DESALACIÓN - EOI

Master en Ingeniería Medioambiental y Gestión del Agua 2007/2008

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Módulo IV: Abastecimientos y Saneamientos Urbanos

DESALACIÓN Autor: David Casero Rodríguez



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ÍNDICE

1.- AGUAS SALINAS COMO ALTERNATIVA DE OBTENCIÓN DE AGUA POTABLE .....................3

1.1.- El agua dulce y sus aplicaciones al abastecimiento desde el punto de vista de su

salinidad .........................................................................................................................................4 1.2.- Aguas salobres ....................................................................................................................4 1.3.- Importancia y campo de aplicación de las técnicas de desalación..............................5

2.-CARACTERÍSTICAS Y PROBLEMAS FUNDAMENTALES DEL PROCESO..................................6 2.1.- Ventajas e inconvenientes del proceso de desalación frente a las técnicas

tradicionales de abastecimiento. ................................................................................................6 2.2.- Energía mínima de desalación .........................................................................................6 2.3.- El problema de los residuos. .............................................................................................8

3.TIPOS DE PLANTAS DE DESALACIÓN. CARACTERÍSTICAS Y PROBLEMÁTICA...................12 3.1.- Procesos de evaporación. ...............................................................................................13 3.2.- Procesos de cristalización. ...............................................................................................22 3.3.- Procesos de membranas selectivas. ...............................................................................24

4.-LA DESALACIÓN EN ESPAÑA, SITUACIÓN Y PERSPECTIVAS...............................................31 4.1.- Introducción.......................................................................................................................31 4.2.- Desalación..........................................................................................................................31 4.3.- Costes .................................................................................................................................34 4.4.- Financiación .......................................................................................................................38 4.5.- Utilización de la desalación en la agricultura ................................................................39



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1.- AGUAS SALINAS COMO ALTERNATIVA DE OBTENCIÓN DE AGUA POTABLE

Tradicionalmente, el problema del abastecimiento de agua a una comunidad se ha resulto recurriendo a las denominadas fuentes de agua dulce. No obstante, en los últimos años se está produciendo en el mundo un proceso que conduce irreversi-blemente a la utilización de otras fuentes de agua que, por sus características de salinización (contenido de sales en disolución), no pueden considerarse aguas dul-ces. La desalación es pues, el conjunto de técnicas que tratan de resolver el pro-blema de la conversión de estas aguas en potables por disminución de su contenido salino. El problema en sí tiene unos orígenes casi míticos, ya que la idea de convertir en agua dulce las inagotables fuentes del mar, posee indudablemente un profundo atractivo que se ha manifestado desde edades remotas. Sin embargo, algunas de las técnicas usadas hoy en día, como la destilación, eran conocidas y otras, como la ósmosis inversa, han sido intuidas desde la antigüedad (Aristóteles, Alejandro de Afrodisias, etc.). Si no han sido utilizadas anteriormente ha sido porque la necesidad no ha sido suficientemente grande como para sobrepasar el umbral de las dificulta-des que este proceso presenta. No obstante, en los momentos actuales el mundo se encuentra ante una doble al-ternativa. Por una parte la necesidad de agua potable es creciente, debido, entre otros factores, a la demografía, al aumento del nivel de vida y a la polución de las aguas, lo que también unido al agotamiento progresivo de las aguas dulces en ori-gen y a su creciente dificultad de explotación, conduce a una necesidad progresi-vamente mayor de explotación de los recursos de aguas salinas. Por otra parte, el desarrollo tecnológico está reduciendo considerablemente las dificultades de obten-ción de agua potable a partir de estas fuentes. Todas estas circunstancias están produciendo un incremento muy rápido del uso de estas técnicas a escala industrial y prometen un futuro relativamente próximo, en el que serán usadas de forma in-tensiva. 1.- Clasificación de las aguas por su salinidad Las aguas pueden clasificarse según el contenido de sales que lleven en disolución en dulces, salobres, salinas y salmueras. Los límites que separan estos cuatro tipos de aguas no están definidos con precisión.

En las tablas siguientes pueden verse las clasificaciones realizadas a este respecto en los Estados Unidos y en la URSS.

Denominación Contenido en sales Aguas dulces Hasta 1.000 ppm Aguas salobres De 1.000 – 35.000 ppm



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Aguas de mar Sobre 35.000 ppm salmueras De 35.000 – 200.000 ppm

No obstante, parece más acertada la clasificación de la EPA que recoge mejor el campo de variación de las aguas salinas, ya que incluso la salinidad del agua del mar varía entre las 7.000 ppm del Mar Báltico y las 41.000 ppm que se alcanzan en el Mar Rojo. En las costas Españolas la salinidad oscila entre las 37.700 ppm en las costas catalanas a las 34.000 ppm en la costa vasca (en Santander, 35.100 ppm.) Puede considerarse sin embargo que los océanos tienen una salinidad promedio, en zonas abiertas y no polares, de unas 35.000 ppm.

1.1.- El agua dulce y sus aplicaciones al abastecimiento desde el punto de vista de su salinidad El agua dulce es el recurso más utilizado hasta el momento, para el abastecimiento de agua a poblaciones. No obstante, las aguas que se utilizan en estos abasteci-mientos no están exentas de sales en disolución (por otra parte el agua pura resul-taría inadecuada para este fin) y que en un buen número de casos exceden del límite de las 1.000 ppm mencionado anteriormente, sobrepasándose en ocasiones las 3.000 ppm. Si bien el contenido total de sales en disolución no representa un índice que garan-tice de forma absoluta la calidad química del agua, ya que precisa además una des-composición de éstas en los diversos tipos de ión presentes y representa en cambio un parámetro importante en esta calidad. Así pues, atendiendo únicamente a este criterio, las aguas dulces pueden clasificar-se de la siguiente forma: Aguas de calidad 30—200 ppm Aguas aceptables 200—500 ppm Aguas tolerables 500—1000 ppm Aguas no tolerables >1.500 ppm (La O.M.S. considera tolerables hasta las 1.500 ppm.) 1.2.- Aguas salobres El agua salobre es muy abundante en la naturaleza, más que el agua dulce y menos que el agua salina. Aproximadamente el 50% de las aguas continentales se en-cuentran entre los 800 y los 2.500 m. por debajo de la superficie. Estas aguas se encuentran en su casi totalidad muy mineralizadas debido al gran recorrido realiza-do en su infiltración y al largo tiempo de permanencia en esta situación. El restante 50%, que se encuentra en los 800 m. superiores de la corteza terrestre incluye asi-



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mismo un considerable porcentaje de aguas salobres, especialmente en las sub-terráneas, pero existen no pocas corrientes superficiales en estas condiciones (Ar-kansas, Rojo, Pecos, tramos del Tajo, Guadiana, Guadalquivir, Ebro, Liebre , etc.). Los estuarios de los ríos hasta el límite de influencia de las mareas constituyen un ejemplo de singular importancia de aguas superficiales con un alto contenido sali-no. Por todas estas circunstancias no deben despreciarse el agua salobre como fuente de posible abastecimiento de agua potable.

En España existen asimismo aguas salobres subterráneas, principalmente en la cos-ta mediterránea y en las marismas del Guadalquivir, pero se extienden por otras amplias zonas de Castilla y Aragón. Además deben tenerse en cuenta otras carac-terísticas positivas de las aguas salobres subterráneas, como son su ausencia de contaminación biológica, su calidad estable y su independencia de la pluviometría, entre otras. 1.3.- Importancia y campo de aplicación de las técnicas de desalación. La reducción del contenido salino de las aguas de un abastecimiento, y consiguien-temente su aumento de calidad, representa un considerable ahorro para la comuni-dad que se sirve de ellas, ya que se evitan una serie de costos en los que se incurre por el uso de aguas excesivamente mineralizadas. Entre estos pueden destacarse los siguientes:

— La corrosión producida por el agua está en relación directa con su con-

tenido salino, con la consiguiente incidencia en la vida útil de las instala-ciones de fontanería.

— El consumo de aguas embotelladas está en relación inversa a la calidad

de las aguas del abastecimiento.

— El consumo de jabón es mayor a mayor mineralización del agua que se usa.

Por esta circunstancia los procesos de desalación tienen una gran importancia, ya que no solamente pueden aplicarse a resolver un problema de carencia de aguas dulces (ó semidulces), sino que también pueden aplicarse a mejoras locales de la calidad, puesto que los costos de su instalación y mantenimiento pueden ser amor-tizados con los ahorros que produce un aumento de la calidad de las aguas. Si se considera además que el costo de la desalación es tanto menor cuanto menor es la mineralización del agua a desalar, se comprende fácilmente el amplio campo de aplicación que tienen estas técnicas. Sin embargo, el alto precio que está alcanzando la energía en los últimos años pue-de suponer un freno importante al desarrollo de estas técnicas.



