Consejo de Cuenca de la Península de Yucatán Foro Regional de Investigación, Desarrollo Tecnológico y Exposición Cultural de Cenotes Título del Trabajo PROYECTO PARA LA DESALINIZACIÓN DE AGUA DE MAR, POR ÓSMOSIS INVERSA DE TIPO CENTRÍFUGA, CON GENERACIÓN DE VÓRTICES DE DEAN Dra. Marisela Rodríguez Salvador Dr. Joaquim Lloveras Macià Mérida, Yucatán, México, 14 y 15 de julio de 2011
CONTENIDO OBJETIVO ANTECEDENTES JUSTIFICACIÓN METODOLOGÍA ANALISIS DE RESULTADOS CONCLUSIONES
OBJETIVO OBJETIVO GENERAL Investigar los procesos para la desalinización de agua, para desarrollar innovaciones tecnológicas que mejoren su eficiencia en costos y consumos de energía. OBJETIVOS ESPECÍFICOS Mejorar el conjunto tecnológico para ósmosis inversa y menor inversión. Mejorar la factibilidad de operación del sistema y su seguridad. Desarrollar una geometría de membrana que permita la generación de vórtices para la auto-limpieza de las mismas. Fabricar un prototipo piloto de filtro centrífugo para desalinización por ósmosis inversa.
ANTECEDENTES Agua salada 97.50% Agua dulce 2.50% Permafrost 0.80% Aguas subterránea s 30.10% a) Agua total de la tierra Glasiares 68.70% b) Agua dulce Agua superficial y atmosférica 0.40% Lagos de agua dulce 67% Atmósfera 9% Humedales 9% Biota 1% Rios 2% Humedad de la tierra 12% agricultura 69% Doméstica 10% Industrial 21% c) Agua superficial y atmosférica d) Consumo de agua (IWA)
ANTECEDENTES Listado del Top 10 de la desalación por países. Fuente: GWI DesalData/IDA, (junio, 2009)
ANTECEDENTES Plantas desalinizadoras por Tecnología, m 3 /d Fuente: GWI DesalData/IDA, (2009). MED, 9%, 5,629,368 ED, 4%, Otros, 1% 2,220,133 901,233 13,869 Plantas desaladoras MSF, 27%, 17,300,196 OI, 59% 37, 066, 568
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DEL PROYECTO Crecimiento Poblacional Incremento de la demanda industrial, sectores productivos y domésticos Contaminación de los recursos naturales Conferencia de las naciones Unidas sobre el Cambio Climático (Montreal, 2005): Desarrollo de los Recursos Hídricos Mejorar la Calidad y Suministro de Agua Potable Hacer más eficientes los procesos para su obtención Evaluación del estado de los Recursos Hídricos y de los Ecosistemas.
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DEL PROYECTO La Península de Yucatán ------ 1, 730.99 Km de Litoral (14.92% de la república Mexicana). (INEGI). Cifra Significativa: Asentamientos Humanos, actividad turística, actividades pesqueras, petroleras Construcción con diferentes capacidades de producción. Existe un Incremento en la construcción de plantas desalinizadoras, sobre todo las de ósmosis inversa. (AWWA). Ejemplos: La Desaladora. Pemex y Ayuntamiento del Carmen. En San Francisco de Campeche; (Nuevo Campechito).
JUSTIFICACIÓN E IMPORTANCIA DEL PROYECTO IMPACTO DEL PROYECTO EN LA PENÍNSULA DE YUCATÁN Alternativa de abastecimiento en las zonas costeras Inversión baja Bajos costos de Operación Derrama económica en la zona; incremento de inversiones, empleos. Accesibilidad, en cuanto al poder de compra Región amenazada por fenómenos naturales, sequías, huracanes, Existen inversionistas interesados. Ahorros de energía del 40% y en costos unitarios de operación en un 25%
METODOLOGÍA Sistemas Inteligentes de Información IC y VT Ingeniería Concurrente Análisis, Evaluación Toma de Decisiones Respecto al Estado de la Técnica Innovation WorkBench ISQ Simulación Fluent Ansys CFD PIV Evaluación Convergencia (Residuales) x, y, z Balance de Masa Diseño del Sistema de Ósmosis Inversa Filtro Centrífugo Auto CAD 3D Adams View Análisis Económico Modelo Latorre-Fariñas Conclusiones
METODOLOGÍA Planteamiento del Problema: mejorar el proceso OI Sistemas Inteligentes de Información IC Y VT Evaluación Toma de Decisiones Generación de Ideas a partir del estado de la técnica: TRIZ, IWB & ISQ Apoyo de la Ingeniería Concurrente: Equipos Multidisciplinares SIMULACIÓN Fluent-Ansys CFD *Hipervínculos: Diagrama OI Convencional con el PE y Vórtice De Dean PIV
ANÁLISIS DE RESULTADOS La Simulación reportó Resultados muy alentadores La centrifugación no afectó la formación de vórtices y los fortaleció, y por ende, la autolimpieza de las membranas. Se cumplieron los Criterios de Convergencia. (Hipervínculos: convergencia estática, movimiento vorticidad, Rayas de flujo) El análisis económico reporta. Baja inversión, costos unitarios de operación con un 25% menores que el de los actuales procesos eficientes, un ahorro del 40% en consumo de energía, menores impactos ambientales. El Manual del usuario de Fluent-Ansys, permite como máximo, un 1% de error, y en los resultados obtenidos en la convergencia y balance de materia, se obtuvo solamente el 0.2% de error (5 veces menos que el máximo permitido). Por lo tanto: los resultados obtenidos en la simulación, pueden servir como parámetros tecnológicos y variables de entrada, para el Diseño del Filtro-Piloto.
CONCLUSIONES La propuesta de desalinizar agua de mar por ósmosis inversa de tipo centrífuga, es posible. El estudio y análisis económico, reporta, una inversión atractiva, bajos costos unitarios de operación y bajos consumos de energía. La cogeneración de energía, proporciona ventajas sobre La recuperación de energía El proceso que se propone, no causa grandes impactos ambientales.
RECOMENDACIONES Investigar otras tecnologías; como lechos compactados Analizar y continuar investigando sobre fuentes de energías alternas Evaluar la posibilidad de utilizar catalizadores, que mejoren el proceso. Hacer un Pre-tratamiento y un Post-tratamiento al agua, para obtener eficiencia en el filtrado-difusión y producir agua potable, con las normas establecidas por la OMS Utilización del agua de rechazo de las membranas: El compuesto: MgSO 4 MgCl 2, en su descomposición, se obtiene MgSO 4 más Energía Termoquímica. Del MgSO 4, se obtiene MgO (De gran demanda mundial) y la energía termoquímica obtenida, se puede utilizar como alterna. (Peraza, C.) CONTINUAR INVESTIGANDO ALTERNATIVAS TECNOLÓGICAS, PARA LA PRESERVACIÓN Y LA OBTENCIÓN DE AGUA POTABLE, DE MANERA EFICIENTE Y CON CALIDAD.
DR. JORGE ANTONIO LECHUGA ANDRADE Profesor-Investigador de la Universidad Autónoma de Yucatán e-mail:jorge.lechuga@uady.mx