PFC Mª Cruz González Pérezbibing.us.es/proyectos/abreproy/4909/fichero... · del permeador...

5CAPÍTULO ANÁLISIS DE RESULTADOS5

Proyecto Fin de Carrera: Análisis comparativo de permeadores en plantas de desalación de agua

de mar por Ósmosis Inversa : Recomendaciones sobre selección de diseños

Alumna: Mari Cruz González Pérez

Tutora: Dra. Lourdes García Rodríguez

Análisis comparativo de permeadores en plantas de desalación de agua de mar por ósmosis inversa: Recomendaciones sobre selección de diseños

106 Mari Cruz González Pérez


Mari Cruz González Pérez 107

ÍNDICE DE MATERIAS

ÍNDICE DE MATERIAS……………………………………………..……..107

ÍNDICE DE FIGURAS……………………………………………………...109

5.0 PRESENTACIÓN………………………………………….………......113

5.1 ANÁLISIS DEL PERMEADOR……………….…………..…..……… 114

5.2 COMPARACIÓN DE DISEÑOS…………………………….…….….127

5.3 COMPARACIÓN ENTRE DISEÑO HÍBRIDO Y ESTÁNDAR….… 146

5.4 VARIACIÓN DE PARÁMETROS…………………………….…… …167

5.4.1 Incremento del área…………………….……….………… …167

5.4.2 Incremento de la concentración de alimentaci ón……….170

5.4.3 Incremento de la presión de alimentación………. .………173

5.5 RESUMEN DE RESULTADOS…........................…………………..175

5.5.1 Número de membranas…………………….……………… ...176

5.5.2 Selección de diseños………………………………...……....177

5.5.3 Reflexión sobre variación de parámetros……….. …..…..178

5.5.3.1 Variación del área…………………………………..…..178

5.5.3.2 Variación de la concentración de alimentación……...178

5.5.3.3 Variación de la presión de alimentación……………...179

5.6 REFERENCIAS…........................…………………………….…..….179



ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 5.1 Caudal de alimentación diseño 6……………..…………..….114

Figura 5.2 Caudal de rechazo diseño 6……………………………….....115

Figura 5.3 Caudal de alimentación diseño 6………………………….…115

Figura 5.4 Caudal total de permeado diseño 6……………………….…116

Figura 5.5 Caudal de permeado y alimentación diseño 6…………...…117

Figura 5.6 Caudal de rechazo y alimentación diseño 6……………...…117

Figura 5.7 Conversión de cada membrana diseño 6……………….......118

Figura 5.8 Conversión total diseño 6…………………………………......119

Figura 5.9 Concentración de alimentación diseño 6…………………....119

Figura 5.10 Concentración del rechazo diseño 6…………………….....120

Figura 5.11 Concentración del permeado diseño 6………………….....120

Figura 5.12 Concentración total del permeado diseño 6…………….....121

Figura 5.13 Caudal másico de sales diseño 6…………………………..122

Figura 5.14 Paso de sales diseño 6………………………………………122

Figura 5.15 Presión de alimentación diseño 6……………………...…...123

Figura 5.16 Consumo de la bomba de alta presión por unidad de producto diseño 6………………………………………………………………......124

Figura 5.17 Consumo de auxiliares por unidad de producto diseño 6..124

Figura 5.18 Consumo del recuperador energético por unidad de producto diseño 6………………………………………………………………………….......125

Figura 5.19 Consumo de la bomba de alta presión por unidad de producto diseño 6…………………………………………………………………..125

Figura 5.20 Consumo total con recuperador energético por unidad de producto diseño 6…………………………………………………………………..126

Figura 5.21 Coste total del m3 diseño 6………………………………….126

Figura 5.22 Presión de alimentación todos los diseños……………......127



Figura 5.23 Conversión total 7 membranas todos los diseños………...128


Figura 5.25 Diferencia de conversión total de 7 a 8 membranas todos los diseños……………………………………………………………………………….131


Figura 5.27 Diferencia de conversión total de 8 a 9 membranas todos los diseños……………………………………………………………………………….133

Figura 5.28 Permeado total 7 membranas todos los diseños………….134


Figura 5.30 Diferencia de permeado total de 7 a 8 membranas todos los diseños……………………………………………………………………………….136


Figura 5.32 Diferencia de permeado total de 8 a 9 membranas todos los diseños……………………………………………………………………………….137

Figura 5.33 Concentración total del permeado 7 membranas todos los diseños……………………………………………………………………………….138


Figura 5.35 Diferencia de concentración total de permeado de 7 a 8 membranas todos los diseños………………………………...…………………..140


Figura 5.37 Diferencia de concentración total de permeado de 8 a 9 membranas todos los diseños……………………………………………...……..142

Figura 5.38 Coste total por m3 7 membranas todos los diseños………142

Figura 5.39 Coste total por m3 8 membranas todos los diseños……..143

Figura 5.40 Diferencia de Coste total por m3 de 7 a 8 membranas todos los diseños……………………………………………………………………...…...144

Figura 5.41 Coste total por m3 9 membranas todos los diseños………145

Figura 5.42 Diferencia de Coste total por m3 de 8 a 9 membranas todos los diseños………………………………………………………………………......145



Figura 5.43 Presión de alimentación diseños 2 y 6……………………..146



Figura 5.46 Permeado total diseños 2 y 6…………………...…………..149

Figura 5.47 Permeado total últimas membranas diseños 2 y 6………150

Figura 5.48 Permeado total diseños 3 y 8…………………...………….151

Figura 5.49 Permeado total diseños 4 y 9………………………...……..152

Figura 5.50 Conversión total diseños 2 y 6………………………………153

Figura 5.51 Conversión total últimas membranas diseños 2 y 6………154



Figura 5.54 Concentración total del permeado diseños 2 y 6…………156



Figura 5.57 Consumo total sin recuperador energético por unidad de

producto diseños 2 y 6……………………………………………………………..158


producto últimas membranas diseños 2 y 6……………………………………..159





Figura 5.61 Consumo total con recuperador energético por unidad de








Figura 5.64 Coste total por unidad de producto diseños 2 y 6……...…164

Figura 5.65 Coste total por unidad de producto últimas membranas diseños 2 y 6………………………………………………………………………...165



Figura 5.68 Permeado total área original e incremento de área diseño 6………………………………………………………………………………...…….167

Figura 5.69 Conversión total área original e incremento de área diseño 6………………………………………………………………………………...…….168

Figura 5.70 Concentración total del permeado área original e incremento de área diseño 6…………………………………………………………………….168

Figura 5.71 Coste total por unidad de producto área original e incremento de área diseño 6………………………………………………………169

Figura 5.72 Permeado total concentración original e incremento de concentración diseño 6…………………………………………………………….170

Figura 5.73 Conversión total concentración original e incremento de concentración diseño 6………………………………………………...…………..171

Figura 5.74 Concentración total del Permeado concentración original e incremento de concentración diseño 6…………………………………………...171

Figura 5.75 Coste total por unidad de producto concentración original e incremento de concentración diseño 6…………………………………………...172

Figura 5.76 Permeado total presión original e incremento de presión diseño 6………………………………………………………………………...……173

Figura 5.77 Conversión total presión original e incremento de presión diseño 6……………………………………………………………………...………174

Figura 5.78 Concentración total del permeado presión original e incremento de presión diseño 6…………………………………………...……...174

Figura 5.79 Coste total por unidad de producto presión original e incremento de presión diseño 6…………………………………………...……...175



5.0 PRESENTACIÓN

En este capítulo explicaremos los resultados que, tras implementar el

programa elaborado en Mathcad, hemos obtenido para cada uno de los

diseños explicados en el anterior capítulo.

