lunes, 24 de octubre de 2011

Ósmosis Inversa Doble Paso para 1,5 m3/h. Agua Desmineralizada




El presente proyecto tiene por objeto el cálculo y diseño de un sistema de doble paso para producir agua en la cantidad y calidad acorde con sus necesidades.


De acuerdo con las indicaciones del cliente los caudales de tratamiento son los siguientes:


A.- AGUA   DESIONIZADA
 

Caudal útil de tratamiento: 1,5 m3/hora


Hasta hace pocos años el sistema para la obtención de agua desmineralizada de alta calidad, estaba totalmente basado en la tecnología del intercambio iónico en la cual se utilizan reactivos químicos para la regeneración de las resinas, provocando gran cantidad de aguas residuales contaminantes.


Debido a la cada vez más exigente reglamentación sobre la calidad de las aguas residuales antes de vertido, es necesario proceder al tratamiento de los efluentes generados en la regeneración con el consiguiente gasto que ello conlleva.


Las investigaciones se han centrado en el desarrollo de tecnologías de tratamiento que no usen prácticamente productos químicos. La tecnología más utilizada actualmente es la desmineralización mediante el empleo de membranas de Osmosis Inversa (RO) pero que en función de las características del agua a tratar y a las exigencias de calidad no es suficiente el realizar un simple paso Osmótico siendo necesario el efectuar un doble paso osmótico como es el caso que nos atañe.


La instalación que tenemos el gusto de proponerles, para producir un agua en cantidad y calidad según lo indicado anteriormente, estaría constituida por las siguientes etapas de tratamiento:

Instalación de Osmosis Inversa por: 

·                Filtración de desbaste.

·                Dosificación de antincrustante

·                Dosificación de reductor de oxígeno

·                Bombeo de aporte

·                Microfiltración.

·                Bombeo de alta presión

·                Rack de membranas de O.I. 1ª PASO

·                Rack de membranas de O.I. 2ª PASO

·                Sistema de flushing

·                Cuadro eléctrico de control 

Las principales características del agua que ha servido de base para el presente estudio son las que a continuación se relacionan: 

Alcalinidad total…………………. 237 mg/l CaCO3

Calcio……………………………. 545 mg/l CaCO3

Cloro residual libre……………… < 0,1 mg/l

Cloruros………………………….. 57 mg/l

Conductividad…………………… 1309 µS/cm

DQO……………………………… < 10 mg O2/l

Dureza…………………………… 790 mg/l CaCO3

Fosfatos…………………………. < 0,2 mg/l

Hierro…………………………….. < 0,1 mg/l

Nitratos…………………………… 72,7 mg/l

pH …………………………………. 7,7

Sílice………………………………. 13,5 mg/l

Sulfatos……………………………. 545 mg/l 

La instalación se ha diseñado para producir un volumen diario  de acuerdo a sus necesidades, siendo estas las siguientes:



Parámetro
Rango
Unidades
Tiempo de producción
24
Horas/día
Producción por  OSMOSIS
36
m3/día
Caudal útil OSMOSIS
1,5
m3/hora

La temperatura de diseño es uno de los factores más importantes en el cálculo de la producción de los equipos de OSMOSIS INVERSA. Todos los fabricantes de membranas dan la producción nominal de las mismas a unas condiciones estándar de prueba. La temperatura estándar de prueba es de 25 ºC, temperatura raramente existente en las condiciones reales de funcionamiento de una instalación. 

Debido a cambios físicos en determinadas características del agua con la temperatura, como es la viscosidad, el flujo de permeado y en consecuencia la producción de una membrana aumenta o disminuye de un 2,5 al 3 % por cada grado de aumento o disminución de temperatura, con relación a 25 ºC (manteniéndose constantes las otras variables como son salinidad, presión, pH y conversión). 

Con la temperatura adoptada de cálculo, la producción queda garantizada, siendo esta la siguiente: 

Parámetro
Rango
Unidades
Temperatura
18 ¸ 20
ºC

Se entiende por  recuperación el porcentaje de agua tratada obtenida del total de agua de alimentación al equipo de membranas.  

El presente ESTUDIO se ha realizado con la siguiente recuperación total: 

Parámetro
Rango
Unidades
Recuperación
60
%

Esta recuperación TOTAL de la instalación implica los siguientes balances: 

Parámetro

Unidades
1º PASO OSMOTICO
Alimentación a  instalación
60
m3/24horas
Caudal alimentación
2,5
m3/h
Recuperación
69
%
Producción instalación
52,8
m3/24horas
Caudal producto osmosis
2,2
m3/h
Caudal rechazo osmosis
* agua perdida
1
m3/h



Parámetro

Unidades
1º PASO OSMOTICO
Alimentación a  instalación
60
m3/24horas
Caudal alimentación
2,5
m3/h
Recuperación
69
%
Producción instalación
52,8
m3/24horas
Caudal producto osmosis
2,2
m3/h
Caudal rechazo osmosis
* agua perdida
1
m3/h

Con el fin de eliminar los sólidos gruesos de tamaño superior a 50 micras que podrían estar presentes en el agua de aporte, se procede a su filtración sobre lecho de arena silícea de granulometría comprendida entre 0,5 y 0,8 mm y de antracita de granulometría comprendida entre 0,8 y 1,6 mm. 