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2.-CARACTERÍSTICAS Y PROBLEMAS FUNDAMENTALES DEL

PROCESO 2.1.- Ventajas e inconvenientes del proceso de desalación frente a las técnicas tradicionales de abastecimiento. Como ventajas fundamentales del proceso de desalación pueden citarse las siguien-tes:

— Menor costo de primera instalación.

— Menor condicionamiento a la pluviometría.

— Menor superficie de ocupación.

— Menores problemas de construcción.

— Menores problemas de derechos de aguas.

— Menor tiempo de puesta en funcionamiento.

— Calidad final más segura y predecible.

— Ampliación más fácil. •Como inconvenientes pueden citarse los siguientes:

— Mayores costos de operación y mantenimiento.

— Mayor consumo energético.

— Problemas de explotación, tales como incrustaciones, corrosión, etc. 2.2.- Energía mínima de desalación Un tema de notable interés en el estudio de esta técnica, es la energía mínima de desalación ya que de su desarrollo pueden obtenerse conclusiones respecto a las dificultades que conlleva este proceso. Si se tiene un mol de agua pura a la temperatura y presión ambiente, pueden disol-verse en él todos los componentes del agua de mar, obteniéndose con ello una cier-ta cantidad de energía útil, normalmente en forma de calor. Esta cantidad de energ-ía será máxima cuando la disolución se lleve a cabo en forma reversible (concepto termodinámico que indica que el paso de un estado inicial a otro final se realiza pa-sando por infinitos estados de equilibrio) manteniendo constante la temperatura (proceso isotermo). En estas circunstancias la termodinámica nos permite calcular la



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energía máxima obtenida, mediante la expresión:

W= RT Ln aA

siendo aA la actividad del agua (relación de fugacidades aplicadas a gases reales) en la solución que se ha formado. Si se invierte el proceso anterior (dada la hipótesis falsa de reversibilidad) la expre-sión anterior nos dará el trabajo mínimo necesario para transformar el agua de mar en agua pura. Para un agua de mar promedio (35.000 ppm),a 25ºC,aA es igual a 0,9773, con lo que resulta un trabajo mínimo de separación de 13,6 calorias/mol, equivalente a 0,879 kwh/m3. No obstante, este trabajo mínimo es función de la salinidad del agua (que define la actividad aA del agua) y, por ejemplo, para una salmuera de concentración doble a la del agua del mar el trabajo mínimo de separación sería de 1,451 kwh/m3 y para un agua de salinidad mitad que el agua del mar, el trabajo mínimo sería de 0,298 kwh/m3. No obstante, los trabajos mínimos anteriores fueron calculados suponiendo que cuando se separa un mol de agua pura, la solución salina restante conserva sus características de concentración, presión de vapor, etc., iguales a las que tenia an-tes de comenzar el proceso. Esto supondría trabajar con una relación agua produci-da— alimentación del proceso, llamado “coeficiente de conversión” prácticamente nulo. Por tanto, en esta última hipótesis, sería necesario hacer circular grandes ma-sas de solución salina para obtener una cantidad muy pequeña de agua desalada, lo que supondría un gasto adicional de energía. Por todo ello, en la práctica, se trabaja con conversiones del orden de 40—60%, pasando el agua por una serie de concen-traciones variables. En estas circunstancias el trabajo mínimo de desalación viene dado por la expresión:

∫=2

1

n

nWidnW

Siendo W el trabajo mínimo necesario para una solución con una actividad tal que le correspondan n moles de agua por unidad de volumen. La figura siguiente reprodu-ce los valores que se obtienen para un agua de mar, cuando se trabaja a conversio-nes crecientes.



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TEMPERATURA 25 ºC

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 20 40 60 80 100

CONVERSIÓN %

TRA

BA

JO K

WH

/M3

Otro factor a tener en cuenta es que los procesos reversibles (supuesto llegaran a explotarse industrialmente) requieren un tiempo infinito para su realización. Si, co-mo es lógico, se quiere un proceso de duración finita hay que proporcionar gradien-tes en todos los subprocesos de intercambios de calor y/o materia, lo cual introduce una irreversibilidad en el proceso y, por tanto, un consumo energético adicional. Estos factores y otros tales como la energía de movilización de la masa total de agua (sus pérdidas de carga) y los intercambios de calor de la instalación con el medio ambiente completan cuadro energético de los procesos de desalación, cuyos consumos finales son muy superiores a los mínimos mencionados. 2.3.- El problema de los residuos. Una de las primeras consecuencias de lo anteriormente expuesto es la existencia de un residuo que, para las conversiones citadas del 40—60%, tendrá una salinidad aproximadamente doble de la del agua de origen. La evacuación de este producto es en ocasiones fácil y en otras delicada, pero siempre deben tenerse en cuenta una serie de factores que pueden alterarse con la adición de este residuo, que en lo sucesivo llamaremos salmuera (independientemente de su contenido real de sales) y que exigen, en general, una seria meditación sobre el tema. Así, los factores más importantes a tener en cuenta son la ecología (ya que se podrá estar modificando un biotopo alterando sus condiciones de salinidad y tempe-ratura) y las condiciones de salinidad aguas abajo (en el supuesto de tratarse de corrientes superficiales ó subterráneas), entre otras circunstancias.



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En el cuadro siguiente pueden verse los factores que afectan a este problema así como las soluciones más usuales que se han venido empleando para resolverlo. Así, entre los factores condicionantes más importantes en la elección del punto de vertido destacan:

— El emplazamiento de la planta

— El tamaño de la planta y consecuentemente su producción de residuo.

— La salinidad del residuo.

— La meteorología de la zona.

— La Geología de la zona. Las posibles soluciones al problema pueden clasificarse en estáticas y dinámicas según que el residuo quede embalsado ó se introduzca en una corriente de agua. A su vez estas últimas pueden clasificarse en superficiales ó profundas, teniendo cada una de ellas sus problemas específicos.



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EVACUACIÓN DE

RESIDUOS

Salinidad del agua en ori-

gen

Porcentaje de conversión

Emplazamiento de la planta

Tamaño de la planta (pro-

ducción)

Salinidad del residuo (sal-

muera)

Devolución a la fuente junto con el sanea-

miento

Estanques y lagos orna-mentales

Lagos salados naturales

Depresiones naturales

impermeables

Vertido al océano

Problemas dinámicos del

agua

Problemas estáticos del

agua

Problemas dinámicos del

agua

Influencia sobre los abasteci-

mientos próxi-mos

Salinidad de las aguas receptoras

Evaporación del ambiente

local

Equilibrio salino en el

futuro

Factores ecológicos

Difusión de la salinidad y del

calor

FACTORES PRIMARIOS A CONSIDERAR

SOLUCIONES MÁS UTILIZADAS

Geología de las proximi-

dades

Meteorología de las proxi-

midades

OTROS FACTORES



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Evacuación

subterránea profunda

Formaciones geológicas permeables



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Entre las soluciones estáticas destacan las siguientes:

— El vertido en depresiones naturales impermeables, donde ya por medios

naturales se habrán acumulado a lo largo de los años grandes cantida-des de sales. El residuo en este caso desaparecerá por evaporación, in-crementando las sales depositadas en el lugar. Son factores condicio-nantes del uso de esta solución una producción de salmuera pequeña, una evaporación elevada y un contenido de sales en el residuo reducido.

— Los lagos salados naturales, que se encuentran normalmente en zonas

de evaporación elevada. Es una solución muy adecuada sobre todo si la salinidad del residuo es inferior a la del agua del lago. Deberá estudiarse en cualquier caso el equilibrio salino y volumétrico a lo largo del tiempo.

— Los estanques y lagos ornamentales, realizados a base de un embalse

artificial. Deberá estudiarse el equilibrio, salino y las diversas formas de aportación y pérdida.

Entre las soluciones dinámicas destacan:

— El vertido al océano, que será función del emplazamiento de la planta.

En general es una solución bastante aceptable pero deberá prestarse atención a la difusión tanto de la salinidad cono del posible calor que lleve el residuo, debiendo evaluarse la incidencia de estos procesos con la ecología y estudiarse muy detenidamente el punto y profundidad de vertido, lo cual puede incidir en el emplazamiento definitivo de la planta.

— La devolución a la fuente junto con el agua de saneamiento. Esta solu-

ción aumentará tan sólo de forma ligera la salinidad de la fuente (debi-do al incremento de sales disueltas que produce el uso). En este caso deberá evaluarse la incidencia con los abastecimientos a otras comuni-dades próximas especialmente aquellas que se abastecen de la misma fuente “aguas abajo”. Es una solución aceptable cuando la producción es pequeña en comparación con el caudal de la fuente utilizada.