El programa proporciona para cada permeador la evolución a lo largo

del permeador mediante matrices de dimensión 9x1 de las presiones y

concentraciones de los caudales de cada membrana, además de otros

parámetros de importancia tales como la conversión y algunos costes que

iremos viendo en detalle; al mismo tiempo sacaremos conclusiones para los

casos del permeador compuesto por siete, ocho y nueve membranas. Tras

esto, haremos una comparativa entre los distintos diseños, y sacaremos

asimismo algunas conclusiones al respecto. Una vez hecho lo anterior

contrastaremos un diseño híbrido y otro estándar para cada marca de

membranas, variaremos además el área de la membrana, la presión de la

bomba, y la concentración de alimentación. Para finalizar el capítulo haremos

un resumen de resultados.



5.1 ANÁLISIS DEL PERMEADOR

Para el primer propósito nos apoyaremos en el permeador del diseño 6

de Filmtec, formado por una membrana del modelo SW30HRLE 400i, de alto

rechazo de sales y baja energía, otra del modelo SW30XLE 400i, de alto flujo y

baja energía, y 7 membranas en la cola del modelo SW30ULE 400i, de ultra

baja energía, e iremos viendo y sacando conclusiones acerca de los resultados

que el programa nos facilita.

Empezamos por los caudales implicados en cada membrana y su

evolución desde la primera hasta la novena membrana.

Comenzamos por el caudal de Alimentación:

El caudal de alimentación sigue una evolución descendente, esto es así

porque como ya se ha mencionado en anteriores capítulos, el caudal de

alimentación de cada membrana es el rechazo de la anterior.

Esta disminución es más acentuada en las primeras membranas y luego

se suaviza; la justificación a esto es que el proceso de ósmosis es más

favorable en las membranas iniciales, pues se tiene una mayor presión y una

menor concentración en la alimentación, lo que se traduce en una mayor

presión osmótica, y por tanto en una mayor presión neta diferencial, que es la

fuerza generalizada responsable del fenómeno de desalación por ósmosis.

Caudal de Alimentación

0 2 4 6 8 104

5

6

7

8

9

m3/h

Posición de la membrana

Figura 5.1 Caudal de alimentación diseño 6



Caudal de Rechazo:

El caudal de rechazo sigue una evolución semejante a la anterior, puesto

que como ya se sabe, el rechazo de una membrana es la alimentación de la

siguiente:

Caudal de Permeado de cada membrana:

La trayectoria del permeado es descendente, debido a que la presión de

alimentación va disminuyendo como consecuencia de la pérdida de carga que

se produce en cada membrana, y al aumento de la concentración de

alimentación de cada membrana que se debe a que es la concentración de

rechazo de la membrana anterior, y por tanto posee una mayor concentración

de sales.

Caudal de Rechazo

0 2 4 6 8 104

5

6

7

8

m3/h


Figura 5.2 Caudal de rechazo diseño 6

Caudal de Permeado

0 2 4 6 8 100

0.2

0.4

0.6

0.8

m3/h


Figura 5.3 Caudal de alimentación diseño 6



Hasta la tercera membrana la disminución de permeado es suave, y a

partir de la tercera se acusa un descenso más fuerte, que se vuelve a suavizar

en la sexta membrana. La razón de que en algunas membranas la caída sea

más o menos acusada se tiene en la concentración de alimentación, que se

puede encontrar más abajo, cuya evolución concuerda con la del caudal de

permeado. Si se observa esta concentración, se puede comprobar que va

aumentando, y es también en la tercera membrana donde el crecimiento de

concentración es más alto, lo que se traduce en una menor presión osmótica y

por tanto en una menor cantidad de producto.

Si ahora vamos sumando los permeados totales hasta la membrana en

cuestión obtenemos la siguiente gráfica:

El incremento que se observa de una membrana a otra es cada vez

menor por la razón que explicábamos antes de que el crecimiento del

permeado va disminuyendo.

A continuación vamos a presentar a la vez el caudal de alimentación y

de permeado para comparar ambos caudales y se pueda tener una idea de la

cantidad de producto que se obtiene frente a la alimentación:

Caudal Total de Permeado

0 2 4 6 8 100

1

2

3

4

m3/h


Figura 5.4 Caudal total de permeado diseño 6



Como se advierte, el caudal de permeado es muy pequeño en

comparación al permeado; esto se debe a que la conversión, relación ya

definida y estudiada en el Capítulo de Modelado de un permeador, es un

parámetro que toma valores pequeños.

Por otra parte si se confrontan ahora el caudal de alimentación y el de

rechazo se puede observar como son muy parecidos, hecho que se explica en

la comparación anterior:

Caudal de Permeado y de Alimentación

m3/h

0 2 4 6 8 100

2

4

6

8

10

Caudal de PermeadoCaudal de Alimentación


Figura 5.5 Caudal de permeado y alimentación diseño 6

Caudal de Alimentación y de Rechazo

0 2 4 6 8 104

5

6

7

8

9

Caudal de RechazoCaudal de Alimentación

m3/h


Figura 5.6 Caudal de rechazo y alimentación diseño 6



Vemos ahora la conversión de cada membrana, definida como el caudal

de permeado entre el caudal de alimentación de cada membrana:

La conversión de cada elemento crece en las primeras membranas, ya

que aunque tanto el caudal de permeado como el caudal de alimentación

disminuyen, este último se reduce más fuertemente, lo que hace que la

conversión aumente; a partir de la cuarta disminuye, primero más

acusadamente y luego más suave, como consecuencia de que el caudal de

permeado sigue esta misma evolución y a que el caudal de alimentación va

disminuyendo progresivamente. Esta curva responde a la relación de la curva

de permeado entre la de alimentación.

