Una planta desaladora es una instalación que convierte el agua salada del mar (o salobre) en agua apta para el consumo humano, así como para usos industriales y de regadío.

El proceso de desalinización se puede realizar de acuerdo conforme a dos tipos de procesos: térmicos o mediante membranas

💦 Los procesos de una planta desaladora

Procesos térmicos

Los procesos térmicos imitan el ciclo natural, calentando el agua hasta la producción de vapor que, posteriormente y a través de su condensación, se convierte en el agua producto (desalada).

Desalinización por membranas

El otro proceso que emplea una planta desaladora es mediante el empuje del fluido a través de una membrana especial.  Las membranas permiten separar el concentrado del permeado. De esta forma, se obtiene agua dulce a partir de agua salada o salobre.

El control en una planta desalinizadora

Para lograr un buen control en una planta desalinizadora se requiere un buen sistema de instrumentación. Este consiste en una estructura compleja que agrupa un conjunto de dispositivos que realizan las mediciones.

Se puede tener el conocimiento de lo que sucede en la planta desalinizadora mediante un sistema que consta de: transmisores, elementos de regulación y conexiones entre estos elementos y los programas de automatización de proceso. Esta comunicación se centra en los instrumentos de medición y control y los elementos de regulación.

Instrumentación en la planta de desalinización

En una planta de desalinización por proceso de ósmosis inversa, bien sea de agua de mar o salobre, hay que instalar una serie de instrumentos que midan y transmitan las variables del proceso, para poder actuar sobre el mismo de manera automática o semiautomática.

Es importante comprender que la información de la instrumentación nos permite controlar todas las partes del proceso. De esta forma, en la fase de captación, con las bombas y válvulas regulables, mediante un lazo de control se controlan. Esto sucede tanto en el caudal como la presión del agua impulsada por cada grupo.

Tanto los filtros de arena como los de cartuchos, cuentan con sus correspondientes válvulas de apertura y cierre. Así se puede aislar algún filtro en caso de limpieza o por avería de éste.

Las bombas de alta presión cuentan con válvulas de regulación, y con variadores de frecuencia para evitar el golpe de ariete y poder regular su funcionamiento según necesidades.

Los servoposicionadores se emplean en la dosificación de los reactivos.

El control de las partes de una planta desalinizadora

Cada etapa en una planta desalinizadora tiene una misión y es importante hacerla bien para el proceso global y para proteger la etapa posterior. La instrumentación es diferente según los procesos que se realizan en cada fase.

            Captación de agua de mar

En la captación de agua de mar por toma abierta se suelen utilizar prácticamente los mismos instrumentos que en la captación mediante pozos profundos. Cambia, normalmente, la tipología de los instrumentos de medición de nivel y la presencia en algunas ocasiones de analizadores de hidrocarburos en lugar de analizadores de turbidez.

La instrumentación a emplear en una captación por toma abierta es: medidores de nivel ultrasónicos, interruptores de nivel, manómetros, presostatos, transmisores de temperatura, caudalímetros electromagnéticos, y analizadores de hidrocarburos

            Pretratamientos

En una planta desalinizadora encontramos pretratamiento físico y químico. También tenemos un panel de agua pretratada.

La instrumentación instalada es la habitual en los procesos de filtración y microfiltración. También es importante conocer la calidad del agua pretratada ya que se emplea en diversas partes del proceso de desalinización.

            Bombeo de alta presión y recuperación de energía

En este proceso, independientemente del tipo o sistema de recuperación de energía utilizado, lo que se suele medir es: presión, caudal y temperatura de los rodamientos de las máquinas. En este proceso es donde se produce un gran incremento de presión en las bombas de alta presión. Estas bombas deben garantizar que en la aspiración de las mismas exista una presión adecuada. Para proteger a las bombas, el elemento principal de protección es el presostato.