Un filtro de sílex-antracita construido totalmente en materiales anticorrosivos.

Válvula en material plástico de gran resistencia, con conexión a 1 ¼” de montaje superior modelo SIATA 230.

Programador cronométrico electrónico MULTICONTROL

Botella 21” de diámetro en Poliéster reforzada con fibra de vidrio (PRFV) con sus correspondientes elementos internos (superior e inferior) para una perfecta distribución del agua.

Carga de sílex 180 kg y antracita 70 kg de gran capacidad de filtración.

Presión mínima de trabajo: 2,5 bar

Presión máxima de trabajo: 7 bar

Tensión eléctrica: 220V-12V 50 Hz.

Altura: 1912 mm.

Ancho total: 550 mm. 

El agua perfectamente filtrada y acondicionada, deberá ser impulsada desde el depósito de amortiguación hasta la bomba de alta presión.  

Se montará una bomba centrífuga multi etapa de alta presión marca GRUNDFOS de montaje vertical modelo CRN 3-12, impulsores, cámaras intermedias y camisa exterior en Acero Inoxidable DIN W.-Nr. 1.4301. Tapa del cabezal y base de la bomba de Acero Inoxidable DIN W. –Nr 1.4408 

Potencia: 1,1 KW 

El pretratamiento químico tiene por objeto acondicionar las características químicas del agua bruta para su posterior desalación, previniendo de esta manera precipitaciones y ensuciamiento de las membranas, tanto de origen biológico como mineral. 

El cloro libre, que pueda aparecer como residuo de la dosificación de hipoclorito en el agua de aporte, es un potente oxidante y, como tal, hay que evitar que entre en contacto directo con las membranas. De lo contrario éstas podrían sufrir daños irreparables en cuestión de segundos.  

Para compensar el carácter oxidante del cloro se dosificará un potente reductor, que en este caso se recomienda sea metabisulfito sódico (NaHSO3).  

La reacción de reducción del Cl2 a Cl- es: 

Cl2 + 2 e- Û  2 Cl- 

Siendo la oxidación del bisulfito: 

SO32-  Û  SO42-  + 2e- 

En conjunto: 

Cl2  + SO32-  Û  SO42-  + 2 Cl- 

Ajustando cargas: 

Cl2  + NaHSO3 + H2O  Û  NaHSO4  + 2 HCl
 

La relación estequiométrica entre Cl2  y NaHSO3  será:

104 g de NaHSO3   reaccionan con  71,1 g de Cl2 

Luego el consumo de bisulfito será el siguiente: 

Por seguridad y para asegurarnos de que el anterior equilibrio se desplaza completamente, consideramos una dosis de metabisulfito de 1,5 g/m3. 

La dosificación  de estos productos se realizará mediante una bomba dosificadora con regulación manual del caudal 0-100%. Purga Manual y protección IP65.

La dosificación se realizará desde un depósito de 100 litros de capacidad. El depósito llevará su respectiva sonda neumática para el paro del sistema en caso de falta de producto. 

Al agua industrial se le dosifica un producto dispersante y anti-incrustante para evitar  la precipitación de sales incrustantes de calcio, magnesio, estroncio y bario, las cuales producen un rápido atascamiento de las membranas con la consiguiente disminución del caudal de agua permeada. 

La dosificación  de estos productos se realizará mediante una bomba dosificadora con regulación manual del caudal 0-100%. Purga Manual y protección IP65. 

La dosificación se realizará desde un depósito de 100 litros de capacidad. El depósito llevará su respectiva sonda neumática para el paro del sistema en caso de falta de producto. 

Se instalará una carcasa de filtro en acero inoxidable AISI316 que albergará 3 cartuchos de 20” de polipropileno compactado con una capacidad de filtración de 5 mm, protegiendo de esta manera las membranas de ósmosis inversa ante la posible presencia de pequeñas partículas en el agua de aporte. Manómetro de presión de entrada al filtro. 

El agua perfectamente acondicionada llega al sistema de bombeo de alta presión, el cuál lo impulsa hacia las membranas de O.I. 