Conversión de cada membrana

0 2 4 6 8 102

4

6

8

10

12

%


Figura 5.7 Conversión de cada membrana diseño 6



La conversión total del sistema, definida como la relación de la suma de

los permeados de todas las membranas entre el caudal de alimentación de la

primera membrana se muestra seguidamente:

El avance de la conversión a través de las membranas es ascendente,

con un crecimiento más alto en los primeros elementos y más bajo en los

últimos. Esta forma de la curva se debe a que el producto de cada membrana

disminuye a lo largo del permeador, de manera que la suma de los permeados

aumenta, pero a la baja.

Mostramos ahora la concentración de Alimentación:

Conversión Total

0 2 4 6 8 100

10

20

30

40

50

%


Figur a 5.8 Conversión total diseño 6

Concentración de Alimentación

ppm

0 2 4 6 8 103 10

4×

4 104×

5 104×

6 104×

7 104×


Figura 5.9 Concentración de alimentación diseño 6



Aquí podemos comprobar lo que anteriormente ya habíamos comentado,

que la concentración de la alimentación va creciendo a lo largo del permeador

debido a que es la concentración de rechazo de la anterior membrana.

Concentración de Rechazo:

La evolución de esta concentración es creciente debido a que el caudal

de rechazo va disminuyendo y a que en la alimentación la concentración es

también creciente, y eso se traduce en una mayor concentración de rechazo.

Por otra parte el hecho de que el crecimiento vaya disminuyendo se tiene

porque el caudal de rechazo va disminuyendo cada vez menos.

Concentración del Permeado:

Concentración del Rechazo

0 2 4 6 8 104 10

4×

5 104×

6 104×

7 104×

8 104×

ppm


Figura 5.10 Concentración del rechazo diseño 6

Concentración del Permeado

ppm

0 2 4 6 8 100

500

1 103×

1.5 103×

2 103×


Figura 5.11 Concentración del permeado diseño 6



La concentración del permeado va creciendo de una membrana a otra;

la explicación de esto es que la concentración de la alimentación es también

creciente, lo que se traduce en un mayor paso de sales a través de la

membrana; por otra parte el caudal de permeado hemos visto arriba que va

reduciéndose, lo que unido al aumento de paso de sales, disminuye la calidad

del agua producida.

El crecimiento de una membrana a otra va aumentando como

consecuencia de que el paso de sales cada vez es mayor debido a la mayor

concentración en la alimentación y a que el permeado cada vez es menor.

Vemos ahora la concentración del permeado total, que se ha calculado

como una media ponderada de los caudales de producto de cada membrana:

El valor de la concentración total del agua producto se va elevando de

una membrana a otra pues del mismo modo la concentración del permeado va

aumentando. Además el crecimiento de una membrana a otra es cada vez

mayor.

Concentración Total del Permeado

0 2 4 6 8 100

100

200

300

400

ppm


Figura 5.12 Concentración total del permeado diseño 6



El flujo de sales que pasa a través de la membrana se va acrecentando

como puede comprobarse:

El incremento va haciéndose más pequeño a lo largo del bastidor, lo cual

está motivado por la disminución de la diferencia de concentración entre la

alimentación y el agua producto.

Un importante parámetro de las membranas es el paso de sales (SP),

que aparece indirectamente entre las especificaciones técnicas en los

catálogos de las membranas a través del rechazo de sales (SR), y como ya se

especificó es el cociente entre la concentración del permeado y la

concentración de la alimentación:

Caudal másico de Sales

0 2 4 6 8 100.01

0.02

0.03

0.04

0.05

0.06

kg/s


Figura 5.13 Caudal másico de sales diseño 6

Paso de Sales

0 2 4 6 8 100

1

2

3

%


Figura 5.14 Paso de sales diseño 6



Este parámetro se va haciendo mayor a través del tubo permeador dado

que tanto la concentración del producto como la concentración de la

alimentación aumentan, pero el primero lo hace en mayor medida.

Otras de las gráficas que proporciona el programa son las presiones de

alimentación y de rechazo. Introducimos a continuación la de la presión de

alimentación de cada elemento:

La tendencia de este parámetro es a disminuir a su paso por cada

membrana; la causa es la caída de presión que se tiene en cada elemento, la

cual aparece en las especificaciones técnicas de los catálogos como la máxima

pérdida de presión que puede darse. Esta caída de presión es del orden de 0.5

bar.

Ahora veremos el consumo referente a la bomba de alta presión y el

consumo de auxiliares, así como el consumo que se tendría introduciendo un

recuperador energético con rendimiento de un 96 %.

Presión de Alimentación

0 2 4 6 8 1052

52.5

53

53.5

54

bar


Figura 5.15 Presión de alimentación diseño 6



El consumo de la bomba de alta presión, por unidad de producto, para

cada una de las membranas es el siguiente:

Hemos tomado un rendimiento de la bomba de un 75 %.Como puede

advertirse, el consumo de la bomba es cada vez menor a medida que aumenta

el número de elementos, puesto que la potencia sigue siendo la misma (la

presión y el caudal de alimentación son los mismos) y el permeado aumenta

con el número de membranas.

Mostramos ahora el consumo de auxiliares:

Consumo de la Bomba de Alta Presión por unidad de producto

0 2 4 6 8 100

5

10

15

20

25

kWh/m 3


Figura 5.16 Consumo de la bomba de alta presión por unidad de

producto diseño 6

Consum o de Auxiliares por unidad de producto

0 2 4 6 8 100

1

2

3

4

kWh/m 3


Figura 5.17 Consumo de auxiliares por unidad de producto diseño 6



La tendencia es similar a la anterior. Puede comprobarse que el

consumo de la bomba es prácticamente cinco veces mayor que el consumo de

auxiliares.

Continuamos con el consumo de la bomba, pero ahora con recuperador

energético con eficiencia de un 96 %:

La directriz que sigue esta curva sigue siendo la misma, pero ahora

puede observarse como ahora el consumo se ha visto reducido, esto lo

podemos comprobar en la siguiente figura:

Consumo del Recuperador Energético por unidad de producto

0 2 4 6 8 102

3

4

5

6

7

8

kWh/m 3


Figura 5.18 Cons umo del recuperador energético por unidad

de producto diseño 6

Consumo de la Bomba de Alta Presión por unidad de producto

0 2 4 6 8 100

5

10

15

20

25

Consumo de la Bomba sin RecuperadorConsumo de la Bomba con Recuperador

kWh/m 3


Figura 5.19 Consumo de la bomba de alta presión por unidad de

producto diseño 6



La diferencia es mayor en los primeros elementos y luego se suaviza.