Otra instrumentación a emplear es: manómetros, transmisores de temperatura, transmisores de presión, y caudalímetros electromagnéticos

            Tratamiento del agua mediante ósmosis inversa

En los bastidores de ósmosis se coloca instrumentación tanto en la alimentación como en la salida de agua producto y la salida de concentrado (salmuera) y entre la alimentación y la salida de salmuera.

            Postratamiento

El agua producto se suele remineralizar mediante sistemas que aportan hidróxido cálcico junto con anhídrido carbónico o carbonato cálcico junto con anhídrido carbónico. Otro producto químico que se añade es hipoclorito sódico como preservador de desinfección.

          Almacenamiento e impulsión del permeado

En ciertas plantas donde existe una distancia considerable entre la zona de recepción del agua producto y la propia planta se suele colocar un depósito de almacenamiento de agua desalinizada.

            Instalaciones auxiliares

Para los servicios auxiliares en una instalación desaladora (aire de servicio, aire de instrumentos, red de agua industrial, ventilación, climatización, etc.) se suelen instalar los instrumentos: medidores de presión, manómetros, termómetros, termostatos, y medidores de caudal.

Elementos de regulación en la planta desalinizadora

En cualquier proceso de desalinización, bien sea por ósmosis inversa o procesos térmicos, se necesita controlar y regular el proceso. La regulación se hace modificando las condiciones físicas, químicas y las variables de caudal y presión.

Las condiciones físicas o químicas se modifican mediante los tratamientos físicos o mediante la adición de reactivos para modificar las condiciones químicas. Las variables de presión, caudal o en procesos térmicos la temperatura, se modifican o adecúan mediante la utilización de elementos de regulación. Esto se alcanza mediante la correcta instalación de válvulas de control, variadores de frecuencia regulando la velocidad de bombas y servoposicionadores de bombas dosificadoras.

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La planta desaladora de agua con membranas

Existen dos tipos de planta desaladora que emplean procesos con membranas: las plantas de electrodiálisis y las plantas de ósmosis inversa

Planta de electrodiálisis

La planta de electrodiálisis se la conoce mediante la abreviatura EDR. Estas plantas se basan en la propiedad de la corriente eléctrica atrayendo los iones salinos disueltos. Al introducir una corriente eléctrica en una solución salina, los iones tienden a migrar hacia el electrodo de carga opuesta. La electrodiálisis se utiliza exclusivamente para aguas salobres.

Planta de ósmosis inversa

La ósmosis es un fenómeno natural que se produce cuando el agua procedente de una solución menos concentrada pasa, a través de una membrana semipermeable, hacia otra solución de mayor concentración. El proceso dura hasta alcanzar el equilibrio.

La aplicación de una presión forzada en una solución salina, en dirección opuesta y a través de una membrana semipermeable, produce la separación de una solución más concentrada en sales.

Por lo tanto, la ósmosis inversa utiliza la presión para la separación de las sales, dejando pasar el agua desalada a través de las membranas e impidiendo el paso de la salmuera.

Etapas en la planta desaladora de ósmosis inversa

La ósmosis inversa se aplica tanto para la desalinización de agua de mar como salobre. Una instalación de ósmosis inversa consta fundamentalmente de las siguientes etapas:

▶ toma de agua de mar
▶ pretratamiento
▶ bombeo de alta presión
▶ recuperación de energía
▶ ósmosis inversa
▶ postratamiento de agua desalada
▶ vertido de salmuera

Toma de agua de mar

La captación de agua de mar se puede hacer mediante toma abierta o mediante pozos.

En relación con el aspecto cualitativo, la toma abierta genera más incertidumbres ya que es más vulnerable a todo tipo de vertidos contaminantes, presenta mayor variabilidad de calidad, y está sujeta a variaciones de temperatura.

Por el contrario, el agua de pozo presenta una calidad mejor y es más homogénea. Sin embargo, tiene el inconveniente de una mayor complejidad en la etapa de pretratamiento.

Ahora bien, desde el punto de vista de la garantía de caudal, las ventajas son para la toma abierta. La experiencia demuestra la dificultad de asegurar el caudal de producción en el agua de pozo. Por este motivo, en plantas de gran tamaño recomendamos la toma abierta de agua de mar, aunque presente el inconveniente de una mayor complejidad en la etapa de pretratamiento.