— La inyección por pozos en acuíferos profundos. Esta solución es espe-

cialmente adecuada cuando la salinidad del acuífero receptor es superior a la del residuo que se inyecta. En otro caso será necesario realizar un estu-dio geológico para evitar interferencias con otras fuentes de agua.

Debe tenerse en cuenta que una buena solución. en la evacuación de estos residuos puede suponer no solamente el no perjudicar a terceros, sino también obtener un beneficio en la reducción de la salinidad de la fuente “aguas abajo”.

3.TIPOS DE PLANTAS DE DESALACIÓN. CARACTERÍSTICAS Y



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PROBLEMÁTICA Los métodos de desalación usados hasta el presente pueden clasificarse en cuatro grandes grupos, según el principio en el que se base la obtención de agua dulce. Estos son los siguientes:

— Procesos de evaporación. — Procesos de cristalización. — Procesos de membranas selectivas. — Procesos varios (fundamentalmente químicos, entendido este término en

sentido amplio). Cada uno de estos procesos tiene sus características y problemas peculiares, siendo el de más antiguo uso el de la destilación, estando alguno de ellos, en estos mo-mentos, en proceso de investigación más ó menos avanzada. En el cuadro final se recogen los principales tipos de plantas de desalación y sus principales características, tales como sus principales problemas, ventajas, incon-venientes y campo de aplicación, todo ello referido a los momentos actuales, ya que estas técnicas están evolucionando con rapidez y pueden producirse cambios con facilidad. 3.1.- Procesos de evaporación. Los procesos de evaporación se basan en el hecho de que el vapor producido por una solución salina es agua prácticamente pura. De esta forma, los procesos de evaporación consisten en obtener vapor de agua de la solución salina, que posteriormente condensado dará lugar a la obtención de agua destilada, a la que añadiendo una pequeña cantidad de sales ó salmuera, se convertirá en agua apta para el consumo. Así pues, los subprocesos básicos son la evaporación y la condensación del vapor. La evaporación puede hacerse a diferentes temperaturas, cada una de las cuales corresponderá una cierta presión que es la denominada presión de vapor. La con-densación puede realizarse de dos formas diferentes, bien por descenso de la tem-peratura a presión constante ó bien por aumento de la presión (por encima de la presión de vapor) a temperatura constante. En cualquier caso, en el proceso de evaporación será necesario añadir al sistema una cantidad de calor igual al calor latente de evaporación. Realizando el sistema un trabajo de expresión, por mol de agua:

W1=p(Vv-V1) siendo p la presión de vapor de la solución salina, Vv el volumen molar de vapor y V1 el de líquido. Los problemas más importantes ocasionados en este proceso de evaporación son la



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corrosión y la formación de incrustaciones. En la corrosión intervienen varios factores que están presentes en este proceso, tales como:

— La temperatura, que no solamente produce un aumento de la velocidad de corrosión sino que propicia cambios químicos que aumentan la corro-sividad.

— El contenido en gases disueltos, especialmente el oxígeno.

— El contenido de sales que paradójicamente, a partir de un cierto punto

disminuyen la corrosión, ya que decrece la solubilidad de gases.

— La velocidad del agua y en particular sus turbulencias. Estos problemas se resuelven mediante el uso de aleaciones ó metales especiales, tales como el titanio, las aleaciones de níquel y cobre, las aleaciones de aluminio y los aceros inoxidables. En las incrustaciones, en cambio, juegan un papel muy importante la temperatura máxima de la instalación, la concentración en sales y el pH del agua salina, hasta el punto de que normalmente representan una limitación a la fase más caliente de la instalación, ya que pueden evitarse (al menos en parte) trabajando en unas condi-ciones de temperatura y concentración salina tales que no se sobrepase en ningún momento la llamada línea crítica de saturación, otra técnica posible consiste en mo-dificar el pH de la solución salina. Finalmente deben considerarse otros problemas de este tipo de instalaciones tales como la disponibilidad y coste de la energía, ya que consumen una fuerte cantidad de ésta, así como la composición química del agua que influirá muy considerable-mente en la corrosión y en la formación de incrustaciones. Los principales tipos de plantas que adoptan este proceso son los siguientes:

1—Evaporación súbita. 2—Tubos verticales largos. 3—Evaporación y compresión de vapor. 4—Evaporación solar.

Los tipos 1,2 y 4 realizan la condensación a presión constante mientras que el tipo 3 la realiza a temperatura constante. 1.1 Evaporación súbita. El procedimiento conocido por evaporación súbita ó evaporación instantánea (del inglés “flash evaporation”) consiste en una fuente de calor que produce la evapora-



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ción en una cámara en la que existe una presión inferior a la de vaporización a la temperatura a la que se calienta la salmuera y una fuente fría que condensa los vapores obtenidos. Esta fuente fría suele ser el propio agua de alimentación que de esta forma se precalienta recuperándose el calor de vaporización. Este sistema, conocido industrialmente por “tubos sumergidos” se emplea en los llamados “efectos múltiples”, en los cuales el esquema anterior (efecto) se repite un cierto número de veces. Cada efecto es calentado por una fuente exterior y el últi-mo efecto es refrigerado por el agua de alimentación que siendo insuficiente se le añade agua de refrigeración. La ventaja de los efectos múltiples sobre el efecto simple consiste en reducir el salto térmico entre la fuente caliente y la fuente fría con lo que se mejora el rendimiento termodinámico. Su consumo energético es de más de 120 kcal/kg de destilado producido.

No obstante este diseño ha sido superado por la concepción en etapas múltiples de evaporación súbita. Este diseño tiene como diferencias fundamentales con el ante-rior las siguientes:

— La salmuera no se recalienta de un paso a otro (etapa) sino que se trabaja tan sólo con la presión reinante en la cámara.

— En el precalentamiento de las etapas más calientes la salmuera circula a

presión, evitándose de esta forma la ebullición prematura. Para ello se to-ma en la etapa más fría el agua de alimentación (que se ha precalentado en las etapas más frías) y junto con parte de la salmuera residual se introduce a presión (por medio de una bomba) en el precalentador de la etapa intermedia.

— El calentamiento final y exterior de la salmuera no se produce en el interior



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de la primera cámara sino en un recalentador donde debido a la presión de la circulación no se produce evaporación.

Con este nuevo diseño se ha logrado reducir el consumo energético a 50 Kcal/Kg de destilado producido, habiendo caído en desuso el método de los tubos sumergidos. Así pues, toda instalación de evaporación súbita en etapas múltiples puede dividirse en tres partes: el calentador de salmuera, las etapas de recuperación y las etapas de rechazo del calor. Un esquema simplificado de este tipo de instalaciones puede verse en la figura siguiente:

En cada una de las cámaras se mantiene una presión ligeramente inferior a la de saturación correspondiente a la temperatura de la salmuera que entra por la parte inferior de la misma. De esta forma parte de la salmuera se transforma en vapor a la temperatura de saturación correspondiente a la presión reinante en la cámara y el resto de la salmuera se enfría hasta casi esta misma temperatura. El vapor for-mado asciende a la parte superior de la cámara y se condensa sobre unos tubos en cuyo interior circula agua de alimentación al calentador de salmuera. De esta forma se aprovecha el calor de condensación del vapor (etapas de recuperación del calor). La salmuera enfriada por la evaporación se introduce en la cámara siguiente, donde la presión es inferior a la temperatura de saturación de la misma, por lo que se repi-te el fenómeno anterior. Parte de la salmuera evaporante de la última etapa es tomada por la bomba de re-circulación junto con el agua de alimentación e introducida en los tubos de la última etapa de recuperación del calor. Las últimas etapas necesitan un elemento refrige-rante en sus tubos condensadores. Parte del calor de condensación del vapor de las últimas etapas se pierde y esto constituye la sección de rechazo del calor. Una parte de dicha energía se aprovecha en el recalentamiento del agua de alimentación al sistema.



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Antes de entrar en la primera etapa, el agua de alimentación (que se ha calentado en la sección de recuperación de calor) necesita elevar su temperatura a la corres-pondiente a la presión de la primera cámara. Este calentamiento se realiza en el calentador de salmuera mediante la condensación de vapor suministrado por una fuente exterior. En la actualidad se busca aumentar el rendimiento del sistema de etapas múltiples por nos caminos: aumento del tamaño de las unidades y disminución del consumo específico de vapor. El primero de ellos está condicionado por las necesidades, y en cuanto al segundo depende de las variables siguientes:

— Aumento del coeficiente de transmisión de calor. — Disminución de las pérdidas de calor. — Número de etapas. — Salto total de temperatura.