Si ahora sumamos el consumo con recuperador energético y el consumo

de auxiliares se obtiene el consumo total por unidad de producto:

Para finalizar con el apartado veremos el coste total por unidad de

producto asociado al permeador. Este coste incluye los costes del precio de las

membranas, el coste energético y de potencia del consumo de la bomba de

alta presión con recuperador energético, y del consumo de auxiliares. Para los

costes de las membranas hemos hecho la suposición de que todas ellas tienen

un precio de 600 €; además, es importante recordar, como se señaló en el

capítulo Modelado de un permeador que estos costes han sido calculados para

5 años. Finalmente se obtiene la siguiente figura:

Consumo Total con recuperador Energético por unidad de producto

kWh/m 3

0 2 4 6 8 102

4

6

8

10

12


Figura 5.20 Consumo total con recuperado r energético por unidad

de producto diseño 6

Coste Total del m 3 en 5 años

0 2 4 6 8 10

0.2

0.4

0.6

0.8

€/m3

Figura 5.21 Coste total del m 3 diseño 6




5.2 COMPARACIÓN DE DISEÑOS

Tras haber interpretado las gráficas que suministra el programa,

pasaremos a comparar los resultados obtenidos para los nueve diseños con

los que hemos trabajado.

Empezamos viendo la presión de alimentación de cada uno de los

diseños del permeador:

Figura 5.22 Presión de alimentación todos los diseño s

DISEÑOS ESTÁNDAR

Diseño 1: 9 SW30HRLE 400i (Filmtec)

Diseño 2: 9 SW30ULE 400i (Filmtec)

Diseño 3: 9 SWC4+max (Hydranautics)

Diseño 4: 9 TM820E-400 (Toray)

DISEÑOS HÍBRIDOS

Diseño 5: 2 SW30HRLE 400i + 7 SW30ULE 400i (Filmtec)

Diseño 6: 1 SW30HRLE 400i + 1 SW30XLE 400i + 7 SW30ULE 400i (Filmtec)

Diseño 7: 2 SWC4+max + 7 SWC6 (Hydranautics)

Diseño 8: 1 SWC4+max + 1 SWC5max + 7 SWC6 (Hydranautics)

Diseño 9: 2 TM820E-400 + 7 TM820F-400 (Toray)



Las presiones utilizadas permiten tener conversiones para siete

membranas entre un 44% y un 45%, y han sido tomadas de la Tesis de

Baltasar Peñate [2].

Las presiones de alimentación de las membranas más elevadas se

tienen para los modelos estándar, y en particular para el modelo 3,

perteneciente a Hydranautics. No obstante también la menor de las presiones

pertenece a un modelo estándar, el modelo 1b de Filmtec el cual está formado

por membranas de ultra baja energía. El modelo 6, también de Filmtec que

tiene 5 membranas de ultra baja energía, es el siguiente con menor presión de

alimentación.

Una cuestión importante de la presión, es que el coste relativo al

consumo energético de la bomba de alta presión, como ya se ha visto en el

apartado anterior, supone una cuantía considerable.

Una vez mostrado las presiones de alimentación, continuamos con la

conversión para un permeador compuesto por 7 membranas:

Figura 5.23 Conversión total 7 membranas todos los diseños



La conversión más alta coincide con el diseño cuya presión de

alimentación es máxima, el modelo 3 de Hydranautics, con una conversión del

44,8 % y una presión de 61,2 bar.

Por otra parte la conversión de los diseños híbridos oscila en torno al

44,1% con un rango de variación de 0,2 %. Mientras que las conversiones son

similares, las presiones de los modelos híbridos difieren en mayor cuantía; los

diseños de Filmtec son los que menores presiones de alimentación tienen, así

pues el diseño 6, con una conversión del 44,1 %, es la que menor presión tiene

de todos los diseños híbridos, con 53,62 bar seguido del diseño 5 con 53,9 bar.

La menor conversión es la del diseño 4 estándar de Toray, con un valor del

43,4 %.

DISEÑOS ESTÁNDAR





DISEÑOS HÍBRIDOS








Continuamos con la conversión para 8 membranas:

Como ocurría en el caso de 7 membranas, la conversión más alta es la

del diseño 3 de Filmtec, su valor es de 47,2 %.

La conversión de los diseños híbridos sigue variando muy poco de un

diseño a otro; en este caso el rango de variación es de 0,4 %, ligeramente

superior al anterior. La mayor conversión la encontramos en los modelos 7 de

Hydranautics y 9 de Toray, con un 46,1 % y 46,2 % respectivamente.


DISEÑOS ESTÁNDAR





DISEÑOS HÍBRIDOS








La menor conversión es de nuevo la del diseño 4 de Toray, esta

conversión es del 45,5 %.

Al aumentar una membrana, la conversión aumenta en un porcentaje en

torno al 2%, en la siguiente gráfica podemos ver la diferencia de conversión al

poner una membrana más en el permeador:

Los modelos estándar son en los que más aumentan la conversión, y

entre ellos el modelo en el que más notable es este crecimiento es el diseño 2,

de membranas de ultra baja energía de Filmtec, cuyo valor se incrementa

respecto al permeador de siete membranas en 2,6 puntos porcentuales.

Entre los diseños híbridos los que sufren un mayor crecimiento son los

diseños 7 de Hydranautics y el 9 de Toray, ambos con un 2 % de incremento.

Figura 5.25 Diferencia de conversión total de 7 a 8 membranas todos los diseños



Vemos ahora la conversión para un permeador con 9 membranas:

La conversión más elevada sigue siendo la del diseño 3 de Filmtec, con

una conversión de un 49,1 %. En los diseños mixtos, la conversión más alta es

la del diseño 9 de Toray, con un valor del 47,8 %, no obstante las conversiones

de estos diseños siguen estando muy cercanos unos de otros, con una

oscilación de un 0,6 %. El modelo 8 de Hydranautics tiene la conversión más

baja, con un 47,2 %, cuyo valor coincide con la conversión más alta de entre

todos los modelos de 8 membranas, que también pertenece a Hydranautics.


DISEÑOS HÍBRIDOS






DISEÑOS ESTÁNDAR







La gráfica que hemos obtenido de la conversión para las 9 membranas

sigue la misma tendencia que la anterior, pero esta vez el crecimiento es menor

que en el paso de 7 a 8 membranas; en este caso el incremento de conversión

se sitúa en torno a un 1,7 %.

Si vemos la diferencia de conversión entre las 8 y las 9 membranas,

observamos que de nuevo el mayor incremento, de 1,9 %, se produce en el

diseño 2 de Filmtec, formado por membranas de ultra baja energía. Para los

diseños híbridos, el máximo incremento se tiene en el diseño 9 de Toray, con

un valor de 1,6 %.

Figura 5.27 Diferencia de conversión total de 8 a 9 membranas todos los diseños



Una vez vista la conversión, veremos el permeado que se obtiene para

7, 8 y 9 membranas.