El pretratamiento

El pretratamiento de una instalación de desalinización está concebido para conseguir los siguientes objetivos:

▶ Eliminar turbidez y sólidos en suspensión
▶ Ajustar y controlar el pH
▶ Inhibir y minimizar la formación de componentes que puedan obstruir o precipitar sobre las membranas
▶ Impedir desarrollos biológicos en el sistema
▶ Mejorar el SDI del agua de alimentación hasta valores inferiores a 5<

El esquema general, en función de dichos objetivos, incluye los siguientes procesos unitarios:

▶ dosificación de reactivos
▶ desarenado
▶ coagulación y floculación
▶ decantación ó flotación
▶ filtración sobre arena
▶ filtración sobre cartuchos

Bombeo de alta presión

Las bombas de alta presión trabajan a presiones que oscilan entre los 60 y70 bar. Son equipos que alimentan las membranas de ósmosis inversa a la presión adecuada para que pueda producirse la separación entre el agua desalada y la salmuera.

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Bombeo de alta presión

Las bombas de alta presión trabajan a presiones que oscilan entre los 60 y70 bar. Son equipos que alimentan las membranas de ósmosis inversa a la presión adecuada para que pueda producirse la separación entre el agua desalada y la salmuera.

Recuperación de energía

El gran consumo de energía que se produce en esta fase del proceso ha provocado el desarrollo de diferentes sistemas de recuperación de energía.

Desde las turbinas de contrapresión, han evolucionado a las turbinas tipo Pelton. Actualmente, estas han sido superadas por las cámaras intercambiadoras de presión. De esta forma, se ha pasado de un consumo específico de 8-9 kWh/m³ en los años ochenta a 3-4 kWh/m³ en las plantas más modernas.

Ósmosis inversa

El proceso de ósmosis inversa es la pieza clave de toda la instalación. Su implantación va en aumento progresivamente. Actualmente las plantas desaladoras con membranas de osmosis inversas son las más abundantes. Las principales razones de este éxito son: la evolución tecnológica, y la reducción de costes tanto en la construcción como en la explotación.

En función de las exigencias de calidad del agua desalada y al factor de recuperación (40-50%), se podrán diseñar distintas configuraciones. Por ejemplo, los sistemas de doble paso o de doble etapa, de esta forma se alcanza la calidad del agua deseada.

Postratamiento

El agua osmotizada ha de someterse a una fase de postratamiento para adecuar los parámetros de calidad a los usos a los que se destine el agua producida. El agua desalinizada se caracteriza por su desequilibrio iónico, bajo pH y alto contenido de CO2 disuelto.

Es necesario la adopción de medidas correctoras frente a la agresividad del agua. Para ello, se emplean técnicas de remineralización. Estas permiten obtener un agua ligeramente incrustante.

Vertido de salmuera

Con los diseños y tecnologías actuales se pueden esperar factores de recuperación del orden del 50%. Esto significa que la concentración de sales en el rechazo es de 70-80 gr/l.

El vertido de las salmueras, si bien muy concentrado, representa un pequeño caudal relativo. Por eso, no implica una amenaza para ecosistema marino. Aun así, debe ser diseñado y controlado para evitar daños en determinadas especies vegetales. Sobre todo, se hace un seguimiento de la reacción de especies sensibles como las posidonias oceánicas.

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Un discreto caso de éxito: IDAM Santa Eulalia Ibiza

La isla de Ibiza, en España, posee varias desaladoras. Sin ser la más grande, la IDAM Santa Eulalia es una planta desaladora digna de analizar. Esta desaladora fue construida por Aqualia Infraestructuras para el Ministerio de Medio Ambiente de España. Comenzó su funcionamiento en el año 2011.

