Revista Lanxess Ano 2 Nº 4 ESP | Page 10

negocios LANXESS La tecnología Tecnologia innovadora tiene como resultado inovadora resulta un desempeño para el emmejor melhor desempenho tratamiento de agua para o tratamento de água Foto: shutterstock.com El mundo se está quedando sin agua En el 2025, aproximadamente mil millones de personas no tendrán acceso al agua potable. Con este escenario, el tratamiento de agua por ósmosis inversa (OI), una tecnología de purificación de agua que remueve principalmente los iones monovalentes utilizando una membrana semipermeable, puede desempeñar un papel importante en la reducción de la escasez de agua. Pero para esta tecnología los costos de energía también tienen un papel muy importante. Cualquier mejora en la tecnología de la membrana o del elemento puede aumentar la eficiencia del proceso. En un proyecto de investigación conjunta, Conwed Plastics, empresa líder en la propuesta de soluciones amplias e innovadoras de red de plástico de fuente única, con sede en Genk, en Bélgica, y LANXESS, por medio de su unidad de negocios Liquid Purification Technologies (LPT), uno de los principales proveedores mundiales de productos para tratamiento de agua y otros medios líquidos, probaron que las innovaciones tecnológicas del espaciador resultan en un mejor desempeño del elemento de OI. Ósmosis Inversa, el proceso Una presión aplicada se utiliza para s uperar la presión osmótica natural. Las membranas de OI se ofrecen en forma de elementos espirales para una enorme variedad de aplicaciones en desalinización. Generalmente conocidos como malla, red o tela, los espaciadores actúan como una de las capas espirales de los elementos OI y proporcionan una separación vital entre las membranas para lograr una filtración eficiente. Un elemento espiral se refiere a una configuración de membrana, constituida por combinaciones de “membrana de hoja plana - espaciador de canal de permeado - membrana de hoja plana espaciador de canal de alimentación”, enrolladas alrededor de un tubo de recolección de permeado. Conforme se muestra en la Figura 1, la estructura del elemento de membrana contiene el espaciador que separa las superficies de las envolturas de membranas adyacentes. El espaciador, configurado como una red, mantiene el canal de alimentación abierto, permitiendo que el agua de alimentación fluya dentro de los canales de alimentación, junto al elemento de membrana; la Figura 2 muestra un elemento de OI enrollado en espiral. Desafíos de la Ósmosis Inversa Se pueden identificar tres principales desafíos en el proceso de tratamiento de agua por medio de OI. Los siguientes aspectos son estudiados, analizados y reconocidos como ítems críticos para los fabricantes de membranas, enrolladores y operadores de plantas: • Caída de la presión; • Daños en la membrana; • Incrustación biológica y descamación; Estos desafíos estimularon los esfuerzos tecnológicos combinados entre Conwed Plastics y LANXESS a desarrollar nuevos productos de OI más eficientes. Efecto del espaciador en la caída de presión El espaciador es un componente esencial en los elementos de membrana en espiral. Los espaciadores 10 se fabrican a partir de materiales poliméricos y se optimizan para mantener el desempeño estable de los elementos de membrana, para una amplia variación de parámetros de la composición de agua, de alimentación y de proceso. Las configuraciones del canal de alimentación y de la red del espaciador se muestran esquemáticamente en la Figura 3. El canal de alimentación, el cual se muestra en la configuración sin envoltura, forma una abertura rectangular de específicamente 0,7 a 0,9 mm de altura. Debido a la presencia del espaciador o de los cordones de la red en el canal de alimentación, el área real de sección transversal abierta para el flujo de alimentación es menor que la sección transversal geométrica. El largo del canal de alimentación es de aproximadamente 1 m. La malla del espaciador, la cual cubre todo el canal de alimentación, tiene filamentos o cordones posicionados en dos planos. La característica del plano doble hace que la corriente de alimentación cambie la dirección del flujo a medida que fluye por encima y por debajo de los filamentos subsecuentes. El objetivo del espaciador, además de mantener la apertura del canal de alimentación, es promover la turbulencia de la corriente de alimentación. La necesidad de turbulencia en la corriente de alimentación está relacionada con la naturaleza del proceso de desalinización de OI. El agua de alimentación y las sales disueltas fluyen paralelamente a la superficie de la membrana, con una fracción de agua de alimentación que pasa a través de la membrana con permeado, dejando los iones disueltos en la fracción retenida de la corriente de agua de alimentación. Este proceso genera exceso de concentración de iones disueltos en la superficie de la membrana, un fenómeno conocido como polarización de la concentración. La turbulencia inducida por el espaciador reduce el aumento de la polarización del concentrado, mejorando el desempeño de las membranas de OI. Sin embargo, la turbulencia inducida por el espaciador aumenta la fricción en el canal de alimentación, lo cual se traduce a una caída de la presión de la corriente de alimentación entre los puntos de alimentación y salida de elemento. Las configuraciones actuales de los espaciadores, utilizadas para la construcción de elementos de OI en espiral, se desarrollaron con base en experimentos prácticos y estudios fundamentales. El objetivo fue crear una condición de “mezcla de flujo”, incluso en las bajas velocidades de flujo existentes en los canales de alimentación de los elementos de la membrana en espiral. Los trabajos subsecuentes de investigación y desarrollo demostraron la importancia de la geometría de los filamentos del espaciador, de la configuración angular, así como del alineamiento del espaciador con la dirección del flujo de alimentación. Con base en los resultados experimentales y en la modelación hidráulica, la configuración del espaciador en las aplicaciones de OI evolucionó hacia una red de plano doble con aperturas cuadradas o romboidales. Las configuraciones de redes romboidales son comúnmente conocidas como red de diamante. El espaciador se posiciona en el canal de alimentación con filamentos de red en un ángulo de aproximadamente 45° en relación con la dirección del flujo de alimentación (presentado en la Figura 3). Esta configuración tiene como resultado el equilibro aceptable de turbulencia suficiente y mezcla de la corriente de alimentación, sin caída excesiva de presión.Esta orientación de la red del espaciador se aplica en la gran mayoría de los elementos de membrana de OI y NF (nanofiltración) de configuración en espiral. La orientación de los espaciadores de alimentación, en relación con la dirección de la corriente de alimentación y con la presencia de nódulos de soporte de membrana de alta densidad, tienen como resultado un bloqueo significativo del trayecto del flujo en el canal de alimentación. Por eso, es necesario que el agua de alimentación esté muy limpia y que tenga baja concentración de materia en suspensión para un funcionamiento estable de las unidades de la membrana. Si el canal de alimentación está limpio, sin partículas que puedan bloquear el flujo de agua de alimentación, la caída de presión en un único elemento es de aproximadamente 0,1-0,2 bar. En sistemas de ósmosis inversa, los elementos de membrana trabajan confinados en un recipiente de presión. Un solo recipiente de presión generalmente contiene de 6 a 8 elementos de membrana operando en serie. La caída de presión a lo largo de un recipiente de presión varía entre 0,6 y 1,5 bar. Los sistemas de OI de agua de mar se configuran como unidades con una etapa. Los sistemas de ósmosis inversa para aplicaciones en aguas salobres 11