El producto total para 7 membranas es el siguiente:

El diseño que mayor permeado produce es el diseño 3 estándar de

Hydranautics, con un caudal de 3,63 m3/h. Los permeados de los diseños

híbridos son todos similares, estando en torno al 3,57 m3/h; el mayor de ellos

Figura 5.28 Permeado total 7 membranas todos los dis eños

DISEÑOS ESTÁNDAR





DISEÑOS HÍBRIDOS








se tiene en el diseño 9 de Toray, con un caudal de 3,585 m3/h. Por otra parte,

el diseño 4 de Toray es el que menor permeado produce, 3,691 m3/h.

Vemos ahora el permeado para 8 membranas:

El modelo 3 de Hydranautics es de nuevo el que mayor permeado

produce, al igual que Toray para los diseños híbridos.


DISEÑOS HÍBRIDOS






DISEÑOS ESTÁNDAR







En este caso, la variación de pasar de 7 a 8 membranas, es la siguiente:

Donde podemos observar que el máximo incremento se tiene en el

diseño 3 de Hydranautics con un aumento de 0,195 m3/h.

El producto total para 9 membranas es el siguiente:

Figura 5.30 Diferencia de permeado total de 7 a 8 membranas todos los diseños




La tendencia es similar a las anteriores, el mayor permeado se tiene,

una vez más, para el diseño 3 de Toray. Por contra, el diseño 2 de Filmtec es

ahora el que menor permeado produce.

Vemos la diferencia de producto de pasar de 8 a 9 membranas:

Los incrementos son menores que los que se tenían en el caso anterior.

Ahora el máximo incremento vuelve a producirse para el diseño 3, con un

crecimiento de 0,156 m3/h.

DISEÑOS ESTÁNDAR





DISEÑOS HÍBRIDOS






Figura 5.32 Diferencia de permeado total de 8 a 9 membranas todos los diseños



La concentración del producto que el programa ha facilitado para cada

uno de los diseños con 7 membranas es la siguiente:

En esta gráfica, al contrario que las otras, existe más diferencia de un

diseño a otro. En general, los diseños estándar tienen menores

concentraciones de permeado, salvando el diseño 2, cuya concentración es de

las más elevadas.

Figura 5.33 Concentración total del permeado 7 membranas todos los diseños

DISEÑOS ESTÁNDAR





DISEÑOS HÍBRIDOS








Como se puede ver, el producto con peor calidad pertenece al diseño 2

estándar de Filmtec con 303,609 ppm, seguido del 9 híbrido de Toray, mientras

que el diseño con menor concentración es el diseño 3 de Filmtec con 131,555

ppm

La calidad del producto para 8 membranas es la siguiente:

Figura 5.34 Concentración total del permeado 8 membranas todos los diseños

DISEÑOS HÍBRIDOS






DISEÑOS ESTÁNDAR







Los diseño 2 y 9 siguen siendo los de mayor concentración, y el diseño 3

el de menor.

En la gráfica que sigue se muestra el incremento de concentración de

permeado que se tiene al pasar de 7 a 8 membranas:

Los que mayor crecimiento de concentración sufren son los diseños

híbridos, y en concreto los diseños 5,6 y 9. Entre los estándar el diseño 2 tiene

también alto deterioro de la calidad. El diseño 2 de Filmtec es el que tiene un

menor incremento de la concentración de 7 ppm.

Figura 5.35 Diferencia de co ncentración total de permeado de 7 a 8 membranas todos los diseños



Si vemos ahora la calidad para 9 membranas:

De nuevo los diseño 2 y 9 son los que más concentración de permeado

tienen, y el 3 el que menos.

Los incrementos aumentan ligeramente, siendo el aumento de 2 ppm en

la mayoría de los diseños:

Figura 5.36 Concentración total del permeado 9 membranas tod os los diseños

DISEÑOS HÍBRIDOS






DISEÑOS ESTÁNDAR







Los mayores crecimientos se tienen en los diseños 2,5, 6 y 9, mientras

que el menor incremento lo encontramos en el diseño 3.

Continuamos con los costes de las membranas; el coste por unidad de

producto para 7 membranas es el siguiente:

Figura 5.37 Diferencia de concentración total de permeado de 8 a 9 membranas todos los diseños

Figura 5.38 Coste total por m 3 7 membranas todos los diseños



Los costes de los distintos diseños no difieren muchos de otros, pero

aunque esta diferencia no parezca importante, esto luego se traduce en

importantes ahorros, teniendo en cuenta la cantidad de permeado que se

produce al año.

El diseño de mayor coste es el diseño 3 estándar de Filmtec, cuyo coste

es de 0,264 €/m3, mientras que el más económico resulta el diseño estándar

de Filmtec.

El coste total por unidad de producto para 8 membranas es el siguiente:

DISEÑOS HÍBRIDOS






DISEÑOS ESTÁNDAR








Los costes se ven reducidos con respecto a los anteriores, además

siguen siendo similares entre ellos.

El de mayor coste sigue siendo el diseño 3, y el de menor el 2.

Veamos ahora la diferencia de costes de 7 a 8 membranas:

Observamos, que aunque pequeño, pero el mayor decremento de costes

se ha tenido en el diseño 3, y el menor en el diseño 6 híbrido de Filmtec.

DISEÑOS HÍBRIDOS






DISEÑOS ESTÁNDAR





Figura 5.40 Diferencia de Coste total por m 3 de 7 a 8 membranas todos los diseños



A continuación mostramos el coste por unidad de permeado para 9

membranas:

Se puede comprobar que la tendencia es semejante a los casos de 7 y 8

membranas. Vemos qué ocurre con la diferencia de costes que se tiene al

pasar de 8 a 9 membranas:


Figura 5.42 Diferencia de Coste total por m 3 de 8 a 9 membranas todos los diseños



El decremento se ha visto reducido con respecto al caso del paso de 7 a

8 membranas. El mayor se da en el diseño 4, y el menor en los diseños 1,2 5,6

y 8.

5.3 COMPARACIÓN ENTRE DISEÑO HÍBRIDO Y DISEÑO

ESTÁNDAR

En este apartado contrastaremos un diseño estándar y otro híbrido de

cada marca para ver la trayectoria de los parámetros a lo largo del permeador.

Empezamos viendo la presión de alimentación para los diseños 2 y 6 de

Filmtec:

Como se puede ver, el diseño híbrido necesita una presión de

alimentación algo mayor que el diseño estándar. La variación de presiones

50

50,5

51

51,5

52

52,5

53

53,5

54

1 2 3 4 5 6 7 8 9

PF (Bar)



Diseño 2

Diseño 6

Figura 5.43 Presión de alimentación diseños 2 y 6

DISEÑO ESTÁNDAR


DISEÑO HÍBRIDO




entre uno y otro diseño se mantiene prácticamente constante con una pequeña

diferencia de 0,84 bar a lo largo del permeador.

Mostramos los diseños 3 y 8 de Hydranautics

Para los diseños 3 y 8 de la casa Hydranautics el diseño estándar tiene

una presión de alimentación mayor que la del diseño híbrido; en este caso la

diferencia es superior, situándose en torno a 5,7 bar.