Los dos primeros están condicionados por el desarrollo de los materiales y otros productos industriales, siendo los dos últimos los que dependen del diseño de la planta. No obstante, estos factores están sujetos a limitaciones. En el primero de ellos el aumento está limitado por el pequeño incremento de presión disponible, por unidad de incremento de temperatura, en la zona de temperaturas bajas (no se diseñan evaporadores con diferencias de temperatura, entre etapas, inferiores a 2,2ºC). En cuanto al salto total de temperatura, el aumento de la temperatura máxima esta limitado por el problema de formación de incrustaciones. Estas dos limitaciones han tratado de ser obviadas con varias soluciones, que des-embocaron en la aparición de un proceso combinado de evaporación súbita con etapas múltiples y efectos múltiples, cuyo esquema aparece en la figura.

Como puede verse en la figura, se trata de varias plantas de etapas múltiples en serie, siendo el calentador de salmuera de cada uno de los efectos la sección de rechazo de calor del anterior. Este sistema permite una disminución del incremento de temperatura entre etapas, y permite llevar al sistema de etapas múltiples la ven-



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taja del sistema de tubos sumergidos, consistente en mantener un gradiente de concentración de salmuera, lo que permite un aumento de la temperatura máxima, ya que, de esta forma, las temperaturas más altas coexisten con las concentracio-nes de salmuera más bajas, reduciéndose el peligro de incrustaciones. 1.2.-Evaporación en tubos verticales largos Este procedimiento está basado en el principio del condesador-evaporador de pelí-cula descendente, ampliamente utilizado en procesos químicos. Consiste en un tubo vertical sobre cuya superficie exterior se condensa vapor. El calor de condensación se utiliza en la parte interior del tubo para evaporar un líquido (en este caso solu-ción salina) que escurre por la superficie. La disposición vertical del tubo permite que sean desalojados por gravedad ambos líquidos, condensado exterior y agua salina interior, formando películas que aumentan el coeficiente de transmisión del calor. La figura muestra el esquema de una planta basada en este principio.

En este esquema puede verse como el agua de alimentación pasa por el refrigera-dor del producto, donde en contacto con el destilado producido, refrigera este y se precalienta. Pasa a continuación por una serie de calentadores de agua de alimen-tación (uno por cada efecto del sistema) donde se condensa parte del vapor obteni-do en cada uno de los efectos de la instalación.



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Realizado este precalentamiento la solución salina penetra en el primero de los efec-tos de película descendente donde se ve obligada a descender por un tubo vertical, cuyas paredes exteriores están sobrecalentadas por vapor, procedente de una cal-dera de aportación exterior de calor. En el descenso, una parte de la solución salina se evapora. Parte del vapor producido pasa al segundo efecto donde actúa como fuente de calor en sustitución de la aportación exterior del primer efecto. El resto del vapor producido pasa a condensarse en los calentadores de agua de alimenta-ción que fueron mencionados anteriormente. La parte no evaporada de la solución salina cae al fondo de la cuba y es bombeada a la parte superior del efecto siguien-te donde se repite el ciclo. El condensado producido en la parte exterior de los tubos es enviado al circuito de precalentadores donde también se produce una evaporación súbita al entrar en una zona con presión inferior, formando vapor y enfriándose a la temperatura de satu-ración, calentando de esta forma el agua de alimentación. Finalmente, en el último ciclo, es necesario incluir una refrigeración exterior que sustituya al efecto siguiente (que no existe), en cuya salida se inyecta la salmuera residuo del proceso. Como la cantidad de salmuera va disminuyendo en cada efecto se prevé una pe-queña recirculación para mantener un caudal mínimo en cada tubo. Los problemas más importantes de este tipo de instalación son la distribución de la salmuera entre los tubos y la formación de la película adecuada. Si la circulación no fuera correcta se presentarían problemas de transferencia de calor y “areas secas” que producirían la formación de incrustaciones. La evaporación en tubos verticales largos es termodinámicamente más prometedora que la evaporación súbita en etapas múltiples por que hace un mejor aprovecha-miento del salto de temperatura entre el foco caliente y el foco frío, con una mayor temperatura máxima y un mejor coeficiente de transmisión de calor. No obstante, lo delicado de su funcionamiento y puesta a punto han venido produciendo el que, hasta el momento, no se le haya sacado a este método el rendimiento que promete.

1.3.-Evaporación y compresión de vapor. El método de evaporación y compresión de vapor consiste en los siguientes proce-sos:

— Evaporación isotérmica de una cierta cantidad de agua a una tempera-tura T, en una cámara en la que existe una presión ligeramente inferior a la de vaporización correspondiente a la temperatura T, absorbiendo su calor de vaporización.

— Compresión adiabática (ya que de esta forma trabajan normalmente

los compresores) hasta una presión a la que corresponderá en el proce-so adiabático una temperatura T de tal forma que le corresponda una



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presión de vaporización inferior.

— Condensación isoterma a la temperatura T con cesión del calor de va-porización.

Este esquema es muy prometedor termodinámicamente hablando y ofrecería un extraordinario rendimiento si se trabaja a la temperatura ambiente o a la tempera-tura del agua salina. No obstante, esto obligaría a trabajar a presiones muy bajas, del orden de 20—25 mm de mercurio. Estas presiones son difíciles de obtener y resulta caro mantenerlas, ya que las “fugas de vacío” son importantes. Además, el volumen específico del vapor es muy elevado en estas condiciones ( 43,4 m3/Kg a 25ºC ). Por ello es necesario disponer de un compresor con caudal volumétrico ele-vado para pequeñas producciones de agua. Estas circunstancias están limitando las posibilidades de este proceso en los dos sentidos siguientes:

— Elevar la temperatura de trabajo a los 60—70ºC, con lo que aumenta la presión absoluta del sistema y mejora el comportamiento del compre-sor. Pero, en cambio, es necesario precalentar el agua de alimentación y se precisa la instalación de cambiadores de calor.

— Limitación del tamaño de planta, ya que para grandes producciones

sería necesario instalar una gran cantidad de este tipo de esquemas en serie, con lo que ya no resultaría competitivo con otro tipo de procesos.

La figura representa un esquema tipo de esta instalación. El agua de alimentación penetra en un cambiador de calor donde en contacto con el destilado y la salmuera del proceso se precalienta (pudiendo ser necesario un precalentador adicional exte-rior) y pasa al hervidor-condensador donde se produce la vaporización a la presión que corresponda a su temperatura. El vapor producido es arrastrado por el compre-sor y atraviesa un separador de niebla encargado de mejorar la calidad del destila-



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do. A continuación pasa a ser comprimido por el compresor y atraviesa el hervidor-condensador, donde restituye el calor de vaporización tomado anteriormente. Ya en estado líquido, pasa a refrigerarse en el cambiador de calor con el agua de alimen-tación. Parte de la solución del hervidor-condensador, que se va concentrando en las sales a causa de la vaporización, es retirada (y pasa al cambiador de calor) y es sustituida por agua de alimentación, a fin de mantener una salinidad tope. El con-sumo energético general del proceso es de unos 15-20 Kwh/m3, para plantas de 25 a 200 m3/día. El problema del tamaño ha tratado de obviarse de varias formas, fundamentalmen-te, combinando la compresión de vapor con las cascadas de efectos y en algunos casos con la evaporización súbita. 0tra posible solución es la de hacer trabajar al compresor sobre un fluido secundario, tipo freón u otro similar, a fin de mejorar el volumen específico de vapor a manejar por éste. Este fluido secundario circula en circuito cerrado y debe intercalarse un cambiador de calor, que sirve a la vez para evaporar el freón y condensar el destilado.

1.4.- Evaporación solar. El sistema de evaporación solar se distingue fundamentalmente de los demás siste-mas de evaporación en el origen de la energía que emplea que es la del sol. Por lo demás las características del proceso son iguales a las de los demás procesos de evaporación. Las características esenciales de la energía solar son dos: su coste nulo y su bajo nivel de flujo calorífico. La primera de ellas hace que la consideración de rendimien-to energético no tenga trascendencia. En cambio, la segunda obliga a emplear su-perficies de transmisión grandes. Por ello se tiende a mejorar el rendimiento energético, para reducir la superficie de transmisión de calor. En la figura aparece un destilador solar típico. Consiste, en esencia, en un recinto cerrado herméticamente, con una cubierta transparente a la radiación solar. En la base del recinto se encuentra una capa de agua salada que circula sobre el fondo, que está pintado de negro para absorber mejor la radiación solar. El agua salada en contacto con el fondo, se calienta a una temperatura superior a la del recinto; se evapora en parte y el vapor producido se condensa en la cara interior de la cubierta, resbalando hacia unos canales laterales de recogida.