La IDAM Santa Eulalia tiene una capacidad de producción de 15.000 m3/día. En verano no cubre la demanda total, pero se inserta en una red de abastecimiento de agua potable para la isla. Se trata de un elemento clave para el suministro de agua potable en la isla y imprescindible para el desarrollo del sector del turismo. Sobretodo en la época con mayor población que es el verano.

La tecnología empleada en la desaladora de Santa Eulalia es la ósmosis inversa. Se diseñó para alcanzar un factor de conversión del 45 %. La captación del agua se realiza por toma abierta mediante un inmisario submarino a 18 metros de profundidad. Este conduce el agua marina hasta las bombas centrifugas de bombeo al interior de la desaladora.

El proceso en la planta desaladora de Ibiza

El proceso de desalación de agua marina se inicia con un pretratamiento. Aquí, se realiza la dosificación de reactivos adecuada, y una micro filtración de seguridad. Continúa con una etapa de desalación por osmosis inversa. Está fase consta de tres 3 bastidores. Los bastidores sostienen las 1386 membranas que logran el proceso de desalación de agua marina. Finalmente, el agua tratada se remineraliza en el postratamiento. El postratamiento se completa usando hidróxido cálcico, dióxido de carbono, e hipoclorito sódico.

El agua resultante presenta una extraordinaria calidad y cumple la legislación vigente. El resultado final es una gran cantidad de agua apta para el consumo de la población de Ibiza.

El cuidado del medio ambiente

Durante todo el proceso, la planta desaladora cumple respeto por el medio ambiente. Mantiene una intensa vigilancia sobre el rechazo de salmuera, empleando la técnica de dilución hasta alcanzar niveles tolerables para el ecosistema.

También cuida el impacto acústico mediante salas acondicionadas y recubrimientos específicos en ciertos equipos electromecánicos. Las instalaciones de la desaladora han sido cuidadosamente diseñadas para una magnifica integración paisajística. En todo momento cuida el maravilloso entorno de la isla.

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Ejemplo de planta desaladora de agua marina en Arabia Saudi

Otro ejemplo de lo tratado anteriormente es la construcción de la planta desaladora de ósmosis inversa de Jubail 3A. Esta planta desaladora está ubicada al noreste de de Arabia Saudí en el sur de la ciudad del mismo nombre.

Tiene una capacidad de 600.000 m3/día. Se convirtió en la segunda mayor planta desaladora de agua con tecnología de ósmosis inversa de Arabia Saudi. Esta planta desalinizadora tiene la misma capacidad que la IDAM de Rabigh III. La nueva planta de tratamiento de aguas garantiza el suministro de agua potable durante todo el año en la capital Riad y también en las provincias Qassim y Oriental.

El proyecto de la planta desaladora incluye la construcción de depósitos para el almacenamiento de un día de producción de agua tratada.   También, incluye la construcción de un parque solar fotovoltaico para reducir el consumo de energía externa para el funcionamiento de la planta. La inversión superó los 200 millones de dolares.

El alcance del proyecto incluye la captación de agua de mar, bombeos, pretratamiento, sistema de ósmosis inversa con recuperación de energía, post-tratamiento, estación de bombeo, almacenamiento de agua producto, tratamiento de efluentes, descarga mediante emisario y campo solar fotovoltaico. Sin olvidarnos de las instalaciones eléctricas asociadas a la planta desalación, es decir, hay una subestación eléctrica de 380/33 kV.

Otras plantas desalinizadoras en Oriente medio

En Oriente Medio, Abengoa ha participado en la construcción de la mayor desaladora por ósmosis inversa del mundo. La planta desaladora de Taweelah está situada en un gran complejo de generación de energía y agua. Tiene una capacidad de producción de 909.000 m3/día.

La empresa española también ha participado en otras plantas desaladoras de la región MENA, como :

    • la planta desaladora del complejo industrial de Emirates Global Aluminiun (EGA), de más de 41.000 m3/día en Emiratos Árabes Unidos
    • la planta desaladoras de Rabigh III, de 600.000 m3/día en Arabia Saudí
    • la planta desaladora de Salalah, de 114.000 m3/día, en Omán.

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