53

54

55

56

57

58

59

60

61

62

1 2 3 4 5 6 7 8 9

PF (Bar)



Diseño 3

Diseño 8


DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




En los diseños 4 y 9 de Toray el comportamiento es similar a los de la

casa Hydranautics, ya que el diseño estándar tiene una presión de

alimentación mayor que la del diseño híbrido, pero la diferencia es menor,

siendo de 2 bar:

53

53,5

54

54,5

55

55,5

56

56,5

57

57,5

58

1 2 3 4 5 6 7 8 9

PF (Bar)



Diseño 4

Diseño 9


DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




Continuamos con los permeados de los diseños de Filmtec:

El producto total en las primeras membranas es bastante parecido entre

ambos diseños, siendo el diseño estándar el que mayor permeado produce.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9

QD (m3/h)


Permeado Total

Diseño 2

Diseño 6

Figura 5.46 Permeado total diseños 2 y 6

DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




Si ahora ampliamos para ver bien qué ocurre a partir de la séptima

membrana observamos lo siguiente:

Comprobamos como a partir de la séptima membrana el diseño 6 híbrido

produce más que el diseño estándar, aunque la diferencia es mínima. La

diferencia va aumentado a medida que aumenta el número de membranas,

siendo la máxima de 0,034 m3/h. Podemos afirmar por tanto que ambos

diseños producen prácticamente lo mismo.

Figura 5.47 Permeado total últimas membranas diseños 2 y 6

3,4

3,45

3,5

3,55

3,6

3,65

3,7

3,75

3,8

3,85

3,9

7 8 9

QD (m3/h)


Permeado Total

Diseño 2

Diseño 6



Para los diseños de Hydranautics, ocurre lo siguiente:

En este caso, ambos permeados son bastantes similares; aun así el

diseño estándar produce más que el híbrido hasta la tercera membrana, donde

el híbrido comienza producir más que el estándar; a partir de la sexta

membrana, esto se vuelve a invertir, y de nuevo el diseño estándar es el que

más produce.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9

QD (m3/h)


Permeado Total

Diseño 3

Diseño 8


DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




Los diseños de Toray:

Como puede comprobarse ambos diseños tienen prácticamente la

misma producción, no obstante, el diseño 9 produce más.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

1 2 3 4 5 6 7 8 9

QD (m3/h)


Permeado Total

Diseño 4

Diseño 9


DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




La conversión total del permeador de los diseños 2 y 6 de Filmtec es la

siguiente:

Podemos ver como la conversión para el diseño estándar es mayor,

aunque la diferencia sigue siendo mínima; a partir de la séptima membrana, la

conversión del diseño estándar supera al híbrido. En la siguiente figura se

puede comprobar:

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9

R (%)


Conversión Total

Diseño 2

Diseño 6

Figura 5.50 Conversión total diseños 2 y 6

DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




La conversión para los diseños de Hydranautics los presentamos a

continuación:

42

43

44

45

46

47

48

7 8 9

R (%)


Conversión Total

Diseño 2

Diseño 6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

1 2 3 4 5 6 7 8 9

R (%)


Conversión Total

Diseño 3

Diseño 8

Figura 5.51 Conversión total últimas membranas diseños 2 y 6


DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




Para estos diseños la conversión del diseño mixto es mayor que el

estándar, aunque son también bastantes similares.

Para los modelos de Toray:

La Conversión del diseño 4 es mayor, a partir de la quinta membrana se

vuelve más pequeña que la del modelo híbrido, y a partir de la séptima

membrana vuelve a hacerse mayor que el diseño 9.

0

10

20

30

40

50

60

1 2 3 4 5 6 7 8 9

R (%)


Conversión Total

Diseño 4

Diseño 9


DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




Continuamos con la calidad del producto de los diseños de Filmtec:

Podemos comprobar como el agua desalada del diseño estándar tiene

mejor calidad que la del diseño híbrido.

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cp (ppm)



Diseño 2

Diseño 6

Figura 5.54 Concentración total del permeado diseños 2 y 6

DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




El diseño de Hydranautics también sigue una tendencia similar:

Vemos ahora los diseños de Toray:

0

50

100

150

200

250

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cp (ppm)



Diseño 3

Diseño 8

0

50

100

150

200

250

300

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cp (ppm)



Diseño 4

Diseño 9


DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR





En estos diseños, a partir de la cuarta membrana, la concentración del

diseño estándar es mayor.

A continuación vamos a mostrar qué ocurre con los consumos totales

por unidad de producto, que incluyen los de la bomba de alta presión y los

consumos de auxiliares, sin tener en cuenta el recuperador energético. Este

consumo para los diseños 2 y 6 de Filmtec son los siguientes:

Podemos comprobar cómo el diseño híbrido tiene un consumo mayor

que el estándar, la diferencia es mayor en los primeros elementos, y se hace

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cons (kWh/m3)


Consumo Total sin Recuperador energético por unidad de producto

Diseño 2

Diseño 6

DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR


Figura 5.57 Consumo total sin recuperador energético por unidad de producto diseños 2 y 6

DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




muy pequeña en las últimas membranas. En la figura 5.58 se aprecia mejor lo

que ocurre en las últimas membranas:

Hacemos lo mismo para los diseños de Hydranautics:

4,7

4,8

4,9

5

5,1

5,2

5,3

5,4

7 8 9

Cons (kWh/m3)


Consumo Total sin Recuperador energético por unidad de producto

Diseño 2

Diseño 6

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cons (kWh/m3)


Consumo Total sin recuperador energético por unidad de producto

Diseño 3

Diseño 8





El consumo total por unidad de producto del diseño híbrido es mayor

hasta la segunda membrana, donde se hace menor que la del diseño estándar,

y continua la tendencia hasta el final del permeador.

Y para los diseños de Toray:

El diseño híbrido de Toray es mayor que el estándar a lo largo de todo el

permeador.

0

5

10

15

20

25

30

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cons (kWh/m3)


Consumo Total sin recuperador energético por unidad de producto

Diseño 4

Diseño 9

DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR



DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




Una vez vistos los consumos por unidad de producto sin recuperador

energético veremos los consumos que hemos obtenido teniendo en cuenta unj

recuperador energético con una eficiencia del 96 %. En la figura 5.61 podemos

ver este consumo para los diseños 2 y 6 de Filmtec:

El consumo total por unidad de producto con recuperador para el diseño

híbrido es mayor que el estándar.

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cons (kWh/m3)


Consumo Total con Recuperador energético por unidad de producto

Diseño 2

Diseño 6

Figura 5.61 Consumo total con recuperador energético por unidad de producto diseños 2 y 6

DISEÑOHÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




Para los diseños de Hydranautics:

Este consumo para el diseño híbrido es mayor que el estándar a partir

de la segunda membrana y así se mantiene hasta el final del permeador.