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Se puede considerar que el valor medio del flujo solar en un día típico de verano oscile, alrededor de 6.000 Kcal/día/m2 en la latitud geográfica de España y unas 1.500 Kcal/ día/m2 en un día típico de invierno. Sin embargo, en realidad los rendi-mientos prácticos que se obtienen son muy inferiores a los correspondientes a estos flujos situándose en unos 2,8 y 0,8 l/m2/día respectivamente, para los flujos men-cionados anteriormente. Las producciones obtenidas en las plantas instaladas en la actualidad oscilan entre los 2,0 y los 3,5 l/m2/día. No obstante este es un campo hacia el que se encamine la investigación, y es de esperar que una nueva concepción del aprovechamiento de este tipo de energía permita su uso en condiciones más favorables. 3.2.- Procesos de cristalización. Consisten esencialmente en separar cristales de hielo de las soluciones salinas; es-tos cristales son teóricamente de agua pura y al fundirlos se obtiene agua despro-vista de sales. Para obtener hielo del agua de mar es necesario enfriar esta a —1,85 ºC; en estas condiciones, la formación de 1 mol de hielo requiere eliminar el calor latente de fusión o sea, 1,43 Kcal. Una vez obtenido este hielo y separado del agua de mar, se fundirá a 0ºC, cediendo al ambiente la cantidad de calor, y produciendo 1 mol de agua pura. Ahora bien, para realizar esta operación se requiere transferir una cantidad de calor desde una fuente fría a -1,85ºC a una fuente caliente a 0ºC. Esta transferencia re-quiere el concurso de una máquina frigorífica que consume energía. De lo anteriormente expuesto ya pueden deducirse algunos de los problemas bási-



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cos de estos procesos, que han producido que estos sistemas se encuentren, en la actualidad, en estado de investigación y/o plantas piloto. Estos son los siguientes:

— Separación de la masa sólida producida en la salmuera, que debe hacerse por procesos mecánicos.

— Oclusión de la salmuera entre los cristales de hielo que puede estimar-

se en un 40-60% y que obliga a un lavado del hielo (con el consiguien-te gasto de agua) o a reciclar el proceso.

— Transferencia de calor más lenta habida cuenta de los pequeños gra-

dientes de temperatura.

— Energía más costosa, puesto que se trata de refrigeración. Si además se tiene en cuenta que normalmente se trabaja en las proximidades del punto triple y que la máquina frigorífica está compuesta fundamentalmente por un compresor, nos encontramos con los mismos problemas que en el sistema de vapo-rización y compresión de vapor; la necesidad de mantener presiones muy bajas y el manejo por el compresor de grandes volúmenes específicos de vapor.

2.1.- Procesos de congelación. La forma más sencilla de llevar a cabo estos procesos consiste en emplear el propio vapor de agua como fluido de la máquina frigorífica que se precisa. Es necesario, por tanto, instalar un compresor de vapor que comunique la energía al proceso. En la figura puede verse un diagrama de flujo de una instalación típica.



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El agua de alimentación pasa por un cambiador de calor donde en contacto con el destilado y la salmuera residuo fríos, disminuye su temperatura hasta un valor cer-cano al punto de congelación. Luego entra en el convertidor donde la presión es inferior a la congelación; parte del agua se evapora y como el fenómeno es adiabá-tico, se obtiene la cantidad de hielo correspondiente a la relación entre los calores latentes de evaporación y congelación, que es del orden de 7,5 Kg. de hielo por kilogramo de agua evaporada. El vapor es comprimido por un compresor hasta una presión ligeramente superior a la del punto triple del agua pura, y el hielo, mezclado con la salmuera, pasa a un tanque de separación, donde ésta se realiza por flota-ción. El hielo separado pasa entonces a otro tanque, donde se pone en contacto con el vapor comprimido, haciendo que éste condense, al mismo tiempo que se funde el hielo, obteniéndose agua pura y fría, que junto con la salmuera pasan a un cambia-dor de calor destinado a enfriar el agua de alimentación. La gran ventaja de este proceso consiste en la gran efectividad de intercambio de calor que se produce en el contacto vapor-hielo. 2.2.- Formación de hidratos. Este proceso constituye una variante del anterior. En esencia consiste en obtener cristales sólidos en la masa de agua salina; la diferencia fundamental con el anterior consiste en que estos cristales son ahora hidratos, es decir composiciones de agua con otros elementos, hidrocarburos fundamentalmente, los cuales tienen la intere-sante propiedad de formarse a temperaturas y por tanto, a presiones superiores a las del punto triple, mejorando en eficacia todos los procesos de intercambio de calor, al mismo tiempo que disminuye el intercambio de calor por convección de la instalación con el medio ambiente. Los productos más usados como hidratadores son el propano y el freón-12. Como principal problema de este método puede citarse la muy posible contaminación del producto destilado por el agente hidratador.

3.3.- Procesos de membranas selectivas. Estos procesos se basan en el hecho de que ciertas membranas, conseguidas indus-trialmente en los últimos años, son capaces de retener las sales y dejar pasar el agua o de retener el anua y dejar pasar los iones, clasificándose estas últimas en aniónicas y catiónicas según que dejen pasar a iones negativos o positivos, respec-tivamente. Para que se produzca la circulación a través de estas membranas es ne-cesario crear un potencial energético que compense las pérdidas de carga que se producen a su paso. Este potencial puede ser de muy diversos tipos, siendo los más utilizados, hasta el momento, los potenciales eléctricos y los potenciales de presión que corresponden respectivamente a los métodos de electrodiálisis y ósmosis inver-sa. Ahora bien, la aplicación de estos métodos está limitada por una serie de condicio-



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nantes que deben cumplir, tanto las membranas como la solución salina que se pre-tende hacer pasar por ella. Estos condicionantes pueden resumirse en los siguien-tes:

— La vida y resistencia mecánica de las membranas es corta, si bien en es-te aspecto el desarrollo tecnológico está incidiendo de una forma muy positiva. Este problema obliga a reponer las membranas y/o sus sopor-tes cada cierto período de tiempo.

— Por otra parte, las aguas a tratar deben cumplir una serie de condicio-

nes. Estas son principalmente las de estar exentas de turbiedad, hierro, manganeso y materia orgánica, ya que estos elementos dañan sensi-blemente a las membranas. En ocasiones pues, se hace necesario recu-rrir a un pretratamiento que elimine estas características indeseables.

— Además debe señalarse la importancia de otras características del agua,

que influyen en el proyecto de la instalación, y que deben tenerse muy en cuenta, como es el pH del agua a tratar, y posiblemente la acción bacteriana.

— Finalmente debe considerarse que estas membranas no llegan a ofrecer

un rendimiento del 100%, es decir que permitirán el paso de sustancias no previstas en un cierto porcentaje.

No obstante, esta última circunstancia puede tener sus matices positivos, ya que permitirá graduar la pureza del agua obtenida, cosa que no ocurría en los métodos anteriormente expuestos. 3.1.- Electrodiálisis. Este es un proceso que se ha desarrollado extraordinariamente en los últimos años, y en la actualidad se usa mucho en la desalación de aguas salobres con un conteni-do de sales inferior a 5.000 p.p.m. En la electrodiálisis se puede obtener agua de salinidad variable, lo que no es posible en casi ninguno de los otros procesos alter-nativos. El objetivo final suele ser la obtención de agua potable con un contenido en sales de 300 a 500 p.p.m. La electrodiálisis se basa en el paso de una corriente eléctrica a través de una solu-ción salina dispuesta en numerosos compartimentos separados alternativamente por membranas permeables solamente a cationes (membranas catiónicas “C”) ó aniones (membranas aniónicas “A”). En los extremos de esta superposición de membranas, que forma los compartimentos, se colocan dos electrodos a los que se aplica una diferencia de potencial, de corriente necesariamente continua. Los iones se dirigen, según su carga, hacia el electrodo positivo ó negativo, a través de las membranas selectivas correspondientes, estableciéndose el paso de corriente a través de todas las membranas del conjunto. El resultado final, tal y como puede verse en la figura ,



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es el enriquecimiento de iones en compartimentos alternados mientras que en los restantes se empobrece la solución en los mismos. Procediendo de esta forma se consigue una solución salina concentrada (salmuera) que se desecha, y una solu-ción diluida (agua desalada) que es el producto que se trata de obtener.

Las soluciones de los compartimentos inmediatos a los electrodos se desechan por estar impurificados por los productos del electrodo y sus reacciones químicas, pro-ducidas por el paso de corriente eléctrica. El número de compartimentos entre electrodos varía de algunas docenas hasta va-rios centenares. Para mantener separadas las membranas se emplean planchas de plástico, recortadas según un dibujo especial, que forman canales por donde des-cienden las soluciones salinas. El grosor de las membranas escila de 0,1 a 1 mm y el de los compartimentos suele ser del orden de 1 milímetro. 3.2.- Ósmosis inversa. La figura ilustra, el principio de la ósmosis inversa, llamada también hiperfiltración. En este caso se emplea solamente energía mecánica en forma de presión para reali-zar la separación, lo cual se logra con una membrana filtrante adecuada. Esta membrana semipermeable actúa de forma química, permitiendo el transporte de las moléculas de agua a su través e impidiendo el paso de los iones de la disolución,



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con un mecanismo que no está todavía bien dilucidado.

