presión Grado de complejidad Proceso Requerido por el proceso Por la ineficiencia de los bombeos Consumo específico total Alto Medio Bajo Convencional 0,48 0,15 0,63 Avanzado 0,42 0,13 0,55 Convencional 0,41 0,12 0,53 Avanzado 0,35 0,10 0,45 Convencional 0,29 0,07 0,36 Avanzado 0,29 0,08 0,37 A medida que el grado de complejidad del pretratamiento disminuye, no sólo se reduce la energía requerida por el proceso sino también el consumo debido a la ineficiencia de los bombeos

16 Consumo específico de energía en el pretratamiento El consumo específico de energía en el pretratamiento disminuye al aumentar la conversión de trabajo. La diferencia energética entre un pretratamiento convencional y otro avanzado, dentro de un mismo grado de complejidad, se acorta a medida que aumenta la conversión de trabajo.

17 Consumo específico de energía en el pretratamiento.cuando el pretratamiento requerido es sencillo, no tiene ningún sentido instalar un proceso avanzado..en los pretratamientos complejos o de complejidad media, la instalación de un sistema avanzado permite reducir ligeramente el consumo específico de energía.

18 Consumo específico de energía en el pretratamiento La instalación de una flotación supone incrementar el consumo específico de energía en 0,1 kwh/m³. El consumo específico de energía es menor cuanto mas simple sea el pretratamiento. El ahorro de energía puede suponer del orden de 0,27 kwh/m3 con una conversión del 45% y de 0,30 kwh/m3 con conversiones del 40%.

19 Contenido de la ponencia Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía Influencia del pretratamiento Influencia de las membranas Consumo específico total La nueva generación de membranas y el consumo específico de energía Conclusiones

20 Influencia de las membranas en el consumo energético El consumo específico de energía debido a la desalinización propiamente dicha crece cuando aumenta la conversión o cuando disminuye la temperatura del agua de mar. El consumo debido a las pérdidas de carga es prácticamente independiente de la temperatura y disminuye al aumentar la conversión.

21 Influencia de las membranas en el consumo energético El consumo específico debido a la ineficiencia del bombeo a alta presión disminuye muy ligeramente al aumentar la temperatura y aumenta también muy ligeramente al incrementar la conversión. El aumento de 5 ºC en la temperatura del agua de mar supone como media reducir en 0,1 kwh/m³ el consumo específico de energía.

22 Influencia de las membranas en el consumo energético

23 Influencia de las membranas en el consumo energético

24 Influencia de las membranas en el consumo energético

25 Contenido de la ponencia Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía Influencia del pretratamiento Influencia de las membranas Consumo específico total La nueva generación de membranas y el consumo específico de energía Conclusiones

26 Consumo específico total

27 Consumo específico total Al instalar intercambiadores de presión para recuperar la energía existente en la salmuera de rechazo, los mínimos consumos específicos de energía, para los pretratamientos con un grado de complejidad alto y medio, se producen con conversiones del orden del 40%.

28 Consumo específico total La diferencia de consumos energéticos entre un pretratamiento convencional con un grado de complejidad alto y otro con un grado de complejidad bajo es de 0,32 kwh/m³ con cualquier temperatura en el agua de mar. Con un pretratamiento sencillo y una conversión del 35 40%, el consumo específico de energía es del orden de 3,04 kwh/m³ a 15 ºC y de 2,80 kwh/m³ a 35 ºC.

29 Contenido de la ponencia Parámetros que intervienen en el consumo específico de energía Influencia del pretratamiento Influencia de las membranas Consumo específico total La nueva generación de membranas y el consumo específico de energía Conclusiones

30 La nueva generación de membranas y el consumo específico de enrgía Membranas que exige el mercado Membranas resistentes al cloro libre Membranas más resistentes al ensuciamiento Un módulo distinto, que se pueda lavar fácilmente Membranas más eficientes, que trabajen a presiones más bajas y que consuman menos energía Membranas con mayor rechazo de ciertos iones, como cloruros, bromuros y boro Membranas con mayor rechazo de compuestos orgánicos de bajo peso molecular

31 La nueva generación de membranas y el consumo específico de enrgía Membranas de capa fina nanocompuesta

32 La nueva generación de membranas y el consumo específico de enrgía Nanotubos de carbono Los tubos hidrófilos dejarían pasar fácilmente el agua

33 La nueva generación de membranas y el consumo específico de enrgía Nanotubos de zeolita Los tubos hidrófilos dejarían pasar fácilmente el agua y su alta carga rechazaría los iones y todas aquellas moléculas con carga eléctrica

34 Conclusiones generales. La sustitución de las turbinas Pelton por intercambiadores de presión ha desplazado el punto de mínimo consumo específico de energía hacia conversiones del orden del 40%.. El consumo específico de energía es menor cuanto más simple sea el pretratamiento. Conviene por tanto recurrir a captaciones de agua de mar que simplifiquen el pretratamiento.. El consumo específico de energía se reduce a medida que aumenta la temperatura del agua de mar. Interesa, consecuentemente, recuperar todos los calores residuales disponibles, máxime si la naturaleza de las membranas impide la aparición de desarrollos biológicos sobre su superficie. A cinco años vista, se podría alcanzar un consumo específico de energía, para el agua tratada puesta al pie de la desalinizadora del orden de los 2,65 kwh/m³.

35 Aspectos energéticos de la desalación Muchas gracias por vuestra atención! Pioneros en Desarrollo y Sostenibilidad