0

2

4

6

8

10

12

14

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cons (kWh/m3)


Consumo Total con recuperador energético por unidad de producto

Diseño 3

Diseño 8


DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




Finalmente vemos el consumo total por unidad de producto con

recuperador energético para los diseños de la casa Toray:

Como se puede observar el diseño híbrido tiene un consumo por unidad

de producto con recuperador energético mayor que el diseño estándar.

0

2

4

6

8

10

12

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Cons (kWh/m3)


Consumo Total con recuperador energético por unidad de producto

Diseño 4

Diseño 9


DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




Para los diseños 2 y 6 de Filmtec, la evolución de los costes por unidad

de producto a lo largo de permeador son los siguientes:

Se aprecia, como en las primeras membranas, los costes difieren más,

pero a medida que aumenta el número de membranas se van igualando, de

manera que a partir de la sexta membrana prácticamente se igualan.

Figura 5.64 Coste total por unidad de producto diseños 2 y 6

DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




Si ampliamos a partir de la séptima membrana para ver qué coste es

mayor observamos lo siguiente:

Lo que se observa es que aunque la diferencia es mínima, el diseño

estándar es más económico que el híbrido.

Hacemos lo mismo para los diseño 3 y 8 de Hydranautics

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Coste Total

(€/m3)


Coste Total por unidad de Producto

Diseño 3

Diseño 8

Figura 5.65 Coste total por unidad de producto últimas membranas diseños 2 y 6




El diseño 8, que es el híbrido, es más económico que el estándar a partir

de la membrana número 2.

Volvemos a repetir el proceso para los modelos de Toray:

El diseño estándar es más económico en toda la evolución de

permeador, aunque la diferencia entre uno y otro diseño es prácticamente

inapreciable.

DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR



DISEÑO HÍBRIDO


DISEÑO ESTÁNDAR




5.4 VARIACIÓN DE PARÁMETROS

Para finalizar vamos a variar el área de las membranas, la presión de

alimentación y la concentración de alimentación; analizaremos los resultados

comparándolos con los parámetros originales. Para hacer esto usaremos,

como se ha venido haciendo durante todo el proyecto, el diseño 6 de Filmtec.

5.4.1 Incremento del área

Para ver el efecto que tiene un aumento de área sobre el producto total,

la conversión, la concentración total del permeado, y el coste total por unidad

de producto, duplicaremos el área inicial del diseño 6, de manera que en lugar

de 37 m2 utilizaremos una superficie de 74 m2.

Mostramos el permeado total para ambas áreas:

El producto para el área duplicada es mayor que el del área no

duplicada, pero el permeado total no se ve afectado por el mismo factor, de

manera que duplicar el área no duplica el permeado total.

Figura 5.68 Permeado total área original e incremento de área diseño 6



Puede observarse además, como la diferencia entre uno y otro aumenta

hasta la tercera membrana, y luego ambos caudales se acercan más.

Comparamos a continuación la conversión:

La conversión sigue la misma tendencia que el caudal de permeado,

pues el caudal de alimentación se mantiene constante.

Vemos ahora la calidad del producto:

Figura 5.69 Conversión total área original e incre mento de área diseño 6

Figura 5.70 Concentración total del permeado área original e incremento de área diseño 6



Las concentraciones tienden a separarse a medida que se incrementa el

número de membranas, incluso en los casos de un permeador formado por 6, 7

y 8 membranas se supera el doble de la concentración inicial.

En este modelo de permeador formado por membranas de 74 m2 no se

podrían usar más de 6 elementos, pues a partir de éste, la concentración

supera las 500 ppm que la normativa establece como límite para el consumo

humano del agua desalada.

El coste total por unidad de producto de ambos diseños es el siguiente:

Suponiendo que tanto las membranas de 37 m2 como las de 74 m2

tienen un coste por unidad de 600 €, el diseño original resulta más caro que el

del área duplicada, siendo la diferencia entre costos mayor en las primeras

membranas y reduciéndose hasta casi igualarse en las últimas membranas.

Figura 5.71 Coste total por unidad de producto área original e incremento de área diseño 6



5.4.2 Incremento de la concentración de alimentaci ón

Multiplicaremos la concentración de alimentación original por un factor

de 1,5, y estudiaremos los mismos parámetros que el caso anterior.

El caudal de producto total para ambos diseños es el siguiente:

El producto del diseño con la concentración inicial es superior a la de la

afectada del factor y la diferencia se va haciendo mayor y disminuye muy

suavemente a partir de la cuarta membrana.

Figura 5.72 Permeado total concentración original e incremento de concentración diseño 6



Mostramos la conversión, que como se puede comprobar tiene la misma

evolución que la anterior gráfica:

Concentración total del permeado:

La calidad del diseño inicial es superior; además las concentraciones se

van alejando la una de la otra a medida que se avanza en el permeador. A

Figura 5.73 Conversión total concentración original e incremento de concentración diseño 6

Figura 5.74 Concentración total del Permeado concentración original e incremento de concentración diseño 6



partir de la cuarta membrana, para el diseño con la concentración de

alimentación incrementada, la concentración del agua producto supera el límite

de 500 ppm impuesto por la norma.

Por último vemos los costes por unidad de producto:

El diseño cuya concentración de alimentación ha sido ampliada, es más

caro que el otro diseño.

Figura 5.75 Coste total por unidad de producto concentración original e incremento de

concentración diseño 6



5.4.3 Incremento de la presión de alimentación

En este caso incrementamos la presión un 20%. Los resultados que se

obtienen para el caudal de permeado son los que siguen:

Aquí comprobamos que al aumentar la presión, el caudal de permeado

aumenta, y que la diferencia con respecto al diseño con la presión original

crece suavemente a lo largo del permeador.

Figura 5.76 Permeado total presión original e incremento de presión diseño 6



La conversión varía de igual manera que el permeado total:

La calidad del agua producto aumenta, puesto que el permeado

aumenta y el paso de sales se mantiene constante:

Los costes del diseño original son superiores hasta la séptima

membrana, donde empiezan a ser menores que los del diseño afectado por el

aumento de presión:

Figura 5.77 Conversión total presión original e incremento de presión diseño 6

Figura 5.78 Concentración total del permeado presión original e incremento de presión diseño 6



Una vez obtenidos y analizados los resultados que hemos obtenidos en

el siguiente capítulo sacaremos conclusiones y recomendaciones acerca de los

distintos diseños.

5.5 RESUMEN DE RESULTADOS

Razonaremos en este apartado qué número de elementos es más

conveniente en el permeador, qué marcas de membranas proporcionan

mejores resultados y si es más conveniente diseños híbridos o diseños

estándar basándonos en el coste del permeador por caudal unitario de

producto y en la calidad del agua. Por último haremos una reflexión acerca de

un incremento del área de la membrana, de la presión de la bomba, y de la

concentración del caudal de alimentación.