Según el esquema de la figura el procedimiento de trabajo de la ósmosis inversa es muy sencillo. Se comprime la solución salina contra una membrana semipermeable, y a través de ésta pasa agua pura a otro compartimento, la solución salina, concen-trada en sales, eleva su presión osmótica, de forma que será necesario aumentar también la presión de trabajo. En la figura 12.13 se reproduce la presión osmótica mínima reversible, a 25ºC, de soluciones formadas a base de las sales generalmente presentes en el agua de mar a concentración variable. En ella se observa que la presión osmótica correspondien-te al agua de mar es de 25 atmósferas. Ahora bien, si se emplean las presiones osmóticas mínimas reversibles de la figura, la producción de agua sería muy lenta, por lo que en la práctica los valores de las presiones que se emplean son sustancialmente más elevadas que los mencionados anteriormente. A estas presiones elevadas se presentan problemas resistentes, tan-to en las membranas como en sus soportes. En la figura 12.14 puede verse un diagrama de una instalación real. El agua cargada de sales se bombea hacia un conjunto de tubos en cuyo interior existe una mem-



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brana semipermeable, recogiéndose el agua dulce en la parte exterior de los tubos y pasándose la solución salina, en serie, de uno a otro tubo, hasta que, finalmente, se descarga del sistema la salmuera concentrada en sales.

La presión del sistema es un parámetro que debe optimizarse siendo su valor míni-mo el de la presión osmótica de la solución salina. Los valores que se utilizan nor-



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malmente oscilan entre 50 y 100 atmósferas. El poder separador de las membranas suele medirse en tantos por cientos de recha-zos de sales, de acuerdo con la expresión: R= 1-Cp/Cs, siendo Cp la concentración en sales del producto y Cs la de la solución original. Las membranas desarrolladas hasta la fecha tienen un poder de rechazo del orden del 90 al 98%. Este método, utilizado para el agua de mar daría como mínimo un contenido en sales de 700 p.p.m., no apta para la bebida, por lo que este procedimiento se utiliza preferente-mente en la desalación de aguas salobres. 3.4.- Procesos varios. Estos procesos se basan fundamentalmente en el uso de reactivos de tipo químico, capaces de captar bien el agua o bien los iones disueltos. Los métodos que se inclu-yen en este apartado son los siguientes:

— Intercambio iónico. — Extracción con disolventes.

Los problemas que presentan este tipo de procesos son muy variados destacando entre ellos los residuos, el control de calidad del producto y las posibles contamina-ciones del producto por los reactivos. Intercambio iónico: Este método consiste en usar resinas sólidas e insolubles que tienen la propiedad de reaccionar con las sales disueltas.

Extracción con disolvente: Una de las ideas más antigua, y al mismo tiempo más difíciles de llevar a la práctica, es la de encontrar un producto que pueda ex-traer las sales disueltas en el agua. Hasta ahora los resultados son negativos y exis-ten pocas esperanzas de encontrarlo. En cambio, el proceso inverso, es decir la di-solución del agua y no de sus iónes disueltos, es un proceso viable. Se conocen varios disolventes orgánicos que extraen agua a una determinada temperatura y la liberan a otra temperatura superior. La aplicación de estas técnicas constituye el método de desalación conocido la extracción con disolvente. Por ejemplo, la trietilamina disuelve cerca del 30% en peso de agua a 20ºC., mien-tras que solamente disuelve el 2,5% a 50º C. Aprovechando esta gran variación de solubilidad, es posible obtener agua desalada en base a este principio. Los disolven-tes más adecuados son aminas secundarias y terciarias con 5 y 6 átomos de carbo-no. Este método tiene limitada su aplicación a las aguas salobres, siendo las más ade-cuadas las de salinidad comprendida entre 5.000 y 10.000 p.p.m. Este tipo de insta-lación puede ser competitivo con otros procedimientos aunque aún no se ha ensa-yado en gran escala.



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4.-LA DESALACIÓN EN ESPAÑA, SITUACIÓN Y PERSPECTIVAS

4.1.- Introducción. Hablar hoy día de desalación en general y en España en particular nos resulta tan familiar, como en un Congreso de Horticultura, citar variedades de hortalizas, pro-ductos fitosanitarios o riego por goteo. Si hoy día en cualquier lugar del mundo solo se puede hablar de desarrollo si exis-ten recursos hídricos disponibles, si estos son convencionales, o se dispone de la tecnología necesaria para generar esos recursos, aunque sean no convencionales, la limitación del recurso agua es todavía más importante en el sector agrario que no olvidemos consume por encima del 80 % del total de recursos utilizados en el pla-neta. No podemos por tanto desarrollar en nuestros días una agricultura que sea rentable sin riego, y el mejor ejemplo es la zona Mediterránea con una elevada productividad y riqueza agrícola, que solo ha sido posible mediante la introducción de los últimos avances tecnológicos en el campo de la selección de semillas, el uso de productos sanitarios, los nuevos sistemas de cultivo, hidroponía, ó invernadero y junto a todo ello la utilización del agua. Así pues aunque en Andalucía y Murcia, y en general en el sureste peninsular y también en Canarias existe un clima privilegiado que favorece la introducción de cultivos agrícolas rentables, a medida que han ido pasando los años desde el inicial desarrollo de los cultivos de fuera de temporada, cada vez se ha hecho mas patente la importancia de disponer de agua, preferentemente de buena calidad, y los es-fuerzos enormes que se han realizado en todos estos lugares por conseguir el pre-ciado líquido elemento. Otras zonas que potencialmente tienen características climatológicas similares, pre-cisamente por no disponer de agua no han alcanzado ni alcanzarán niveles de desa-rrollo similares. Pero además hay que tener en cuenta otro aspecto digno de desta-car y es que una vez que se ha conseguido un desarrollo determinado es más fácil mantenerlo que acceder a él, si antes no ha existido ese desarrollo. Y es que esos ingresos que se obtienen en estas zonas desarrolladas permiten dedicar una parte de esas ganancias a la búsqueda de agua, para que esta no sea nunca un obstáculo al desarrollo. En este contexto la desalación adquiere una relevancia importante que vamos a tratar de relacionar a continuación. 4.2.- Desalación. Desalar es eliminar o reducir las sales contenidas en el agua y por tanto lo mismo hablamos de desalar cuando estamos quitando estas sales de las aguas salobres de un pozo, como aquí ocurre en tantos lugares, como cuando eliminamos esas sales



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del agua de mar, aunque sin embargo la desalación se asocia en la mayor parte de los sitios solamente con desalar agua de mar. Pero ese proceso de eliminar o reducir las sales, que a estas alturas de siglo nos parece tan sencillo no ha sido siempre así, de forma que en este como en tantos aspectos relacionados con el desarrollo de la humanidad, los últimos 20 años han sido importantísimos, de forma que no hay que remontarse demasiado en el tiempo para tener referencias de que hablar de desalación y especialmente en el sector agrícola era poco menos que tarea de locos o iluminados. Sin ir muy lejos, en lo que un día fue “Tierras de Almería”, un faraónico proyecto que se intentó desarrollar en esaa zona y que no fue de buen recuerdo para muchas personas, ya se intentó desalar agua de mar hace 25 años para garantizar el sumi-nistro a las parcelas agrícolas que se trataba de vender. Hay que notar que en aquellos años existían tecnologías para desalar agua de mar, que por ejemplo se estaban empleando ampliamente en los países productores de petróleo y también en Canarias, pero no en la agricultura, puesto que el coste era de unas 500 ptas/m3 (3 eu/m3). La desalación se venía practicando en esos lugares citados y a unos costes elevadí-simos, porque era la única forma de suministrar agua a la población de aquellas áridas tierras, y las tecnologías utilizadas, muy ineficientes, consistían en evaporar el agua con sales para luego recoger los vapores desprendidos y condensarlos. Pero producir ese vapor era caro y se empezó a asociar la desalación con la produc-ción de energía eléctrica, que también se necesitaba en importantes cantidades en aquellos países. Así surgen las plantas duales que producen electricidad y agua tratando de mejorar las ineficiencias de ambos procesos para reducir los costes del agua. Sin embargo era muy difícil discernir en dichas plantas lo que eran realmente costes asociados al agua y costes asociados a la electricidad, puesto que había que producir vapor tanto para alimentar las turbinas que producían kilowatios como los evaporadores que producían m3 de agua desalada. Así pues esta tendencia se mantiene durante años por lo que la desalación se em-plea exclusivamente en los lugares ya comentados y también aunque con carácter puramente testimonial en algunas industrias que necesitaban un agua de muy ele-vada calidad y que instalaban pequeñas plantas de vapor. El coste era como se puede suponer elevadísimo, pero sea porque en unos casos se disponía de petróleo en abundancia y barato, y en otros el producto industrial final que se obtenía permitía pagar esos elevados precios, esos procesos siguieron ade-lante y directa o indirectamente han influido en el desarrollo de las tecnologías de desalación. No es por tanto esa la desalación de la que vamos a hablar aquí, que no tiene ninguna aplicación en nuestro entorno y menos aún en la agricultura.