El agua a tratar tiene una presión osmótica natural  de aproximadamente 0,1 kg/cm2. Esta presión natural, más la presión neta necesaria para la obtención de la producción calculada, en nuestro caso y para las condiciones de diseño es de 23 Kg/cm2 con un caudal de 3,9  m3/h, se obtiene mediante el empleo de electrobombas. 

Se montará una bomba centrífuga multi etapa de alta presión, marca GRUNDFOS de montaje vertical modelo CRN 3-36, impulsores, cámaras intermedias y camisa exterior en Acero Inoxidable DIN W.-Nr. 1.4301. Tapa del cabezal y base de la bomba de Acero Inoxidable DIN W. –Nr 1.4408 Potencia: 3 KW. 

El agua impulsada por la bomba descrita anteriormente, entra en las membranas de OI. 

El primer paso irá provisto de 12 membranas de 4” de configuración espiral, construida en poliamida y especial para aguas salobres, de alta eliminación de sales. 

Estas membranas tienen una gran resistencia química ya que pueden trabajar en un rango de pH de 2 a 12, lo que les confiere una gran facilidad de lavado y recuperación, al admitir gran variedad de productos químicos de lavado. 

Las membranas irán montada en tres contenedores capaces de contener 4 membranas cada contenedor. 

Es muy importante que estos tubos sean de esa resistencia con el fin de asegurarnos que pueden soportar la presión que la bomba de alta puede proporcionar en casos accidentales. 

El segundo paso irá provisto de 6 membranas de 4” de configuración espiral, construida en poliamida y especial para aguas salobres, de alta eliminación de sales. 

Estas membranas tienen una gran resistencia química ya que pueden trabajar en un rango de pH de 2 a 12, lo que les confiere una gran facilidad de lavado y recuperación, al admitir gran variedad de productos químicos de lavado. 

Las membranas irán montadas en dos contenedores capaces de albergar 3 membranas cada contenedor 

Es muy importante que estos tubos sean de esa resistencia con el fin de asegurarnos que pueden soportar la presión que la bomba de alta puede proporcionar en casos accidentales. 

El sistema para poder realizar el desplazamiento y lavado de las membranas estará formado por un depósito de 300 litros. Para la limpieza se emplea la misma bomba que el bombeo de aportación. 

Con el fin de asegurar en todo momento un perfecto funcionamiento del bastidor de ósmosis inversa, se ha dotado al mismo de los siguientes elementos: 

·         Conductivímetro agua producto: para controlar de forma continua la calidad del permeado producido por las membranas. 

·         Medidor de potencial Redox: para controlar de forma continua que no entra cloro a las membranas y parar el sistema de osmosis en caso de detectarlo. 

·         Medidor de pH: para controlar de forma continua el pH del agua bruta. 

·      Caudalimetros para permeado, rechazos y recirculación: permiten comprobar la conversión a la que está trabajando la planta, y la producción solicitada. 

·      Presostato de mínima: evita que las bombas de alta funcionen con ausencia de agua. 

·      Presostato de máxima: evita que se sobrepase una presión fijada para evitar daños en el sistema. 

·        Manómetros: permitirán conocer en todo momento las presiones más significativas presentes en el bastidor: entrada, rechazo y permeado. 

·                  Válvula de regulación de rechazos: Servirá para modificar el factor de conversión de la instalación existiendo una en cada etapa de membranas. Materiales: Serán del tipo de aguja y construidas en acero inoxidable AISI 316. 

·                  Válvula de recirculación de rechazo: Servirá para asegurar un caudal mínimo de salida de rechazo existiendo una en cada etapa de membranas. Será del tipo de aguja y construida en acero inoxidable AISI 316. 

·                    Válvulas de purga de concentrado: Servirán para la realización del flushing de cada etapa de membranas. Materiales: en acero inoxidable AISI 316. 

·                    Tuberías en inox: Los colectores de entrada a los porta membrana desde la bomba de alta  y los de salida de rechazo  hasta la válvulas de regulación de rechazo estarán construidos en acero inoxidable AISI-316, realizándose la unión mediante Vitaulic 

·                    Tuberías en PVC: Todas las tuberías a excepción de las descritas anteriormente, estarán construidas en PVC-PN16 o tubing de PE. 

Estructura soporte: El bastidor de membranas estaría construido en perfiles de acero INOXIDABLE AISI-304. 

El control del sistema lo realizara un Autómata programable PLC, el cual llevará a cabo los requerimientos de lógica secuencial y funciones de control modulado. El PLC dispondrá de comunicación interfase con una pantalla táctil.  

Todo el conjunto anterior ira instalado en el interior de un cuadro eléctrico. Dicho cuadro albergará también los diferenciales, magneto térmicos, interruptores, etc., necesarios para el correcto funcionamiento de la instalación.

0 comentarios:

Publicar un comentario en la entrada