Figura 5.79 Coste total por unidad de producto presión original e incremento de presión diseño

6



5.5.1 Número de membranas

Para la selección del número de membranas en el permeador sabemos

que al aumentar el número de elementos aumenta también la producción que

se obtiene, de manera que a priori puede pensarse que se puede ampliar el

permeador tanto como se quiera; pero existe una limitación elemental, si

observamos la figura 5.12 se puede comprobar que la concentración total del

permeado aumenta cada vez más al pasar de un elemento al siguiente, por lo

que empeora la calidad del agua, es decir con un mayor número de elementos

producimos más pero con peor calidad, aunque en todos los casos la

concentración total está por debajo del límite de 500 ppm.

Por otra parte los costes por m3 de producto van disminuyendo con el

aumento de membranas en el permeador, aunque esta disminución es cada

vez menor, tanto que en un permeador con 7 membranas el coste es de 0,243

€/m3, en el de 8 de 0,241 €/m3 y en el de 9 membranas de 0,240 €/m3.

Con estos datos podemos plantearnos qué número de membranas es

más conveniente en un permeador, y podemos decir que depende del uso al

que vaya a estar destinada el agua desalada; de manera que si se desea un

agua con muy alta calidad podemos recurrir a un permeador de 7 membranas,

donde la calidad del agua será mejor, aunque ello supondrá menos producto y

que éste sea más caro. Por el contrario, si el agua puede tener un margen

mayor de calidad, puede diseñarse un permeador con 9 membranas, con una

concentración total de 358,684 ppm, muy inferior al límite de 500 ppm, y se

obtendrá 0,119 m3/h más de producto que el de 8 membranas, y 0,27 m3/h más

que el de 7 elementos, con un coste menor también, aunque la diferencia en

m3/h, como hemos comentado más arriba es muy pequeña, a largo plazo y

teniendo en cuenta que las plantas desaladoras de ósmosis inversa están

compuestas por centenares de tubos permeadores, puede suponer un ahorro

importante.



5.5.2 Selección de diseños

Entre los 3 fabricantes de membranas que hemos contemplado, la casa

Filmtec es la que menor precio por m3 de producto ofrece, debido a que son

también las que trabajan con menores presiones de alimentación. Asimismo,

resulta ser de las que más producto da; la concentración del permeado que

ofrece, es de las más altas en comparación con los diseños del resto de

marcas, aunque en ningún caso está por encima del límite. Esto las hace una

opción atractiva a la hora de decantarse por una marca en concreto.

Centrándonos en la diferencia entre diseños estándar y diseños híbridos

podemos afirmar que los últimos, en general, tienen menores costes por unidad

de producto, mayor producción y una calidad inferior, pero que no excede el

límite. De manera que resulta más interesante optar por un diseño híbrido, pues

los costes de producción son más bajos, y la producción de permeado mayor.

Recopilando toda la información de las páginas anteriores, ante un

diseño de un permeador para una planta desaladora por ósmosis inversa,

seleccionaríamos un permeador de la casa Filmtec, compuesto por 9

membranas, si el uso al que va a estar destinado el agua permite una calidad

no excesivamente alta, y nos inclinaríamos por un diseño híbrido, formado por

una membrana de alto rechazo de sales y baja energía al principio del

permeador, otra membrana de alto flujo y baja energía, y 7 membranas de ultra

baja energía en la cola. Esto se correspondería con el diseño 6, de manera que

sería este diseño el que elegiríamos para el diseño del permeador.



5.5.3 Reflexión sobre variación de parámetros

Vamos ahora a reflexionar sobre la incidencia que tienen sobre los

parámetros del permeador la variación del área de la membrana, de la

concentración de alimentación, y de la presión de la bomba de alta presión.

5.5.3.1 Variación del área

Como se ha visto en la figura 5.68, la duplicación del área, manteniendo

la presión de alimentación constante, hace que el permeado aumente, pero no

en la misma proporción. La concentración total del producto aumenta también,

de manera que disminuye la calidad; por otra parte el coste para un permeador

de 7, 8 y 9 membranas es bastante similar al del área original; tomando como

ejemplo el permeador de 9 elementos, el coste para el área original es de 0,24

€/m3 y para el doble de área de 0,223 €/m3. Por tanto un aumento del área

supone que, para la obtención de un determinado caudal de producto, se

puede trabajar con presiones menores, lo que supone un ahorro considerable.

Además, teniendo en cuenta que el coste total de producción es similar, y la

producción crece, es interesante y favorable el aumento del área de la

membrana, y como comentábamos en el capítulo de membranas

comercialmente disponibles, las casas de membranas están investigando y

sacando ya a la venta membranas de 16’’.

5.5.3.2 Variación de la concentración de alimentac ión

El trabajar con un agua con una mayor concentración, supone una

menor producción, debido al aumento de la presión osmótica de la alimentación

rechazo; además el producto tiene una peor calidad pues el permeado total



sale con un considerable aumento de concentración en sales, y un mayor coste

de producción.

5.5.3.3 Variación de la presión de alimentación

Ante un pequeño incremento de la presión que proporciona la bomba al

caudal de alimentación del permeador, la producción de permeado aumenta

casi en la misma proporción en lo que lo hace la presión de la bomba. La

concentración del permeado disminuye ligeramente con respecto al caso que

mantiene la presión; los costes totales de producción, mirando la figura 5.79

comprobamos que los costes totales de producción son ligeramente superiores,

para un permeador de 9 membranas con la presión original el coste total es de

0,24 €/m3 y para el caso del incremento de presión el coste es de 0,245 €/m3.

Mirando todos estos datos podemos concluir que un incremento de presión

puede ser propicio si se quiere mayor producción o un agua con una menor

concentración, pues aunque el coste de producción pueda ser ligeramente

superior, la producción aumenta, y la calidad también.

5.6 REFERENCIAS

1. Filmtec membrane datasheets (Dow Water Solutions Company)

(http://www.dow.com/liquidseps/prod/prd_film.htm), Noviembre 2010.

2. Hydranautics membrane datasheets (Nitto Denko Corporation)

(http://www.membranes.com/index.php?pagename=swc), Noviembre 2010.

3. Toray membrane datasheets (Toray Corporation)

(http://www.toraywater.com/application/page.aspx), Noviembre 2010.

4. B. Peñate, Hybrid reverse osmosis membrane interstage design:

thermo-economic analysis, Tesis Doctoral, Universidad de Sevilla, 2010.

PFC Mª Cruz González Pérezbibing.us.es/proyectos/abreproy/4909/fichero... · del permeador...

Documents

Transcript of PFC Mª Cruz González Pérezbibing.us.es/proyectos/abreproy/4909/fichero... · del permeador...