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Sin embargo es conocido que se está empleando agua desalada en este sector y por tanto debe haber un momento en que se ha debido producir un cambio trascenden-tal. Pues bien ese cambio se inicia hace unos 25 años cuando se empiezan a comerciali-zar las primeras membranas de osmosis inversa, una extraña palabra que entonces “sonaba a chino”, pero que ya hoy es tan familiar como hablar de whisky o Mac Donnald´s. Aquellas membranas solo permitían su utilización para desalar agua salobre, es de-cir de hasta unos 10-12 gr/l de sales totales, y a un precio que si no barato empe-zaba a ser razonable, especialmente si se comparaba con lo que había en el merca-do en aquél momento. Parecía que si se había conseguido producir una membrana separadora de sales que permitía desalar agua salobre, pronto se iba a conseguir una membrana para des-alar agua de mar. Y sin embargo no fue así, y pasaron hasta 10 años hasta que la nueva membrana apareció en el mercado. Y es que para desalar agua salobre bastaba con que la membrana rechazara un 85 % de las sales, mientras que para desalar agua de mar tenía que rechazar más del 98 % y eso no era tan fácil de conseguir, pues si para desalar aguas salobres la membrana tenía que soportar presiones de 30 a 40 Kg/cm2 para desalar agua de mar tenía que soportar mas de 60 Kg/cm2, por lo que existía un problema mecánico además del químico, que no fue muy fácil de resolver durante años. Pero volviendo a nuestra membrana, en esos diez años no es que no se consiguiera nada, sino que a través de la investigación se iban mejorando las prestaciones de las membranas de agua salobre, que cada vez rechazaban mas sales y eran mas permeables por lo que también se reducían las presiones que eran necesarias apli-car. Al fin se consiguen membranas con un rechazo igual o superior al 99 % y se empie-zan a utilizar con resultado diverso en la desalación de agua de mar, pues de un lado el agua desalada seguía teniendo un contenido alto de sales, por lo que había que volverla a desalar, esta vez con membranas de agua salobre, con lo que aun-que se incrementaban los costes de inversión en las instalaciones y el consumo energético, se estaba muy por debajo de las otras tecnologías comerciales entonces utilizadas, y es que en este último concepto la energía, está la base de todo el desa-rrollo. Pero es que además aquellas membranas que funcionaban tan bien en los laborato-rios luego al llevarlas a la realidad planteaban numerosos problemas, y entonces es cuando se empieza a tomar conciencia de que para desalar no hace falta solo tener buenas membranas, sino que además es necesario conocer muy bien su comporta-miento y acondicionar el agua para que las membranas puedan durar mucho tiempo



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y por tanto producir un agua mas barata. En todo este proceso se invierten no solo años sino mucho dinero y es fundamental el papel que desarrolla la Administración Pública norteamericana que financia gran parte de esos proyectos de investigación. Pero esto no ha acabado todavía y se empieza a trabajar en conseguir una mem-brana que sea capaz de producir agua de buena calidad a partir del agua de mar, pero de una sola vez o lo que se llama en una etapa, no en dos como ocurría ante-riormente. Y esto se logra cuando empiezan a producirse membranas con rechazo de sales superior al 99,2 % lo cual se produce alrededor del año 1.986. Es por tanto una bonita pero cruda historia que nos permite hoy poder hablar de desalar agua de mar para uso agrícola. 4.3.- Costes La desalación es una tecnología utilizada para conseguir un producto final determi-nado, es decir podemos asimilarla a un proceso industrial, y como en todos los pro-cesos industriales es necesario invertir un capital, consumir energía y hacer funcio-nar la maquinaria de la mejor forma posible, por tanto estos son los capítulos que deben considerarse cuando se habla de costes de la desalación. Hay por último otro aspecto que debe tomarse cada vez mas en consideración como es la financiación de las plantas desaladoras. Si hace unos años no se le daba demasiada importancia a este aspecto, al cons-truirse cada vez plantas desaladoras mas grandes y ser necesarios en consecuencia volúmenes de capital mayores, hay que recurrir a préstamos y en consecuencia las condiciones que se puedan conseguir para los mismos, pueden ser decisivos a la hora de la adjudicación de un contrato de suministro de agua. Al hablar de costes hay que distinguir muy bien según se trate de plantas desalado-ras de agua salobre o de agua de mar, pues existen unas diferencias muy importan-tes entre unas y otras que derivan de dos aspectos muy importantes; las inversio-nes tan distintas en unos y otros casos y el consumo energético, también muy dis-tinto entre ambas. Si al hablar de inversión siempre se hace referencia a la economía de escala que hace que la inversión por m3/día producido sea tanto menor cuanto mayor sea la planta, también esto ha sido cierto hasta hace poco tiempo en cuanto al consumo energético, puesto que se han ido construyendo módulos cada vez mayores porque al aumentar el tamaño también aumentaba la eficiencia energética de los equipos. Sin embargo esto último ya no es tan cierto, especialmente desde que han apareci-do en el mercado nuevos equipos de recuperación de energía que se adaptan per-fectamente a instalaciones de pequeño tamaño. Inversiones



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Se han reducido considerablemente, especialmente por el abaratamiento del precio de las membranas, que además de ser cada vez de mayor calidad, valen la mitad de lo que valían hace diez años. El resto de los elementos técnicos de la instalación han ido subiendo a un ritmo muy lento, pero principalmente debido a la competencia que se ha introducido en el mercado entre distintos fabricantes, que hace unos años no existía. En el siguiente cuadro se recogen unos costes medios por m3 de la inversión, que como se ve depende en gran medida de la capacidad de la planta. Costes de Inversión

Agua de mar Agua salobre

Tamaño en m3/día

Ptas /m3.día Eu/m3.dia Ptas /m3.día

< 500 270,46 45.000 500 - 1.000 228,38 38.000 1.000 - 1.500 204,34 34.000 1.500 - 2000 174,29 29.000 > 2.000 150,25 25.000 < 5.000 160.000 961,62 5.000 – 10.000 142.500 856,44 .10.000 - 25.000

125.000 751,27

25.000 - 40.000

110.000 661,11

40.000 - 60.000

101.750 611,53

60.000 - 80.000

98.000 588,99

80.000 - 100.000

87.500 525,89

> 100.000 84.250 506,35 La amortización de estas cantidades va a depender del tipo de interés a aplicar, y según las circunstancias de los mercados financieros actuales puede estar compren-dida entre 0,17 y 0,25 euros/m3 (30 – 45 ptas/m3) Energía Es el principal componente de los costes de operación de una planta desaladora y



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según los casos también de los costes totales, incluida la inversión. Por ello gran parte de los avances conseguidos en el campo de la desalación han ido dirigidos a la reducción del consumo energético, bien mediante el desarrollo de tecnologías mas eficientes energéticamente, o a través de mejoras en los propios equipos de la planta desaladora. En el cuadro siguiente se puede ver como ha evolucionado a la baja el consumo energético a lo largo de los años Variación del consumo energético en plantas desaladoras Año Tecnología KWh/m3 KWh/1000G 1970 MSF 22 83 1980 MSF 18 66 1985 VC 15 57 1988 VC 13 49 1990 RO 8,5 32 1994 RO 6,2 23,5 1996 RO 5,3 20 1998 RO 4,8 18,5 1999 RO 4,5 17 2000 RO 4,0 15 2001 RO 3,7 14 Otros costes En los restantes costes que influyen en el precio de producción del agua desalada, personal, reactivos químicos, mantenimiento, etc, no se han producido variaciones tan importantes. Aunque pueden existir diferencias importantes entre unas desaladoras y otras, el aspecto que mas repercute en el coste total es el tamaño de la planta que influye en la reducción de los costes relativos a la mano de obra, y como ya se ha visto también en la amortización. En cuanto a consumo de reactivos, las diferencias dependen del tipo de toma de agua que se puede conseguir, y que está mas relacionado con las condiciones hidrogeológicas del terreno, que con la pericia de los técnicos. También dependen de esta los gastos en reposición de membranas y filtros. Los gastos de mantenimiento se han ido reduciendo como consecuencia de la intro-ducción de materiales especiales en la construcción de equipos, altamente resisten-tes a la corrosión.



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Costes totales Esto ha determinado que los costes totales hayan bajado también considerablemen-te a lo largo de los años

Variación de los costes totales del agua de mar desalada en España

Año EU/m3 US $/m3

1970 2,1 2,33 1980 1,81 2,01 1985 1,11 1,23 1990 0,96 1,07 1992 0,87 0,96 1994 0,75 0,83 1996 0,66 0,73 1998 0,58 0,64 2000 0,52 0,58 2001 0,48 0,53

Agua salobre En el caso del agua salobre las variaciones son mas importantes, pero los costes son siempre inferiores a los del agua de mar, aunque los costes de operación en muchos casos se han ido igualando. Además en la desalación de aguas salobres hay que tener también en cuenta la posibilidad de utilizar la tecnología de electrodiálisis, no muy familiar en muchos lugares y que puede en determinadas circunstancias competir favorablemente con la osmosis inversa Resumen costes totales de producción Si tenemos en cuenta todos los conceptos citados podemos establecer unos costes promedio del agua desalada en función del tipo de proceso utilizado y según se tra-te de agua salobre o de mar, que se resumen en los siguientes cuadros. Costes de desalación de aguas salobres

Osmosis In-versa Electrodiálisis

EU/m3 EU/m3 Energía 0,08 - 0,12 0,1 - 0,17 Mano de obra 0,02 - 0,08 0,02 - 0,07



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Productos químicos 0,02 - 0,03 0,006 - 0,009 Cambio de Membranas 0,01 - 0,02 0,006 - 0,01 Limpiezas químicas 0,2 - 0,4 0.0006 -0,001 Mantenimien-to 0,01 - 0,02 0,006 - 0,01 Total costes de operación 0,15 - 0,27 0,14 - 0,27 Amortización 0,07 - 0,09 0,08 - 0,12 Costes me-dios totales 0,21 - 0,36 0,22 - 0,38 Costes de desalación de agua de mar MSF MED C.V. O.I. EU/m3 EU/m3 EU/m3 EU/m3 Energía Fuel 0,44 0,29 0 0 Electricidad 0,17 - 0,18 0,08 – 0,09 0,56 - 0,61 0,25 - 0,30 Mano de obra 0,036 - 0,04 0,036 - 0,04 0,06 - 0,09 0,02 - 0,09 Productos químicos 0,036 - 0,05 0,03 – 0,04 0,024 - 0,04 0,024 - 0,06 Cambio de Membranas 0 0 0 0,01 - 0,04 Limpiezas químicas 0,001 - 0,002 0,001 - 0,002 0,001 - 0,002 0,001 - 0,002 Mantenimien-to 0,02 - 0,036 0,02 - 0,036 0,018 - 0,03 0,02 - 0,036 Total costes de operación 0,71 - 0,74 0,46 - 0,50 0,66 - 0,78 0,34 - 0,54 Amortización 0,38 - 0,39 0,38 - 0,39 0,40 - 0,42 0,17 - 0,25 Costes me-dios totales 1,09 - 1,15 0,85 - 0,90 1,07 - 1,20 0,5 - 0,79 4.4.- Financiación La demanda creciente de agua desalada por parte de Ayuntamientos, Gobiernos Regionales, Instituciones, etc, determina una importante escasez de dinero por par-te de las Administraciones , por lo que cada vez se requiere mas la participación del capital privado para llevar adelante los proyectos que se proponen. De otra parte la capacidad de gestión económica que tienen las empresas privadas es en muchas ocasiones superior al de los entes públicos y desde luego tienen una mayor agilidad lo que les permite negociar condiciones de crédito y pago, en mu-chas ocasiones difíciles de cumplir por la parte pública. Existen varias formas de financiación de las obras de desalación y la adopción de una u otra no es solo cuestión de capacidad financiera del usuario final, sino tam-bién de otros aspectos a los que hay que prestar atención. La forma aparentemente más sencilla y en teoría mas barata que es el llave en ma-no, cada vez es menos frecuente pues no solo se requiere una capacidad financiera



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determinada por parte de quién necesita el agua, sino también la asunción de unos riesgos que muchas veces no son tenidos en cuenta. Esta fórmula desde luego es tanto menos frecuente cuanto mayor es el tamaño de la planta que se quiere construir y en general solo la están poniendo en práctica aquellas entidades u organizaciones que ya disponen de una experiencia y una in-fraestructura relacionada con la explotación de plantas de agua, sean o no desala-doras. Como caso excepcional está el de las pequeñas plantas de agua salobre, de indus-trias o agricultores que pueden explotar directamente, aunque no siempre eficien-temente dichas plantas. En los demás casos se recurre a formas de financiación a largo plazo entre las que se encuentran lo que se denomina BOO y BOOT. En la primera de ellas se busca un contratista que construya la planta y que por tanto invierta el dinero necesario y la explota por un cierto número de años cobran-do una cantidad por m3 producido y entregado al usuario final. Al final del periodo se tiene que volver a negociar el precio del m3 con dicho contratista que sigue sien-do el dueño de la instalación. La segunda, parecida a la anterior en cuanto al inversor y explotador de la planta, difiere de ella en que una vez terminado el plazo de vigencia del contrato la propie-dad pasa al usuario que puede volverle a adjudicar la explotación por otro periodo, al mismo contratista a otro contratista distinto del anterior, o puede decidir su ex-plotación directa. 4.5.- Utilización de la desalación en la agricultura Para decidir la utilización de agua desalada en la agricultura, debe tenerse en cuen-ta el valor añadido que produce en cada zona y en cada producto la utilización de 1 m3 de agua. En la actualidad no es posible realizar una agricultura rentable sin la utilización del riego, y ello nos lleva a evaluar la parte de los costes totales de producción que pueden asignarse al agua. En un estudio realizado hace unos dos años para toda España sobre el valor de la producción final agraria de los regadíos, se detectaba que buena parte de las zonas de riego valorizan el m3 de agua utilizada muy por encima de los costes del agua desalada, lo que en teoría permitía utilizar la desalación de agua de mar no solo en las zonas costeras y en productos muy específicos, sino con una mayor amplitud de miras. En la práctica esto no es exactamente así, puesto que por el momento nadie se plantea desalar agua de mar para impulsarla a 100 km de la costa, sin embargo los



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regadíos de invernadero de la España peninsular y Canarias, si permiten el uso de esa agua desalada y de hecho se está haciendo desde hace años. En Gran Canaria, no con carácter general pero si en determinadas zonas se está utilizando agua desalada para el riego de los cultivos (15.000 m3/día en platanera y 10.000 m3/día en tomate). También en Mazarrón existen unos 40.000 m3/día de agua de mar desalada que se están utilizando para el riego de productos hortícolas para la exportación. La planta desaladora de Carboneras de 110.000 m3/día se va a dedicar a la agricul-tura y también las desaladoras de Rambla de Morales y Bajo Almanzora van a tener este uso final. Por tanto las posibilidades de uso de la desalación en la agricultura están amplia-mente corroboradas por los hechos, solamente hay que añadir que una de las razo-nes por las que mas dificultades tiene la desalación para progresar o penetrar en el sector agrícola es la mentalidad de muchos agricultores que todavía no han asumido que el agua es un bien escaso y que no es una obligación de la Administración su-ministrársela de forma gratuita o a bajo coste. Sabemos cuales son los costes reales de desalar agua, ahora cada agricultor debe estudiar su explotación y decidir si le conviene o no instalar una planta desaladora, pero pensando que la totalidad de los costes los debe asumir él mismo, no esperan-do que sea la Administración la que tome la iniciativa. El valor final de la producción agraria en esta zona es tan elevado, que el retrasar la toma de decisiones dos o tres años, solamente por la espera de que la administra-ción asuma esas responsabilidades le puede provocar pérdidas económicas impor-tantes, que debe valorar.



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ANEXO FOTOGRÁFICO: Filtros de arena a presión

Bomba de alta presión

Detalle de bomba de alta presión



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Captación de agua de mar

Filtros abiertos por gravedad



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Acondicionamiento químico del agua

Filtros cerrados a presión



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Filtros cerrados a presión

Filtros de cartucho



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Aspecto exterior de una IDAM

Bastidor de Membranas



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Detalle de Bastidor de Membranas



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Bombas de alta presión

Conjunto de bastidores de ósmosis y bombas de alta presión



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Depósito de agua tratada

Vista exterior de la instalación

DESALACIÓN - EOI

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